СОДЕРЖАНИЕ

Приложение  Б………………………………………………………………………..22

Приложение  В………………………………………………………………………..23 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

     Определение расчетных гидрологических характеристик  основывается на данных гидрометеорологических наблюдений, опубликованных в официальных документах, а также на данных изыскательных, проектных и других организаций, включая материалы опроса местных жителей, кроме того, используют достоверные данные наблюдений за гидрометеорологическими характеристиками по архивным, литературным и другим материалам, относящимся к периоду до начала регулярных наблюдений.

     Цель  данной работы – определение расчетных  гидрометеорологических характеристик  реки.

     Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

     - определить величины членов уравнения годового водного баланса бассейна реки;

     - выполнить расчет годового стока  при достаточности гидрометрических  данных.

     Объектом  данного исследования являются колебания  годового стока реки.

     Предметом исследования является уровень воды, его краткосрочный прогноз, расчет годового стока при достаточности гидрометрических наблюдений.

     Теоретической основой данного исследования послужили  труды известных отечественных  ученых: А.М. Владимирова, К.В. Гришанина и Е.Г. Попова с требованиями нормативных документов.

     Реализация  расчетов данной работы позволит определить расчетные гидрологические характеристики для обоснования проектирования новых, расширения, реконструкции и  технического перевооружения действующих  объектов для всех видов строительства и инженерной защиты территории.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Продольный профиль реки. Поперечное сечение русла и его морфометрические характеристики

        Падение реки - разность отметок высот поверхности воды в двух точках, расположенных на некотором расстоянии вдоль течения реки.

      Продольный  профиль реки – изображение вертикального разреза русла от истока до устья.

      Базис эрозии – поверхность, на уровне которой водный поток теряет свою силу и ниже которой он не может углубить свое ложе.

     Виды  продольных профилей рек: плавновогнутый профиль, прямолинейный профиль, выпуклый профиль, ступенчатый профиль. Характер продольного профиля определяется геологическим строением и рельефом речного бассейна, а также эрозионно-аккумулятивной деятельностью самого потока.

      Поперечное сечение русла реки – сечение русла поперек направления движения реки.

  Водное сечение русла реки – часть поперечного профиля русла водотока, ограниченная сверху уровнем воды при определенном расходе.

      Живое сечения русла реки – сечение, в котором наблюдается течение воды и можно измерить скорость течения.

      Способы вычисления морфометрических характеристик поперечного сечения речного русла.

      К морфометрическим характеристикам  относятся: площадь водного сечения; ширина реки; длина смоченного периметра; наибольшая глубина; средняя глубина; гидравлический радиус.

      Площадь водного сечения может быть определена планиметрированием или аналитически. Промеренные вертикали разбивают водное сечение на ряд трапеций, и только береговые участки его могут иметь форму прямоугольного треугольника, если глубина на урезе воды равна нулю. Аналитически общая площадь водного сечения получается как сумма частных площадей.

      Смоченный периметр – длина линии дна реки на профиле, заключенная между урезами воды.

      Гидравлический  радиус – частное от деления площади водного сечения на длину смоченного периметра.

      Вычисление смоченного периметра и гидравлического радиуса обычно бывает необходимо для узких русел со значительной глубиной, так как в этом случае длина смоченного периметра может значительно отличаться от ширины реки.

      Средняя глубина – частное от деления площади водного сечения на ширину реки.

      Наибольшая  глубина на профиле устанавливается  по данным промерной книжки.

1.2 Расчет стока наносов. Сток взвешенных наносов. Влекомые наносы. Понятие о заилении водохранилища

      Способы определения стока взвешенных наносов  при наличии наблюденных данных и при их отсутствии.

      Основной  расчетной характеристикой стока  наносов, используемой при проектировании водохранилищ, каналов и других гидротехнических сооружений, является средняя многолетняя величина или норма стока наносов. Наиболее распространенными являются методы, основанные на зависимости расходов взвешенных наносов от расходов воды R = F(Q). Это связано с тем, что период наблюдений над стоком воды значительно продолжительнее периода наблюдений над стоком наносов и норма стока воды определяется с достаточной точностью. Точность определения величины среднего многолетнего стока зависит от длительности периода наблюдений. Чем длиннее ряд наблюдений, тем с большей уверенностью можно сказать, что вычисленная средняя многолетняя величина стока взвешенных наносов будет ближе к действительной. Поэтому при ее расчетах часто прибегают к удлинению имеющихся рядов наблюдений.

