Модуль-12 (тема):

«Расчёт максимальных и минимальных расходов воды, при наличии ряда наблюдений, при коротком ряде и отсутствии наблюдений. Применение математической статистики для гидрологических расчётов»

ВВЕДЕНИЕ:

В данном модуле рассматриваются следующие вопросы: общие сведения о гидрологических расчетах; виды гидрологических расчетов.

СХЕМА ИЗУЧЕНИЯ НОВОГО МАТЕРИАЛА

№ п/п	Тема занятий	Тип занятий	Вид занятий	Количество часов
1.	Общие сведения о гидрологических расчётах. Виды гидрологических расчётов	Изучение нового материала	Лекция	2 часа
2.	Применение математической статистики для определения расчётных гидрологических характеристик	Углубление и систематизация учебного материала.	Практика	1 час

Общие сведения о гидрологических расчётах.

Главная цель гидрологических расчетов — определение характеристик, количественно описывающих гидрологические процессы и явления. Их называют гидрологическими характеристиками или гидрологическими параметрами. Гидрологические расчеты сложнее гидравлических, что обусловлено разнообразием физико-географи­ческих условий формирования речного стока и его изменением по территории и во времени. Гидрологические расчеты должны соп­ровождаться гидрологическим анализом и главным образом изуче­нием природной среды, с которой гидрологический процесс нахо­дится в тесном взаимодействии. Такой анализ был характерен для исследований основоположника инженерной гидрологии Д. И. Кочерина. Его основные положения четко сформулированы в даль­нейшем Б. В. Поляковым, который внес большой вклад в разработ­ку методов гидрологического анализа и расчетов.

Виды гидрологических расчётов

В зависимости от изучаемых гидрологических процессов выделя­ется несколько видов гидрологических расчетов:

1) водного режима (жидкого стока); 2) термического и ледового режима; 3) режима наносов (твердого стока) и русловых процес­сов.

Гидрологические расчеты осложняются, если на речной поток воздействуют гидротехнические сооружения.

В зависимости от цели гидрологических расчетов их можно так­же подразделить на несколько основных видов:

1. Расчеты для обобщения натурных измерений параметров вод­ных объектов. Такие измерения производятся на гидрологических станциях и постах Государственного комитета СССР по гидромете­орологии и контролю природной среды и других организаций СССР. В СССР около 16000 постов. На основании их данных со­ставляется и публикуется систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны — водный кадастр.

2.Определение расчетных гидрологических характеристик. Рас­четные характеристики необходимы для проектирования и обеспе­чения надежной эксплуатации с наибольшим экономическим эф­фектом сооружений различного назначения (гидроэлектростанции, речные порты, водопропускные сооружения автомобильных и же­лезных дорог, аэродромы, гидромелиоративные системы, системы водоснабжения и др.). Так, расчетные расходы воды входят в фор­ мулы гидравлики для определения водосбросных отверстий пло­тин, размеров каналов, отверстий мостов, дорожных труб и др. За критерий при определении величины/расчетной гидрологической ха­рактеристики принята вероятность превышения (обеспеченность р) этой величины за ряд лет. Следовательно, расчетная гидрологиче­ская характеристика отличается/от любой другой тем, что для нее должны быть указаны ее числовое значение и обеспеченность р. Знание обеспеченности р не позволяет решить вопрос о том, когда произойдет превышение расчетной характеристики. Так, р = 2% оз­начает, что превышение расчетной характеристики может произой­ти в среднем один раз в 50 лет, но это не значит, что расчетный расход будет превышен в пределах первых пятидесяти лет эксплуа­тации сооружения.

