Расчет многолетней величины годового стока

ДЕПАРТАМЕНТ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра: _____________________

Дисциплина: Гидрология

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Выполнила: студент третьего курса,

заочного отделения, группы __ ЭМЗ, _____

________________________________

Волгоград 2006г.

ВАРИАНТ 0 Река Сура, с. Кадышево, площадь водосбора F=27 900 км², залесенность 30%, болот нет, среднее многолетнее количество осадков 682 мм.

Среднемесячные и среднегодовые расходы воды и модули стока

Бассейн – аналог – р. Сура, г. Пенза.

Средняя многолетняя величина годового стока (норма) М_оа=3,5 л/с*км², С_v=0,27.

Таблица для определения параметров при подсчете максимального расхода талых вод

1. Определить среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока при наличии данных наблюдений.

Исходные данные: среднегодовые расходы воды, рассчитываемый период 10 лет (с 1964 – 1973 гг.).

Q_о=,

где Q_i – средний годовой стока за i-й год;

n – число лет наблюдений.

Q_i=994,3

Q_{о= =}99,43 м³/с (величина среднего многолетнего стока).

Полученную норму в виде среднего многолетнего расхода воды требуется выразить через другие характеристики стока: модуль, слой, объем и коэффициент стока.

Модуль стока М_о== =3,56 л/с*км², где F – площадь водосбора, км².

Средний многолетний объем стока за год:

W_o=Q_o*T=99,43*31,54*10⁶=3 136,022 м³,

где Т – число секунд в году, равное приблизительно 31,54*10⁶ с.

Средний многолетний слой стока h_o===112,4мм/год

Коэффициент стока α===0,165,

где х_о – средняя многолетняя величина осадков в год, мм.

2. Определить коэффициент изменчивости (вариации) С_v годового стока.

С_v=, где _– среднеквадратическое отклонение годовых расходов от нормы стока.

_{= .}

Если n<30, то _{= .}

Если сток за отдельные годы выразить в виде модульных коэффициентов к=, то С_v=, а при n<30 С_v=

Составим таблицу для подсчета С_v годового стока реки.

Таблица 1

Данные для подсчета С_v

С_v=== = 0.2638783=0.264.

Относительная средняя квадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока реки за период с 1964 по 1973 гг. (10 лет) равна:

= == 8,3%

Относительная средняя квадратическая ошибка коэффициента изменчивости С_v при его определении методом моментов равна:

=23,24%.

Длина ряда считается достаточной для определения Q_o и C_v, если 5-10%, а 10-15%. Величина среднего годового стока при этом условии называется нормой стока. В нашем случае находится в пределах допустимого, а больше допустимой ошибки. Значит, ряд наблюдений недостаточный необходимо удлинить его.

3. Определить норму стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии.

Река-аналог выбирается по:

– сходству климатических характеристик;

– синхронности колебаний стока во времени;

– однородности рельефа, почвогрунтов, гидрогеологических условий, близкой степени покрытости водосбора лесами и болотами;

– соотношению площадей водосборов, которые не должны отличаться более чем в 10 раз;

– отсутствию факторов, искажающих сток (строительство плотин, изъятие и сброс воды).

Река-аналог должна иметь многолетний период гидрометрических наблюдений для точного определения нормы стока и не менее 6 лет параллельных наблюдений с изучаемой рекой.

По графику связи М_о равно 7,9 л/с.км²

Q_O== =106,02

Коэффициент изменчивости годового стока:

С_v=AC_va,

где С_v – коэффициент изменчивости стока в расчетном створе;

C_va – в створе реки-аналога;

М_оа – среднемноголетняя величина годового стока реки-аналога;

А – тангенс угла наклона графика связи.

В нашем случае:

С_v=1*3,5/3,8*0,27=0,25

Окончательно принимаем М_о=3,8 л/с*км², Q_O=106,02 м³/с, С_v=0,25.

4. Построить и проверить кривую обеспеченности годового стока.

В работе требуется построить кривую обеспеченности годового стока, воспользовавшись кривой трехпараметрического гамма-распределения. Для этого необходимо рассчитать три параметра: Q_o – среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока, C_v и C_s годового стока.

Используя результаты расчетов первой части работы для р. Сура, имеем Q_O=106,02 м³/с, С_v=0,25.

Для р. Сура принимаем C_s=2С_v=0,50 с последующей проверкой.

