Расчет нормы стока реки

   1. РАСЧЕТ НОРМЫ СТОКА  РЕКИ. 
 

   1.1. Введение в теорию расчета

   Под нормой стока понимается среднее  значение стока  за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное значение практически  не меняется.

   Норма стока может быть вычислена путем осреднения годовых значений (норма годового стока), ежегодных величин стока за весеннее половодье или меженный период (норма меженного или весеннего стока) или как среднее из ежегодных экстремальных величин (норма максимального и минимального стока).

   Норма стока может быть выражена различными характеристиками: расходом воды Q, модулем стока M, слоем стока h, объемом стока W.

   В гидрологических расчетах чаще всего  используется расход воды. С помощью  расхода воды могут быть определены все остальные характеристики стока: F – площадь водосбора, км²; t – продолжительность половодья, с. 

   1.2. При недостаточном периоде гидрометрических наблюдений Статический ряд значений стока будет считаться недостаточным для расчета нормы стока, если он не является репрезентативным, т.е. не включает полных циклов изменения гидрологической величины, а среднеквадратическая погрешность среднего значения ряда превышает допустимое значение.

   Удлинение ряда наблюдений осуществляют путем  приведения ряда к многолетнему периоду по реке – аналогу, имеющем пункты с наиболее длительным периодом гидрологических наблюдений за стоком, обычно не менее 50 лет.

   При подборе рек-аналогов учитывается  следующее:

   - расчетная река и река-аналог  должны находиться в максимальной географической близости;

   - климатические условия формирования  стока должны быть одинаковыми;

   - колебания годового стока должны  быть синхронными;

   - рельеф водосборов, почво-грунты  и гидрологические условия не  должны иметь существенных отличий;

   - площади водосборов не должны отличаться более чем в 10 раз для равнинных рек, в горах различие в средней высоте водосбора должно быть в пределах 300 м;

   - продолжительность совместных лет  наблюдений за сотоком на расчетной  реке и реке-аналоге должна  быть не менее 10 лет.

   Критерием правильности выбора пункта-аналога является тесная связь за годы одновременных наблюдений, характеризуемая коэффициентом корреляции, r≥0,7 и отношением коэффициента регрессии к среднеквадратической погрешности коэффициента регрессии k/σ_k≥2.

   1.2.Примеры  расчета нормы стока.

   1.2.1. При достаточном периоде наблюдений.

   Задача: рассчитать норму годового стока  р.Сосьва в створе д.Денежкино.

   Сосьва - река Северного Урала, берущая начало в горах и впадающая в р.Тавду. Верхний участок реки относится  к типу горных рек, в устье река имеет равнинный характер.

   Створ р. Сосьва - д.Денежкино - рассположен  на расстоянии 477 км от устья, площадь  водосбора 4390 км². Гидрологический пост открыт в 1932 г. и действует по настоящее время. Данные наблюдений сведены в табл. 1.

   Таблица 1

   Наблюденные среднегодовые расходы воды  р. Сосьва – д. Денежкино. 

 

    Из таблицы следует, что N = 44 года. 
 

     
 

     

           Сv =0,37

                       

   1.1.2.2. Аналитический способ.

   При одном аналоге используется уравнение  регрессии с двумя переменными

                                                           

     

     

     

     

 

   где Q_ср и Q_а.ср - средние значения стока в расчетном пункте и пункте-аналоге за совместный период наблюдений;

                               k - коэффициент регрессии;

                               r - коэффициент парной корреляции;

                     σ, σ_а - средние квадратические отклонения однолетних средних от средних, за период совместных наблюдений в расчетном пункте и пункте-аналоге;

                          Q´- свободный член, учитывающий различие в стоке рассматриваемых пунктов за совместный период.

   Условие приемлемости реки-аналога: r≥0,7; k/σ_k≥2 при

     
 

     Для нормы стока уравнение  линейной регрессии

   

                                                                                

        Задача: рассчитать норму годового стока р. Каква в створе д.Полутовка.

   Бассейн р. Каква расположен в северной части  Среднего Урала на восточном склоне. Длина реки 170 км, площадь водосбора 1970 км².

   Створ реки Каква - д. Полутовка - расположен на расстоянии 43  км от устья, площадь  водосбора 1500 км². Наблюдения велись с 1955 года по 1970 год, Данные гидрологических измерений приведены в табл. 2. 

   Таблица 2.

   Наблюденные значения среднегодовых расходов воды р. Каквы– д. Полутовка. 

 

   Из  таблицы следует, что n = 10 лет. 
 

     

   

                                                                                  

   Средняя квадратическая ошибка составляет 3,8/13,3*100   =28,5%, что значительно больше допустимого. Следовательно, ряд наблюдений недостаточен для расчета нормы стока, необходим подбор аналога.

   В данном случае в качестве аналога  выберем р.Сосьву - д.Денежкино по следующим соображениям:

   - период наблюдений достаточен;

   - климатические условия формирования  стока аналогичны;

   - реки расположены географически  близко;

   - рельеф водосборов близок, обе реки в верховьях имеют горный характер;

   - площади водосборов отличаются  в 3 раза;

   - в течение 10 лет имеются совместные  наблюдения.

   Определяем  корреляционную связь расходов исследуемой реки и реки-аналога (табл.3) .

   Таблица 3

   Определение корреляционной связи среднегодовых расходов воды в створах р.Сосьва – д.Денежкино и р.Каква – д.Полутовка.