Определение нормы годового стока при отсутствии данных гидрометеорологических наблюдений
Практическая работа №7
Цель работы: изучить методы расчета нормы годового стока при отсутствии данных гидрометрических наблюдений.
Очень часто период непосредственных наблюдений за режимом реки составляет всего лишь 10 - 15 лет и недостаточен для гидрологических расчетов. В таких случаях стараются использовать данные о расходах воды географически близких водосборов, но где ведутся более длительные наблюдения.
Реки-аналоги подбираются исходя из сходства физико-географических условий водосборов (площади водосбора, лесистость, заболоченность, средняя высота водосбора, уклон реки и т.д.) Используются дополнительно метеорологические наблюдения, по которым реконструируют сток.
В тех случаях, когда сведения о режиме реки представлены всего двумя - тремя годами наблюдений или вообще отсутствуют, в основу расчетов стока ложатся косвенные приемы. При отсутствии данных гидрометрических наблюдений в расчетном створе применяют региональные методы расчета гидрологических характеристик, основанные на результатах обобщения данных гидрометеорологических наблюдений в районе проектирования. Параметры распределения и расчетные значения определяют с помощью следующих основных методов:
- водного баланса;
- гидрологической аналогии;
- осреднения в однородном районе;
- построения карт изолиний;
- построения региональных зависимостей стоковых характеристик от основных физико-географических факторов водосборов;
- построения зависимостей между погодичными стоковыми характеристиками и стокоформирующими факторами.
При определении среднего многолетнего стока (нормы) по карте в его значения, определенные по карте (Приложение А), следует вводить поправки на влияние местных азональных факторов, которые учитывают неполное дренирование реками подземных вод, наличие карста, выходов подземных вод, особенности геологического строения бассейна, характер почв (грунтов), промерзание и пересыхание рек, различие средних высот водосборов и другие особенности. Поправки определяют путем построения зависимостей среднего многолетнего стока от азональных факторов.
Среднее многолетнее значение стока (в модулях или слоях стока) для расчетного пункта (центра тяжести водосбора) на равнинной территории или при незначительно меняющемся рельефе определяют линейной интерполяцией между изолиниями стока.
В случае пересечения водосбора несколькими изолиниями средневзвешенное значение стока вычисляют по формуле
, (21)
где 
, 
,..., 
- средние значения стока между соседними изолиниями, пересекающими водосбор;
, 
,..., 
- соответствующие площади между изолиниями;
- общая площадь водосбора до расчетного створа.
Основными гидрографическими и физико-географическими факторами для построения региональных зависимостей являются следующие:
1) площадь водосбора 
, км2;
2) гидрографическая длина водотока 
, км;
3) средневзвешенный уклон водотока i,представляющий собой условный выровненный уклон ломаного профиля, эквивалентный сумме частных средних уклонов профиля водотока.
Средневзвешенный уклон определяют только для незарегулированных водотоков, а также для участков рек, расположенных в нижних бьефах водохранилищ;
4) средняя высота водосбора 
, м, над уровнем моря; определяют по гипсографической кривой водосбора или по формуле
, (22)
где 
- высота поверхности горизонтального сечения (горизонтали), м;
- площадь между двумя соседними горизонталями, км2;
- общая площадь водосбора, км2;
5) относительная лесистость водосбора 
, % общей площади водосбора (лес и кустарники на проходимых болотах в лесные угодья не включают);
6) относительная заболоченность водосбора 
, % общей площади водосбора; вычисляют с разделением болот на верховые и низинные;
7) относительная озерность водосбора 
, %, представляющая собой отношение суммы площадей всех озер, расположенных на водосборе, к общей площади водосбора;
9) закарстованность водосбора 
, % общей площади водосбора; определяют отношением закарстованной площади водосбора ко всей его площади;
10) относительная распаханность водосбора 
, % общей площади водосбора; определяют отношением площади распаханных земель под сельскохозяйственные культуры на водосборе ко всей его площади;
11) характеристика типа почвогрунтов, слагающих поверхность водосбора; определяют по почвенным картам, а также выделяют пять групп почвогрунтов по механическому составу: глинистые, суглинистые, песчаные, супесчаные и каменистые;
12) средняя глубина залегания уровня грунтовых вод (первого водоносного горизонта); определяют по гидрогеологическим картам;
13) характеристики зарегулированности речной системы искусственными водоемами (количество, расположение и регулирующие емкости);
14) характеристика рельефа (равнинный - относительное колебание высот в пределах водосбора менее 200 м, горный - относительное колебание высот на водосборе более 200 м).
