Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Практическая работа № 1

Обработка данных наблюдений за уровнями воды.

Расчет характеристик стока

По дисциплине «Гидрогеология и гидрология»

Исполнитель: Свиридова А.С., 2Г81 Руководитель: Решетько М.В.

Томск – 2020

Цель работы:

Получить навыки обработки данных наблюдений за уровнями воды и определения характерных уровней.

Задание к работе:

1. По данным гидрологических ежегодников построить график колебаний среднесуточных уровней воды

2. Составить ведомость повторяемости (частоты) и продолжительности (обеспеченности) стояния уровней воды

3. Построить графики повторяемости и продолжительности уровней

4. Определить модальный и медианный уровни воды

5. Используя данные о среднем за год расходе воды вычислить объем стока, модуль стока и слой стока

6. Ответить на контрольные вопросы

Ход выполнения работы:

1. Из гидрологического ежегодника для соответствующей реки и пункта наблюдений выписываются среднесуточные уровни за год, а также условные обозначения ледовых явлений (таблица «Ежедневные уровни воды»).

Исходя из варианта, выписываются данные р. Большой Нягов – с. Чередово (144).

Рисунок 1 – Данные среднесуточных уровней воды за год

2. Был найден максимальный и минимальный уровни: Н_макс = 425 см, Н_мин = 227 см. Разница между ними составляет 198 см. Делим это число на 10 и получаем 19,8 см ≈ 20 см. Это число есть разница между интервалами уровней, необходимая для составления таблицы «Ведомости повторяемости и продолжительности уровней».

3. Подсчитываем появление значения уровня в каждом заданном интервале.

4. Заполняем таблицу и по ее данным строим графики продолжительности и повторяемости. На основе исходных данных строим график колебаний среднесуточных уровней воды.

Интервал уровней, см	Повторяемость (частота), сут														Продолжит. уровней, сут
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	год
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
436-416				1									1	2
415-395				2									2	4
394-374				1	4								5	9
373-353				1	3								4	13
352-332					2								2	15
331-311					3								3	18
310-290				1	3	5	2						11	29
289-269				1	5	16	25						47	76
268-248				4	10	9	4	13					40	116
247-227	31	29	31	19				18	30	31	30	31	250	366
Итого	31	29	31	30	31	30	31	31	30	31	30	31	366

Голубой – Уровень воды

Желтый – минимальный уровень

Синий – средний уровень

Серый– максимальный уровень

Рисунок 2 – График колебаний среднесуточных уровней

Рисунок 3 – График продолжительности уровней

Рисунок 4 – График повторяемости уровней

5. С помощью графиков повторяемости и продолжительности можно определить модальный и медианный уровни воды. Модальному уровню, т. е. уровню наиболее часто наблюдавшемуся в году, на кривой повторяемости соответствует наибольшая по своему значению абсцисса. В моём случае модальный уровень составляет 46 см. Медианный уровень, т. е. уровень 50 %-ной обеспеченности, ниже которого в течение 183 суток (50% от 365 суток – продолжительности года) вода в реке не опускается, определяется по кривой продолжительности. Он составляет в моём случае 366 см.

6. Далее рассчитываем характеристики стока: объём стока, модуль стока и слой стока.

Данные исходя из варианта: F=6210 км², средний годовой – 254.

Объём стока рассчитывается по формуле , где W – объем стока, м³; Q – средний расход воды за интервал времени ∆t (Q в м³/с, ∆t в с). Для больших рек W часто удобнее выразить в км³ (особенно если речь идет о годовых величинах).

W = 254 * 366 * 24 * 60 * 60 = 1 119 430 000м³

Модуль стока рассчитывается как , где Q – любой расход воды (как мгновенный, например максимальный, так и средний за интервал времени ∆t)

M = (254 * 1000)/6210 = 40,9 л/(с * км²)

Слой стока находят по формуле , где у – слой стока, мм; F – площадь бассейна, км².

y = 1 119 430 000/(1000 * 6 210) = 180,26 мм

Контрольные вопросы:

1. Основные типы устройств для наблюдения за уровнями воды. Условия их применения.

В состав основной обработки материалов наблюдений за уровнями воды входит: приведение измеренных уровней к нулю графика поста, вычисление среднесуточных уровней, составление годовой таблицы «Ежедневные уровни воды», построение графиков колебаний уровней.

При наблюдениях через равные промежутки времени среднесуточный уровень воды вычисляется как среднее арифметическое значение из всех отсчетов за соответствующие сутки, при неодинаковых интервалах – как средневзвешенное. Если измерения проведены с помощью самописца, то ленту прибора разбивают на ряд интервалов (по времени или по характерным точкам) и среднесуточный уровень определяют как среднее арифметическое значение отсчетов, соответствующих границам назначенных интервалов в пределах суток.

По конструкции устройства для наблюдений за уровнем воды подразделяются на простейшие (реечные, свайные, смешанные реечносвайные, передаточные) и автоматизированные.

Реечные устройства состоят из одной или нескольких деревянных или металлических реек, укрепленных на стенках набережных, устоях мостов и плотин.

Свайные устройства наиболее удобны на равнинных реках при значительной амплитуде колебания уровня воды и сравнительно отлогих берегах. Смешанные реечно-свайные устройства целесообразно устраивать при резких переломах в профиле берега или вблизи набережных и мостовых устоев. Передаточные устройства представляют собой простейшие дистанционные установки, устраиваемые на реках с обрывистыми берегами, где доступ к воде затруднен.

2. Что такое уровень воды, нуль наблюдений, приводка и нуль графика гидрологического поста?

Уровень воды — высота поверхности воды, отсчитываемая относительно некоторой постоянной плоскости сравнения. Понятие уровень воды используется для естественных и искусственных водотоков, водоёмов, а также лотков.

Нуль наблюдения — горизонтальная плоскость, от которой производится отсчет уровня воды в момент наблюдения. Его высотное положение определяется по превышению репера над головками свай или нулями реек поста.

Приводка – это разность между отметкой оголовка сваи и «0» графика поста. Для перевода отсчета высоты уровня воды, сделанного от нуля наблюдений (над сваей), в высоту водной поверхности над нулем графика Н служит приводка (Нпр) - превышение головки сваи над нулем графика. Приводкой называется превышение вершины головки сваи (нулевого деления рейки) над принятым нулем графика поста.

Нуль графика гидрологического поста — условная горизонтальная плоскость сравнения, принимаемая за нуль отсчета при измерении уровня воды на гидрологическом посту.

3. В чем заключается основная обработка наблюдений за уровнями воды? Какие уровни относят к характерным? Что такое соответственные уровни воды?

Специальная обработка уровней воды. При проектировании и эксплуатации гидромелиоративных систем необходимо знать такие важные характеристики, как повторяемость (частоту) уровней и продолжительность (обеспеченность) их стояния в течение года или многолетнего периода. С этой целью проводят специальную обработку материалов наблюдений за уровнями воды.

Характерные уровни - к которым относятся средние, высшие и низшие уровни за каждый месяц и за год.

Соответственные уровни воды. Если сопоставить графики колебаний уровней воды на двух постах одной и той же реки, то можно обнаружить подобие в их очертаниях. Уровни в сопоставляемых поперечных сечениях водотока, соответствующие одинаковым фазам его режима, называют соответственными. Во времени соответственные уровни двух постов сдвинуты, и этот сдвиг равен продолжительности добегания воды от верхнего поста к нижнему. Соответственные уровни используют для построения графика связи между ними.