Ординаты кривой определяем в зависимости от коэффициента С_v по таблицам, составленным С.Н. Крицким и М.Ф. Менкелем для C_s=2С_v. Для повышения точности кривой необходимо учитывать сотые доли С_v и провести интерполяцию между соседними столбцами цифр.

Ординаты теоретической кривой обеспеченности среднегодовых расходов воды реки Сура с. Кадышево.

Таблица 2

ГРАФИК

Построить кривую обеспеченности на клетчатке вероятностей и проверить ее данные фактических наблюдений.

Таблица 3

Данные для проверки теоретической кривой

Для этого модульные коэффициенты годовых расходов нужно расположить по убыванию и для каждого из них вычислить его фактическую обеспеченность по формуле Р =, где Р – обеспеченность члена ряда, расположенного в порядке убывания;

m – порядковый номер члена ряда;

n – число членов ряда.

Как видно из последнего графика, нанесенные точки осредняют теоретическую кривую, значит кривая построена правильно и соотношение C_s=2 С_v соответствует действительности.

5. Рассчитать внутригодовое распределение стока методом компоновки для целей орошения с расчетной вероятностью превышения Р=80%.

Расчет делится на две части:

а) межсезонное распределение, имеющее наиболее важное значение;

б) внутрисезонное распределение (по месяцам и декадам), устанавливаемое с некоторой схематизацией.

Расчет выполняется по гидрологическим годам, т.е. по годам, начинающимся с многоводного сезона. Сроки сезонов начинаются едиными для всех лет наблюдений с округлением их до целого месяца. Продолжительность многоводного сезона назначается так, чтобы в границах сезона помещалось половодье как в годы с наиболее ранним сроком наступления, так и с наиболее поздним сроком окончания.

В задании продолжительность сезона можно принять следующий: весна-апрель, май, июнь; лето-осень – июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь; зима – декабрь и январь, февраль, март следующего года.

Величина стока за отдельные сезоны и периоды определяется суммой среднемесячных расходов. В последнем году к расходу за декабрь прибавляются расходы за 3 месяца (I, II, III) первого года.

Таблица 4

Q_ло== 263,83 м³/сек

С_v==0,1612

C_s=2C_v=0,322

Q_меж== 445,67 м³/сек

C_v== 0,1816

C_s=2C_v=0,363

Q_{рас год} = К_р*12*Q_о= 0,78*12*106,02=992,347 м³/сек

Q_{рас меж} = К_р*Q_меж= 0,85*445,67=378,82 м³/сек

Q_{рас ло} = К_р*Q _ло=0,87*263,83=229,53 м³/сек

Q_{рас вес}= Q_{рас год} - Q_{рас меж}=992,347-378,82=613,53 м³/сек

Q_{рас зим}= Q_{рас меж} - Q_{рас ло}=378,82-229,53=149,29 м³/сек

Определить расчетные расходы по формулам:

годового стока Q_{рас год} = К^,*12 Q_о,

лимитирующего периода Q_{рас меж} = К_р^,,* Q_ло,

лимитирующего сезона Q_{рас ло} =К_р^,,,* Q_{рас год} Q_ло,

где К_р^,, К_р^,,, К_р^,,, – ординаты кривых трехпараметрического гамма-распределения, снятые с таблицы соответственно для С_v годового стока, С_v меженного стока и С_v для лета – осени.

Примечание: так как расчеты выполняются по среднемесячным расходам, расчетный расход за год требуется умножить на 12.

Одним из основных условий метода компоновки является равенство Q_{рас год}= ∑ Q_{рас сез}. Однако это равенство нарушается, если расчетный сток за нелимитирующее сезоны определять также по кривым обеспеченности (ввиду различия параметров кривых). Поэтому расчетный сток за нелимитирующий период (в задании – за весну) определить по разности Q_{рас вес}= Q_{рас год} - Q_{рас меж}, а за нелимитирующий сезон (в задании зима)

Q_{рас зим}= Q_{рас меж} - Q_{рас ло}.

Внутрисезонное распределение – приимается осредненным по каждой из трех групп водности (многоводная группа, включающая годы с обеспеченностью стока за сезон Р<33%, средняя по водности 33<Р<66%, маловодная Р>66%).

Для выделения лет, входящих в отдельные группы водности, необходимо суммарные расходы за сезон расположить по убыванию и подсчитать их фактическую обеспеченность (пример – табл. 4). Так как расчетная обеспеченность (Р=80%) соответствует маловодной группе, дальнейший расчет можно производить для лет, входящих в маловодную группу (табл. 5).

