книги из ГПНТБ / Кузник, И. А. Гидрология и гидрометрия учебник для сельскохозяйственных техникумов по специальности гидромелиорация

Т а б л и ц а 36

Коэффициенты стока <р

мости от характера почв и грунтов для разных площадей водо­

Для определения Ащ вычисляется:

а) гидроморфометрическая характеристика русла

133

Значения максимальных модулей дождевого стока А\ в сокра­ щенном виде даны в табл. 41 для четырех типов кривых редукции осадков.

Т а б л и ц а 41

Максимальные модули дождевого стока А 1%

135

48 ‘

38. Трансформация максимального расхода водохранилищем

Воду, которая поступает в водохранилище после его напол­ нения (сверх НПУ), сбрасывают через специально построенные для этого водосбросные сооружения. При этом оказывается, что • сбрасываемый расход меньше расхода, поступающего в водохра­ нилище, т. е. происходит трансформация (преобразование водохра­ нилищем) расхода воды.

Почему уменьшается расход воды при прохождении его через водохранилище? Допустим, что во время паводка водохранилище наполнено. Как только уровень поднимается выше, вода поступает в водосброс. По мере увеличения глубины в водосбросном соору­ жении уровень поднимается и в водохранилище. Таким образом, вода частично накапливается в водохранилище. Естественно, что расход воды, поступающий в водохранилище, сбрасывается не полностью или трансформированный расход меньше бытового.

С увеличением емкости водохранилища увеличивается аккуму­ ляция паводкового стока, уменьшаются сбросные максимальные расходы, а следовательно, и размеры сбросных сооружений. Од­ нако параллельно с этим повышаются отметки подпора, увеличи­ ваются площади затопления.

Расчет трансформированного расхода выполняется следующим образом.

График притока воды в паводок (гидрограф) имеет криволи­ нейную форму. На подъеме паводка расход увеличивается до мак­ симального, а на спаде уменьшается. Форма кривой притока за­ висит от многих природных условий. Поэтому очертания кривой чрезвычайно разнообразны. Расчеты по криволинейному графику притока довольно сложны. В целях упрощения расчетов Д. И. Кочерин предложил криволинейный график притока заменить тре­ угольным или трапецией.

На рис. 65 приток схематизирован в виде треугольника АВС, у которого основание Т соответствует продолжительности паводка. Наибольшая ордината ВВ\ является максимальным расходом при­

тока Qmax = Qnp- Н а и б о л ь ш и й сбрОСНОЙ раСХОД Qсо соответствует

ординате ДД\. Площадь треугольника АВС равна объему стока за паводок, АДС — объему сброса за время Т. Площадь треуголь­ ника АВД представляет объем форсировки W$. .

Объем стока расчетной обеспеченности

где Qmax — максимальный расход паводка расчетной обеспечен­ ности, м3/с; Т — продолжительность паводка в секундах.

Отсюда

2^ Ww р%

Qmax — т~-

138

За время Г из водохранилища сбрасывается объем воды:

И Л И

Рис. 65. Схема трансформации паводка при тре­ угольной форме гидрографа.

Итак, для расчета трансформированного расхода необходимо определить объем форсировки и сток расчетной обеспеченности Wv% (той же обеспеченности, что и максимальный расход). Из формулы (87). следует, что коэффициент трансформации

139

39. Минимальный сток

Минимальный сток наблюдается во всех случаях, когда резко сокращается или полностью прекращается поверхностный сток, а основными источниками питания реки являются грунтовые воды. Поэтому минимальный сток зависит в первую очередь от условий грунтового питания водотока. Для бассейнов крупных рек эти ве­ личины в основном подчинены климатическим факторам. Поэтому и минимальный сток, как и годовой, удовлетворительно карти­ руется. В Ленинградской области систематически промерзают реки с площадями бассейнов 50—100 км2, а на Восточном Урале — до 10—15 тыс. км2. Поэтому географическая зональность в распреде­ лении минимального стока характерна лишь для водосборов опре­ деленных размеров в каждой природной зоне СССР. Так, на водо­ сборах Нижнего Поволжья эта закономерность наблюдается начиная с 2500 км2. Следовательно, в этом районе карты минималь­ ного стока можно составлять с учетом данных наблюдений иа реках с площадями бассейнов, превышающими 2500 км2, а на Во­ сточном Урале— 10 тыс. км2. Эти карты непригодны для опре­ деления минимального стока рек с меньшими площадями бассей­ нов в этих районах.

Расчет минимального стока. Расчетная ежегодная обеспечен­ ность минимального расхода воды принимается при проектирова­

30 дней или средних суточных за зимний и летне-осенний периоды. При наличии достаточно продолжительных данных наблюдений минимальный расход вычисляют обычными статистическими мето­ дами, изложенными в § 29. Вероятность превышения р% мини­ мального стока определяется по формуле (62). Принятые в рас­ четах данные считаются достоверными, если средняя квадрати­

ческая ошибка не превышает 15%.

