Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы гидрологии. Учебное пособие для СПО
.pdf
Рис. 30. Региональная карта коэффициента вариации годового стока
Северного Заволжья
При невозможности выбора реки-аналога Cv и MN определяются
по картам изолиний. Для горных районов C
определяется с учетом
v
средней высоты водосбора:
A
1
H
ср
,
и
H ;
v
ср
C
=
ν
H – средняя высота водосбора, м;
где
ср
т – показатель степени кривой связи C
– параметр формулы.
A
1
(79)
81
Значения
и т определяются по обобщенным данным по Cv и
A
1
A
ср
для изученных рек данного горного района.
Определение коэффициента асимметрии C
годового стока.
s
Существует формула для определения коэффициента асимметрии:
C
N
1
=
s
3
)1(
k
−
(80)
.
3
Cn
⋅
ν
Однако для ее применения необходимо иметь ряды наблюдений
продолжительностью более 100 лет (при n < 100 лет формула дает
большие погрешности).
При наличии данных по годовому стоку не менее 30 лет C
опре-
s
деляется методом подбора, исходя из условий наилучшего соответствия теоретической кривой обеспеченности данных наблюдений. Подбор выполняется графическим способом и графоаналитическим
методом Г.А. Алексеева. Графический метод подбора C
заключается
s
в том, что на клетчатку вероятности наносят несколько теоретических
кривых обеспеченности при одном и том же C
определяют по ряду наблюдений по формуле (64)). На этот же
(C
v
и разных значениях Cs
v
чертеж наносят эмпирические точки. Обеспеченность любого члена
ряда наблюдений определяется по формуле:
m
=
p
4,0
+
n
100
⋅
,
(81)
3,0
−
где р – обеспеченность наблюдений величины стока;
т – порядковый номер члена ряда величин стока, расположенных
в убывающем порядке;
п – общее число членов ряда.
Наибольшую согласующуюся с эмпирическими точками теоретическую кривую принимают за расчетную. При отсутствии наблюдений C
устанавливают по соотношению его с коэффициентом вариа-
s
ции для рек-аналогов. При невозможности подбора аналога
принимают для зоны избыточного и переменного увлажнения (арктической, тундровой, лесостепной, лесной, степной) C
82
= 2·Cv и для зо-
s
ны недостаточного увлажнения (полупустыни, пустыни)
= (1,5÷ 1,8)·Cv.
C
s
Проверка теоретической кривой обеспеченности. Клетчатка
вероятностей. Для проверки теоретической кривой обеспеченности
ее сопоставляют с данными непосредственных наблюдений. Если
точки эмпирической обеспеченности, вычисленные по формуле (80) и
нанесенные на теоретическую кривую обеспеченности, ее осредняют,
то кривая обеспеченности построена правильно и ее параметры вычислены достаточно точно. Если эмпирические точки не соответствуют
в первую очередь, неточно определен коэффициент асимметрии C
следовательно, необходимо изменить соотношение C
теоретической кривой обеспеченности, то это означает, что,
s
и Сv, вновь по-
s
строить теоретическую кривую обеспеченности [9, 17].
Теоретическая кривая обеспеченности, построенная в обычных
координатах, имеет большую кривизну в верхней и нижней частях,
что затрудняет графическую экстраполяцию наиболее интересных
при гидрологических расчетах крайних участков кривой. Для сглаживания кривизны теоретической кривой обеспеченности применяется
специальная клетчатка вероятностей. На этой клетчатке кривая обеспеченности
чениях C
ностей, имеют вид плавных линий. Чем больше C
с Cs = 0 выравнивается в прямую линию. При других зна-
кривые обеспеченности, построенные на клетчатке вероят-
s
, тем больше
s
кривизна кривых обеспеченности.
,
Клетчатки вероятностей могут быть с обычной и логарифмической вертикальной шкалой. С обычной шкалой клетчатки применяются для кривых с умеренной асимметрией (
s
), что характер-
CC
⋅≤ 2
ν
но для годового стока. Второй тип клетчатки применяется для кривых
со значительной асимметрией (
s
83
).