Для этого в графу «Суммарный сток» выписать расходы по сезонам, соответствующие обеспеченностям Р>66%, а в графу «Годы» – записать годы, соответствующие этим расходам.

Среднемесячные расходы внутри сезона расположить в убывающем порядке с указанием календарных месяцев, к которым они относятся (табл. 5). Таким образом, первым окажется расход за наиболее многоводный месяц, последним – за маловодный месяц.

Для всех лет произвести суммирование расходов отдельно за сезон и за каждый месяц. Принимая сумму расходов за сезон за 100%, определить процент каждого месяца А%, входящего в сезон, а в графу «Месяц» записать наименование того месяца, который повторяется наиболее часто. Если повторений нет, вписать любой из встречающихся, но так, чтобы каждый месяц, входящий в сезон, имел свой процент от сезона.

Затем, умножая расчетный расход за сезон, определенный в части межсезонного распределения стока (табл. 4), на процентную долю каждого месяца А% (табл.5), вычислить расчетный расход каждого месяца.

Q_{рас IV}== 613,53*9,09/100%=55,77 м³/с.

По данным табл. 5 графы «Расчетные расходы по месяцам» на миллиметровке построить расчетный гидрограф Р-80% изучаемой реки (рис 3).

6. Определить расчетный максимальный расход, талых вод Р=1% при отсутствии данных гидрометрических наблюдений по формуле:

Q_p=M_pF=, м³/с,

где Q_p– расчетный мгновенный максимальный расход талых вод заданной обеспеченности Р, м³/с;

M_p– модуль максимального расчетного расхода заданной обеспеченности Р, м³/с*км²;

h_p– расчетный слой половодья, см;

F – площадь водосбора, км²;

n– показатель степени редукции зависимости =f(F);

k_o – параметр дружности половодья;

и– коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов рек, зарегулированных озерами (водохранилищами) и в залесенных и заболоченных бассейнах;

– коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов при Р=1%; =1;

F₁– дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции, км², принимаемая по приложению 3.

ГИДРОГРАФ

Рис. 3

Таблица 5

Вычисление внутрисезонного распределения стока

Параметр k_o определяется по данным рек-аналогов, в контрольной работе k_o выписывается из приложения 3. Параметр n₁ зависит от природной зоны, определяется из приложения 3.

h=K_ph,

где K_p – ордината аналитической кривой трехпараметрического гамма – распределения заданной вероятности превышения, определяется по приложению 2 в зависимости от C_v (приложение 3) при C_s=2 C_v с точностью до сотых интерполяций между соседними столбцами;

h – средний слой половодья, устанавливается по рекам – аналогам или интерполяцией, в контрольной работе – по приложению 3.

Коэффициент , учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами, следует определять по формуле:

=1/(1+Сfоз),

где С – коэффициент, принимаемый в зависимости от величины среднего многолетнего слоя весеннего стока h;

fоз – средневзвешенная озерность.

Так как в расчетных водосборах нет проточных озер, а расположенная вне главного русла fоз<2%, принимаем =1. Коэффициент , учитывающий снижение максимальных расходов воды в залесенных водосборах, определяется по формуле:

= /(f_л+1)ⁿ₂=0,654,

где n₂ – коэффициент редукции принимается по приложению 3. Коэффициент зависит от природной зоны, расположения леса на водосборе и общей залесенности f_л в %; выписывается по приложению 3.

Коэффициент , учитывающий снижение максимального расхода воды заболоченных бассейнов, определяется по формуле:

=1-Lg(0,1f+1),

где – коэффициент, зависящий от типа болот, определяется по приложению 3;

f – относительная площадь болот и заболоченных лесов и лугов в бассейне, %.

Рассчитать максимальный расход 1% вероятности превышения талых вод для р. Сура с. Кадышева (F=27 900 км², залесенность – 30%, заболоченность – 0).

По приложению 3 определяем F₁=2 км², h=80 мм, C_v=0,40, n=0,25, =1, К_о= 0,02;

=1,3;

n₂=0,2;

=0,8;

по приложению 2 К_р=2,16;

h_p=k_ph=2,16*80=172,8 мм, =1;

=/(f_л+1)ⁿ₂=1,30(30+1)^0,2=0,654;

=1-Lg(0,1f+1)=1-0,8Lg*(0,1*0+1)=1.

Q_1%==4879,314 м³/с.