3. Гидрологические расчеты (предвычисления) для предсказа­ния будущего гидрологического режима. Этот вид расчетов требует повышенного внимания к гидрологическому анализу. Научно обо­снованное предсказание ожидаемого гидрологического режима на­зывается гидрологическим прогнозом. Гидрологические прогнозы подразделяют на краткосрочные (до 15 сут) и долгосрочные (до нескольких месяцев). В зависимости от предсказываемых явлений различают прогнозы водного режима (экстремальных уровней и расходов воды и времени их наступления, объемов половодья и па­водков), ледового режима (сроков вскрытия и замерзания рек, толщины льда, образования заторов) и русловых деформаций. По назначению различают гидрологические прогнозы для железнодо­рожного и автодорожного транспорта, гидроэнергетики, водного (речного) транспорта, ирригации и др. В методах гидрологических прогнозов используются закономерности движения воды на водосборах и в русловой сети, связи гидрологических и метеорологических элементов и др. Гидрологические прогнозы — самостоятель­ный крупный раздел гидрологии.

4. Гидрологические расчеты для регулирования речного стока и составления проектов использования водных ресурсов. Перераспре­деление во времени объемов речного стока в замыкающем створе реки — увеличение или уменьшение его в отдельные периоды по сравнению с ходом поступления воды на поверхность водосбора — называется регулированием речного стока. Регулирование стока осуществляется путем накопления воды в водохранилищах в период половодий и паводков и расходования ее в период превышения пот­ребления воды над ее естественным поступлением в реки с водосбо­ров. Одна из главных задач в таких гидрологических расчетах —определение емкости водохранилища. Одновременно решаются и такие задачи, как определение водохозяйственного эффекта от экс­плуатации водохранилища, установление правил эксплуатации водохозяйственной установки, обеспечивающих получение наиболь­шего экономического эффекта, и др. Совокупность подобных расче­тов, тесно связанных с расчетами регулирования стока, называют водохозяйственными расчетами. Регулирование стока и водохозяй­ственные расчеты — большой раздел инженерной гидрологии.

При проектировании водохранилищ необходимо рассчитать про­цессы заиления водохранилищ, размыв русла в нижних бьефах, сроки замерзания и вскрытия рек, параметры ветровых ноли и их воздействие на берега водохранилищ, переформирование русла ре­ки ниже сооружений и др.

Расчеты регулирования стока и водохозяйственные расчеты, связанные с проектированием и эксплуатацией ГЭС, называются водноэнергетическими. Они дают возможность определить мощ­ность гидроэлектростанции и ее выработку.

Гидрологические расчеты различаются также в зависимости от полноты информации о режиме рек на участке строительства гидротехнических сооружений, мостов и других строительных объ­ ектов: 1) при наличии гидрометрических данных, т. е. измеренных характеристик потока за длительный (многолетний) период; 2) при недостаточности гидрометрических данных, т. е. данных за корот­ кий период; 3) при отсутствии гидрометрических данных. Прежде чем приступить к гидрологическому обоснованию проектов мостов, " гидротехнических и других- сооружений, необходимо изучить опуб­ ликованные материалы по данному водному объекту.

В последнем издании указаны места образования заторов и за­ жоров на реках, уровни и даты, при которых эти ледовые явления наблюдаются (это надо учитывать при эксплуатации мостов).

Гидрологические процессы обусловлены влиянием большого числа различных факторов, которые трудно учесть, поэтому в гид­рологии получили большое распространение вероятностные методы

расчетов гидрологических характеристик, нашли широкое примене­ние для оценки колебаний стока кривые распределения.

В результате широкого применения в гидроло­гии теории вероятностных процессов сформировался большой раз­дел гидрологии — стохастическая гидрология.

Однако применение статистических методов не должно ослаб­лять внимание к основному генетическому методу исследования гидрологических процессов. Только разумное сочетание генетиче­ского и стохастического методов исследования гидрологических процессов могут обеспечить успех дальнейшего развития гидроло­гии.

В инженерной гидрологии широко используется картирование гидрологических параметров. Соответствующие карты, а также раз­личные графики и таблицы, необходимые для выполнения гидроло­гических расчетов, помещены в нормативных документах

Результаты сопоставления имеющихся в бассейне или на дан­ной территории водных ресурсов с их использованием на различ­ных уровнях развития народного хозяйства называют водохозяйст­венным балансом. Они составляются по бассейнам рек, экономиче­ским районам, союзным республикам и Союзу ССРГ то дает воз­можность установить территории с 'дефицитом водных ресурсов (временным или постоянным).