При недостаточности данных фактических наблюдений соответ­ ствующие расчетные величины можно определить методом ана­ логии, если только все физико-географические условия (в том числе и гидрогеологические) обоих водосборов действительно’ аналогичны. Доказательством правильности выбора реки-аналога может служить отношение расходов исследуемой реки Q0 и рекианалога Qа. Если за годы одновременных наблюдений эти отно­ шения для минимальных средних месячных или суточных расходов более или менее постоянны, считается, что аналог выбран правильно.

При отсутствии данных гидрометрических наблюдений расчет­ ные величины принимаются для средних рек по картам изолиний месячного минимального стока летне-осеннего и зимнего периодов 80%-ной обеспеченности, приведенных в СН 435-72.

Судя по картам изолиний, минимальный сток летне-осеннего периода уменьшается с 6 л/(с-км 2) на Северо-Западе Европей­

140

ской территории СССР и 20—15 на Северном Урале до 0—0,5 на юге и юго-востоке. Гораздо меньше величины зимнего минималь­ ного стока. Он составляет 2—4 л/(с-км2) на севере и 0—0,25 на юге и юго-востоке ЕТС, возрастая на Черноморском побережье до 10—15 л/(с • км2) .

В опросы д л я сам опроверки

1.Как н когда формируются ежегодные максимальные расходы в разных природных зонах СССР?

2.Какие соображения лежат в основе выбора расчетной обеспеченности мак­

симальных расходов при проектировании гидротехнических сооружений?

3.Как рассчитать максимальный расход при наличии многолетних данных фактических наблюдений?

4.Как рассчитать максимальный расход при наличии непродолжительных

наблюдений?

5.Объясните формулу для расчета максимальных расходов весеннего поло­ водья при отсутствии наблюдений.

6.Как учитывают влияние озер, болот и лесов в формуле максимального

расхода весеннего половодья?

7.Почему происходит трансформация максимального расхода при прохож­ дении его через озера и водохранилища?

8.Как рассчитывают трансформированный максимальный расход?

9.Как рассчитывается максимальный расход дождевого паводка?

10.От чего зависят величины минимальных расходов рек?

11.Как определить средине месячные н суточные минимальные расходы при

наличии данных гидрометрических наблюдений?

12. Как рассчитать минимальный сток при отсутствии данных гидрометри­ ческих наблюдений?

Лабораторно-практические занятия

Упражнение 16. Рассчитать максимальные расходы весеннего половодья р. Вятки у г. Кирова для всех классов капитальности гидротехнических сооружений.

Да но : максимальные расходы весенних половодий за 25 лет

(1910—1934) (графы 1 и 2 табл. 42).

Р е ш е н и е . Бассейн р. Вятки до г. Кирова расположен в лес­ ной зоне. В этой зоне наличие 25-летнего ряда наблюдений доста­ точно для расчетов стока (см. § 35).

В соответствии с табл. 33 для сооружений различных классов капитальности принимается ежегодная вероятность превышения максимальных расходов воды: 0,01; 0,1; 0,5 и 1,0%.

Все наблюденные максимальные расходы Qmax располагаем

в убывающем порядке и вычисляем: среднее значение Qmax, обес­ печенность р% каждого расхода, фактические модульные коэффи­ циенты, коэффициенты вариации Cv и асимметрии Cs (табл. 42).

Средний многолетний максимальный расход

76 000

Qшах — 25 = 3040 м3/с.

Коэффициент изменчивости вычисляем по формуле (56)

141

Так как С„<^0,5, то расчет этой величины по формуле (56) оправдан.

Коэффициент асимметрии (см. стр. 124) для снеговых макси­

обеспеченности модульных коэффициентов максимальных расхо­ дов при Cs = 2Cv. Эти величины приведены в табл. 43. Фактиче­ ские модульные коэффициенты из табл. 42 и теоретически вычис­ ленные из табл. 43 нанесены на рис. 6 6 . На рисунке показана верхняя часть кривой обеспеченности в пределах 0,01—30%;

142

кривой обеспеченности, т. е. определить и ненаблюденные мо­ дульные коэффициенты для 0,01; 1 и 3%-ной вероятности превы­ шения.

Период повторения N п е т

Рис. 66. Кривая обеспеченности модульных коэффи­ циентов максимальных расходов р. Вятки у г. Ки-

■рова.

1—теоретические точки; 2—фактические (наблюденные).

(табл. 43).

В полученную величину максимального расхода обеспечен­ ностью 0 ,0 1 % вводим гарантийную поправку, вычисляемую по формуле (67).

143