CC
⋅> 2
ν
6. ВНУТРИГОДОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СТОКА
Установление закономерностей внутригодового распределения
стока имеет большое практическое значение. На основе расчетов
внутригодового распределения планируется использование водных
ресурсов для нужд народного хозяйства (орошение, энергетика, водоснабжение), определяются основные параметры гидротехнических
сооружений [2, 4, 8].
На внутригодовое распределение стока влияет множество климатических физико-географических факторов, точный количественный
учёт которых бывает часто затруднен, поэтому гидрологические
рас-
четы внутригодового распределения считаются сложными.
В первую очередь распределение стока в году зависит от климатических факторов, прежде всего осадков, температуры воздуха, испарения, которые имеют географическую зональность.
Кроме климатических факторов, на распределение стока влияют
рельеф, размеры бассейна, его гидрогеологическое строение, озерность, залесенность, заболоченность. Чем больше регулирующее
влияние
этих факторов, тем равномернее распределяется сток в течение года: уменьшается сток половодья, и увеличиваются расходы в
межень.
Наибольшей регулирующей способностью обладают озера (особенно проточные), задерживающие в период снеготаяния большое
количество талых вод и подпитывающие реки в межень, в результате
чего увеличивается минимальный сток.
Лес выравнивает внутригодовое распределение за счет
увеличения
продолжительности половодья (в залесенных бассейнах снеготаяние
замедлено). Лесные рыхлые почвы способствуют переходу части поверхностного стока в подземный за счет инфильтрации. Подземный
сток попадает в реку в период межени.
Почвенно-геологические условия также могут выравнивать внут-
ригодовое распределение: водопроницаемые почвы способствуют
84
пополнению грунтовых вод за счет просачивания в землю и водоносные слои, которые дренируются рекой.
Площадь водосбора является косвенным показателем грунтового
питания реки и меженного стока, так как с увеличением размеров водосбора река дренирует более глубокие и водообильные водоносные
слои [2, 4, 11, 12].
Большое влияние на внутригодовое распределение стока оказывает хозяйственная деятельность
человека, направленная в основном на
регулирование стока (перераспределение стока из многоводных сезонов в маловодные). Это достигается строительством водохранилищ,
прудов, осушением болот, проведением агротехнических мероприятий, устройством полезащитных полос.
Внутригодовое распределение стока какой-либо реки не остается
постоянным, а изменяется из года в год. Оно во многом зависит от
типа
его распределения в году. Например, в засушливых районах в
половодье проходит до 95 % годового стока, а на малых реках иногда
и весь годовой объем. Поэтому задача расчета состоит в определении
объема задержания весеннего стока, а расчет при этом сводится к построению гидрографа весеннего половодья. Для целей орошения рассчитывается обычно распределение
стока в вегетационный период,
для целей энергетики – в зимнюю межень.
Расчет внутригодового распределения стока при наличии
данных наблюдений. При расчетах внутригодового распределения
год обычно делится на два периода: многоводный (половодье) и маловодный (межень). Один из этих периодов (обычно период межени)
является лимитирующим – критическим периодом в отношении использования стока (
от слова лимит – предельная норма, ограничение).
Внутри лимитирующего периода могут быть выделены лимитирующие сезоны – один из наиболее маловодных сезонов в год с неблагоприятным соотношением потребления воды и стока. Для целей орошения лимитирующим сезоном является летне-осенний сезон, для
целей энергетики – зимний сезон с наиболее неблагоприятными условиями работы
гидростанции. Нелимитирующим периодом для рав-
85
нинных рек является весенний период, для рек, питающихся ледниками, – лето [4].
Расчет выполняется не по календарным годам, а по водохозяйственным, которые начинаются с многоводного периода. Границы сезонов назначают едиными для всех лет ряда с округлением их до целого месяца. Продолжительность многоводного сезона назначается
так, чтобы в принятых границах
помещалось половодье за все годы
как с наиболее ранним, так и наиболее поздним половодьем.
Расчет внутригодового распределения по методу компоновки
детально разработан В.Г. Андреяновым. Расчет осуществляется
в следующем порядке:
1. Выделяются границы лимитирующего и нелимитирующего се-
зонов.
2. Определяется величина сезонного стока за каждый год для всех
выделенных сезонов путем
суммирования средних месячных расхо-
дов, входящих в данный сезон.
3. Определяются параметры кривой обеспеченности сезонного
стока (
ются непосредственно по рядам сезонного стока, а C
, Cv и Cs) и годового стока. Первые два параметра вычисля-
Q
N
– методом под-
s
бора лучшего соответствия кривой обеспеченности эмпирическим
точкам.
4. В зависимости от целей использования стока выбирают расчет-
ную обеспеченность стока в соответствии с нормами.
5. По кривым обеспеченности определяется сезонный и годовой
сток расчетной обеспеченности, которая принимается равной для лимитирующих сезонов и года.
6. Сток нелимитирующего периода определяется как разность
ме-
жду стоком за год и стоком лимитирующего периода.
Внутрисезонное распределение стока зависит от водности года и
выполняется отдельно для различных групп водности: многоводной –
25 %, средней – 50 %, маловодной – 75 % и очень маловодной – 95 %.
Для каждого сезона величины сезонного стока за все годы располагают по вертикали в убывающем порядке и вычисляют их эмпириче-
86
скую обеспеченность. За каждый год по горизонтали выписывают
средние месячные (или средние декадные для периода половодья) расходы в порядке убывания, указывая соответствующие им календарные
месяцы. Сезонный сток по вертикали разбивают на 3 или 5 групп водности (в зависимости от целей расчета), причем число лет в каждой
группе должно быть примерно одинаковым
. Для каждой градации
водности сезона суммируют месячные (или декадные) расходы с одинаковым порядковым номером внутри сезона и подсчитывают суммы
месячных расходов за сезон. Поделив полученные суммы расходов за
каждый месяц на сумму расходов за сезон, находят относительное
распределение по месяцам (в процентах от стока за сезон). Таким же
образом
вычисляется среднее распределение стока по месяцам (декадам) по всем группам водности. Определяется, какие календарные месяцы и сколько раз встречались для каждого порядкового номера месяца, и величина полученного стока в процентах от сезонного
относится к тому месяцу, который встречается наиболее часто для
данного порядкового номера месяца. Умножив процентное внутрисе
-
зонное распределение стока на величину стока за сезон, получаем месячные (декадные) расходы за год расчетной обеспеченности.
Метод компоновки рекомендуется применять, если имеются наблюдения не менее чем за 10 лет при условии, что в этот период входят и маловодные, и многоводные годы [4, 17].
При наличии наблюдений за стоком в течение
не менее 20 лет допускается более простой расчет внутригодового распределения по реальному году заданной обеспеченности. Метод заключается в том,
что в качестве расчетного гидрографа стока выбирается тот, у которого обеспеченность годового стока, лимитирующего периода и сезона близки к расчетной обеспеченности. Для этого значения стока за
год лимитирующий период
и сезон располагают в убывающем поряд-
ке и вычисляют их эмпирическую обеспеченность по формуле (72).
При выборе гидрографа необходимо учитывать не только водность года, но и то, чтобы очертание гидрографа было типичным для
данного района. По имеющимся средним месячным расходам за вы-
87
бранный год вычисляют средний месячный сток в процентах и в долях от годового.
Построение кривой обеспеченности суточных расходов. Кривая
обеспеченности суточных расходов показывает продолжительность
стояния расходов, превышающих данный или равный ему, и отражает
распределение средних суточных расходов в течение года, независимо от календарных сроков. В настоящее время обычно строят
так называемую среднюю кривую обеспеченности суточных расходов по
средним расходам воды различной обеспеченности, полученным по
кривым обеспеченности за отдельные годы. Исходные данные по
изученным рекам опубликованы в фондовой таблице водного кадастра «Основные гидрологические характеристики». В этих таблицах
приведены значения расходов продолжительностью 30 дней (обеспеченность 8,3 %), 90 дней (обеспеченность 25 %), 180 дней (обеспеченность 50 %), 270 дней (обеспеченность 75 %), 355 дней (обеспеченность 97 %), а также годовой максимум и минимум. Ординатами
средней кривой продолжительности являются осредненные за все годы характерные значения расходов.
Расчет внутригодового распределения стока при отсутствии
или недостаточности данных наблюдений. При отсутствии или не-
достаточности наблюдений (менее 10 лет) расчет внутригодового
распределения выполняют по методу гидрологической аналогии
и по
существующим схемам внутригодового распределения.
Основным методом является расчет по аналогу. Аналог выбирается по сходству климатических условий и перечисленных ранее физико-географических характеристик бассейна; при этом необходимо сопоставить годовые, сезонные и месячные величины стока за
имеющийся короткий период наблюдений с данными по рекеаналогу. При полном
отсутствии наблюдений необходимо провести
параллельные наблюдения хотя бы за год на рассматриваемой реке и
реке-аналоге. Расчет может выполняться методом компоновки, но параметры кривой обеспеченности для годового и сезонного стока лимитирующего периода берут по реке-аналогу. Если размеры водосбо-
88
ра неизученной реки и реки-аналога близки между собой, то допускается принять процентное распределение стока аналога для неизученной реки.
Если имеются районные схемы внутригодового распределения, то
для неизученной реки можно использовать распределение стока по
месяцам и сезонам для различных групп водности. При этом предварительно необходимо выполнить обследование неизученной
реки
и организовать кратковременные наблюдения над стоком с целью выявления аномальных для данного района факторов, искажающих характер внутригодового распределения.
89
7. МАКСИМАЛЬНЫЙ СТОК
Максимальный сток в году наблюдается обычно в период полово-
дья, реже – при прохождении дождевых паводков [1, 2, 4, 12, 17].
Половодье – продолжительное повышение стока, повторяющееся
ежегодно в одни и те же сезоны. На равнинных реках половодье проходит в период весеннего снеготаяния (весеннее половодье), на высокогорных – в период таяния снега и ледников (летнее половодье), на
реках Дальнего Востока – летом в период выпадения муссонных дождей.
Паводок – кратковременное повышение стока, не приуроченное
к определенному периоду, повторяющееся в году по несколько раз.
На территории СССР преобладают реки с весенним половодьем,
поэтому при проектировании гидротехнических сооружений наибольшее внимание обычно уделяют расчетам максимальных расходов
талых вод. Максимальные годовые
расходы воды могут превышать
средние годовые расходы в десятки раз (например, средний многолетний годовой расход р. Волги у г. Самары составляет около
3
800 м
/с, а максимальный расход в 1926 г. достигал 64 000 м3/с).
Максимальные расходы талых вод. На формирование макси-
мальных расходов оказывают влияние величина запасов воды
в снежном покрове, накопившемся на водосборе в течение зимнего
периода, интенсивность и продолжительность снеготаяния.
Известно, что чем больше запасы воды на водосборе, тем больше
объем весеннего половодья, тем больше максимальный годовой расход воды. Однако
снегозапасы полностью не определяют величину
годового максимума. Большое значение имеет интенсивность снеготаяния, которая, в свою очередь, зависит от характера развития весенних погодных процессов (от солнечной радиации, температуры
воздуха). Интенсивностью снеготаяния называется количество талых
вод, образующихся в единицу времени. В затяжные весны, несмотря
на значительные снегозапасы, поступление воды в русло
90
ослаблено
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]