      Существует  ряд способов приведения коротких рядов к длинным. При этом часто применяемыми в практике являются следующие методы:

- метод  отношений расходов воды и  наносов за короткий и длинный  период наблюдений используют, если период наблюдений охватывает средние по водности годы или близкие к нему. Если же период наблюдений над сроком наносов охватывает только маловодные или многоводные годы, использовать этот метод не рекомендуется;

- метод,  основанный на связи между  средними расходами воды и  наносов за различные периоды: сутки, декаду, месяц, сезон, год;

- метод  аналогов. Выбор реки аналога производится на основании анализа и сравнения условий формирования стока наносов и морфометрических характеристик бассейнов рек. Для выбранных пунктов строятся кривые зависимости R = F(R_{аналога}) за период параллельных наблюдений и по известной норме стока наносов реки-аналога определяется величина среднего многолетнего расхода наносов для пункта с коротким рядом наблюдений.;

- метод  Г.В. Лопатина (метод модульных  коэффициентов);

- метод Г.П. Иванова с использованием теоретической кривой обеспеченности. Метод Г.П. Иванова основан на допущении равенства обеспеченности расходов взвешенных наносов и расходов воды;

- графоаналитический  метод (способ Г. А. Алексеева). По многолетним данным о стоке воды строится эмпирическая кривая обеспеченности. По кривой обеспеченности определяются расходы воды трех обеспеченностей: Q5%, Q50% и Q95%. Имея достаточно тесную связь R_г = F(Q_г), снимаются значения R5%, R50% и R95% обеспеченности по полученным соответственно выше величинам Q5%, Q50% и Q95%. По вычисленным R5%, R50% и R95% и определяются средние параметры стока взвешенных наносов, используется наиболее распространенная биноминальная кривая обеспеченности.

      Способы определения продолжительности  заиления  водохранилища.

      Заиление  – процесс аккумуляции всей совокупности наносов в водохранилище.

      При равномерном отложении наносов  период заиления мертвого объема водохранилища  можно приближенно определить по формуле:

,

      где V_мо – мертвый объем водохранилища, м³;

      W_r – средний годовой сток наносов реки, м³;

      σ – доля стока наносов, проходящая через водохранилище транзитом.

      Способы определения годового стока влекомых (донных) наносов при отсутствии наблюдений.

      На  долю влекомых наносов приходится в среднем 5-10 % взвешенных наносов. При этом с увеличением размера реки эта доля уменьшается.

      Суммарный расход наносов, которые может переносить река, называют транспортирующей способностью реки и можно определить по формуле:

,

      где s_тр – мутность воды, соответствующая транспортирующей способности реки;

      v – средняя скорость потока;

      h_ср – средняя глубина;

      w – средняя гидравлическая крупность частиц наносов.

      В реальных условиях фактический расход наносов в реке и транспортирующая способность потока могут не совпадать, что становится причиной русловых деформаций.

      Сток  наносов реки обычно рассчитывают по построенным на основе измерений  связям расхода воды и расхода  взвешенных наносов R = f(Q).

      Максимальная  мутность реки обычно опережает максимум расхода воды и отмечается на подъеме половодья или паводка. Средние расходы наносов за любой период определяют так же, как и средние расходы воды.

      Сток  наносов определяют по формуле:

,

      где W_н – сток наносов, кг;

      R – средний расход наносов, кг/с;

      Δt – интервал времени, с.

  

 

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ (РАСЧЕТНАЯ) ЧАСТЬ

2 .1 Практическое задание №1

      ТЕМА: «Вычисление значений основных членов уравнения водного баланса бассейна реки. Определение объема весеннего  половодья и продолжительность его прохождения».

      Дано:

1. Площадь бассейна реки F, км².
2. Среднегодовой модуль стока с площади данного бассейна реки М, л/с·км².
3. Метеорологические данные о годовых суммах осадков, выпавших на территории исследуемого бассейна реки, Х, мм.
4. Данные о максимальном залегании снежного покрова на площади бассейна реки:

     - высота снега в точке измерений  h, см;

     - масса снега в точке измерений  m, г. 

     Требуется определить:

1. Величину членов уравнения годового водного баланса бассейна  реки: объём осадков W_x, объём стока W_ст и объём испарения W_z.
2. Объём весеннего половодья W_полов и продолжительность его прохождения,  τ.

Решение:

1. Известно, что уравнение годового водного баланса бассейна реки состоит из следующих членов:

     

     где – объём  осадков, км³,

      – объём стока, км³,

       – объем испарения, км³.

     

     Среднюю величину осадков Х_ср, мм, выпавших над бассейном реки, определим по данным наблюдений восьми метеорологических станций, распложенных на территории бассейна реки:

     

,

     где ∑Х – сумма всех годовых осадков, измеренных на всех метеостанциях бассейна, мм;

     n – количество метеостанций в бассейне.

     

мм.

     

км³.

     Объём стока, W_ст, км³, можно определить по формуле: