2929

УДК 556(076.5)+626/627(076.5)

Б435

Белоненко Г.В., Соболева О.В. Гидрология и гидротехниче-

ские сооружения: Метод. указ. к практ. занятиям. – Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2015. – 36 с.

Разработаны в соответствии с программой дисциплины «Гидрология и гидротехнические сооружения» и содержат различные варианты заданий и методические указания к их выполнению.

Предназначены для студентов направления «Строительство» (профиль «Водоснабжение и водоотведение») и могут быть полезны студентам иных специальностей при выполнении ими расчетов речного стока.

Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры «Гидравлика, водоснабжение, водные ресурсы и экология».

О т в е т с т в е н н ы й р е д а к т о р д-р геогр. наук, проф. Г.В. Белоненко

Р е ц е н з е н т ы :

канд. техн. наук, доц. Е.Ф. Петров, канд. геогр. наук, доц. Ж.А. Тусупбеков (кафедра «Природообустройство, водопользование и водные ресурсы» ОмГАУ)

©Сибирский государственный университет путей сообщения, 2015

©Белоненко Г.В., Соболева О.В., 2015

2

Исходные данные: результаты многолетних гидрометрических наблюдений за стоком реки в заданном створе (прил. А) – среднегодовые расходы воды Qi, м3/с (прил. Б).

Требуется:

1. Определить норму годового стока – расход Q0, м3/с, объем W0, млн м3/год.

2.Оценить изменчивость стока Cv.

3.Подобрать теоретическую кривую обеспеченности и опре-

делить годовой сток расчетной обеспеченности Qр%, м3/с, Wр%, млн м3/год.

4. Выполнить внутригодовое распределение стока Wр% расчетной обеспеченности.

Порядок выполнения.

В данном упражнении статистические параметры теоретической кривой обеспеченности годового стока – норма Q0, коэффициент вариации Cv и коэффициент асимметрии Cs – определяются методом моментов. Расчеты выполняются в табличной форме

(табл. 1.1).

Таблица 1.1

Расчет параметров кривой обеспеченности годового стока

где ΣQi сумма среднегодовых расходов исследуемого ряда; n – число членов ряда.

2. Выполняется ранжирование исходного ряда, для чего исходные значения расходов располагаются в убывающей последо-

4

вательности (от максимального до минимального значения). Результаты записываются в графу 3.

3. Рассчитываются модульные коэффициенты каждого расхода ранжированного ряда: Кi = Qi /Q0 (графа 4). При этом обязательно соблюдение условия ΣКi = n. Среднему значению расхода соответствует значение Кi = 1.

4. Рассчитываются отклонения Кi ранжированного ряда от среднего значения, т.е. находятся значения (Кi – 1). Результаты расчетов заносятся в графу 5. Проверкой правильности расчетов является обязательное соблюдение условия Σ(Кi – 1) = 0.

5.Для каждого члена вариационного ряда находятся значения (Кi – 1)2 и их сумма (графа 6).

6.Каждому значению расхода убывающего ряда Qiубыв присваивается порядковый номер m (от m = 1 до m = n (графа 7)).

7.Рассчитывается эмпирическая обеспеченность P, % (графа 8), каждого расхода вариационного ряда по формуле

Значение (n – 1) в формуле (1.3) применяется при условии, если n < 30.

9. Выполняется оценка среднеквадратических ошибок вычисления нормы и коэффициента вариации по формулам:

ошибка нормы годового стока, %,

ошибка коэффициента вариации, %,

По результатам расчетов εQ и Cv делается вывод о достаточности (или недостаточности) исследуемого ряда для определения

5

нормы и коэффициента вариации. Продолжительность ряда счи-

10.Значение коэффициента асимметрии Cs при n < 100, как правило, не рассчитывается, а принимается по наилучшему соответствию теоретической кривой обеспеченности эмпирическим данным.

11.По данным граф 4 и 8 на лист миллиметровой бумаги формата А4 (ориентация альбомная) в координатах Кi (ось ординат) и P, % (ось абсцисс), наносятся эмпирические точки.

12.Задаются тремя значениями коэффициента асимметрии (Cs = Cv, Cs = 2Cv и Cs = 3Cv) и рассчитывают соответствующие этим значениям Cs и Cv ординаты теоретических кривых обеспе-

ченности:

(1.6)

где Фр% – число Фостера – нормированные отклонения ординат от середины при Cv = 1 (принимаются по таблицам прил. В). Результаты расчетов Кр% сводятся в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Ординаты теоретических кривых обеспеченности

13. По данным табл. 1.2 (Кр% и Р, %) на исходном листе миллиметровой бумаги формата А4 (рис. 1.1) строятся теоретические кривые обеспеченности.

6

Таблица 1.3

Пример внутригодового распределения стока 95 % обеспеченности, млн м3

Рис. 1.2. Внутригодовое распределение стока 95 % обеспеченности

Упражнение № 2. Расчеты максимального стока при наличии данных наблюдений

Цель работы: овладение методами определения максимальных расходов весеннего половодья при достаточности гидрометрических данных.

Исходные данные: результаты многолетних гидрометрических наблюдений за стоком реки в заданном створе – максимальные расходы воды Qmaxi, м3/с (прил. Е), класс капитальности сооружений (прил. Д).

Требуется:

1.Определить норму максимального стока Qmax0, м3/с.

2.Оценить изменчивость стока Cv.

3.Подобрать теоретическую кривую обеспеченности и опреде-

лить максимальные расходы расчетной обеспеченности Qmaxp%, м3/с (для нормальных и чрезвычайных (особых) условий эксплуатации).

8

4. Определить общую продолжительность половодья Т, а также фаз подъема tп и спада tсп, построить гидрограф максимальных расходов для нормальных и чрезвычайных условий эксплуатации, определить объем весеннего половодья.

Порядок выполнения.

В настоящем упражнении статистические параметры максимальных расходов определяются графоаналитическим методом Г.А. Алексеева.

1. Выполняется ранжирование исходного ряда, при котором исходные значения максимальных расходов располагаются в убывающей последовательности (от наибольшего до наименьшего значения).

Каждому значению расхода убывающего ряда Qmaxубывi присваивается порядковый номер m (от m = 1 до m = n).

3.Рассчитывается эмпирическая обеспеченность P, %, каждого расхода вариационного ряда.

4.По полученным данным на миллиметровой бумаге форма-

точки и на глаз пунктирной линией строится плавная, хорошо усредняющая эмпирические точки, кривая обеспеченности (эмпирическая кривая).

5. На построенной кривой снимаются три опорные значения Qmax, соответствующие 5, 50 и 95 % обеспеченности, т.е. Q5%,

Q50% и Q95%.

6. Для оценки асимметрии кривой обеспеченности рассчиты-

7. По таблице нормированных отклонений (см. прил. В) по значению Cs для обеспеченностей Р, равных 5, 50 и 95 %, определяются числа Фостера Ф5%, Ф50% и Ф95%.

8. Рассчитывается среднеквадратическое отклонение Qmax,

9

9. Находится среднее арифметическое значение Qmax0, м3/с, равное:

11.С использованием значений Cv, Cs и Qmax0 для интервала

Р= 0,1…99,0 % рассчитываются ординаты теоретической кривой обеспеченности:

(1.14)

(1.15)

Результаты расчетов ординат теоретической кривой обеспеченности заносятся в таблицу, по данным которой строится теоретическая кривая обеспеченности, оценивается ее совпадение с эмпирическими точками и устанавливаются максимальные расходы расчетной вероятности превышения Qmaxp% для нормальных

ичрезвычайных условий эксплуатации:

12.Определяется общая продолжительность весеннего половодья Т, а также продолжительность фаз подъема tп и спада tсп с точностью до суток.

Значение Т, сут, рассчитывается по зависимости, полученной В.В. Лоскутовым для рек Западной Сибири:

формирования стока; F – площадь речного бассейна, км2 (см. прил. А); h – средний слой стока весеннего половодья, мм (см. прил. А).

Продолжительность фаз подъема и спада половодья опреде-

10