Гидрографические характеристики реки и ее водосбора определяют по новейшим топографическим картам, масштабы которых выбирают в зависимости от размера реки и рельефа водосбора.
Среднее многолетнее значение стока неисследованных горных рек следует определять по районным зависимостям стока от средней высоты водосбора, установленной для изученных рек в районе исследования.
В целях уточнения среднего многолетнего значения стока отдельных горных рек по зависимостям 
, составленным для достаточно крупных районов, используют дополнительные факторы (экспозицию склонов и др.).
В бассейне Енисея обнаруживается хорошо выраженная тенденция изменения стока в зависимости от высотного положения речных водосборов и ориентации их относительно направления движения влагоносных воздушных масс. По этим признакам по территории выявлены локальные зависимости нормы среднегодового модуля стока от высоты местности.
Примером региональной формулы для расчета годового стока является формула, разработанная лабораторией водных ресурсов Сибирского научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации под руководством д.г.н. А.В. Петенкова для расчета нормы модуля годового стока малых неизученных рек Красноярского края. В основу положена связь среднемноголетних значений модуля стока и годовых осадков, приведенных к средней высоте бассейна. Среднемноголетний модуль годового стока рассчитывается по эмпирическому уравнению
(23)
где Хгб – среднемноголетняя сумма осадков за год в бассейне реки.
Зная средний, многолетний модуль стока можно определить средний, многолетний расход воды, объем стока.
Лабораторией была разработана формула для расчета годовой суммы осадков в речных бассейнах
, (24)
где Хгс – среднее за многолетний период годовое количество осадков на гидрометеорологической станции в мм,
gх - градиент увеличения количества осадков по высоте (0.1/ 100 м ),
– разность высотного положения бассейна и гидрометеорологической станции.
Значения коэффициента вариации Сv неисследованных рек определяют либо по Сv рек-аналогов, либо по картам коэффициента вариации годового стока( Приложения Б, В), либо по районным эмпирическим формулам, в которые вводят поправки на азональные факторы, либо по зависимости от коэффициента вариации годовых осадков (Приложения Г, Д).
В последнем случае значение коэффициента вариации годовых осадков снимается с карты коэффициента вариации годовых осадков, разработанной СибНИИГИМ для условий Красноярского края, по ближайшей метеостанции. Значение коэффициента вариации годового стока определяется по графикам связи Сv стока и Сv x осадков (Приложения Д, Е).
Задание:
1. Определить значение годового стока при отсутствии наблюдений на исследуемой реке, рассчитать годовой сток вероятностью превышения Р=1, 25, 50, 75, 90, 95, 97%:
А) по карте нормы годового стока;
Б) по региональной формуле Петенкова;
2. Сравнить полученные результаты с данными наблюдений.
3. Определить коэффициент вариации годового стока
А) по районным зависимостям от высоты водосбора
Б) по зависимости от коэффициента вариации годовых осадков
Контрольные вопросы:
1. Перечислить основные способы определения гидрологических характеристик при отсутствии данных наблюдений.
2. Основные факторы влияющие на величину годового стока,
3. В каких характеристиках может быть выражена норма стока?
4. Какие методы расчетов гидрологических характеристик при отсутствии данных наблюдений вы знаете?
5. Для какой точки водосбора исследуемой реки по карте определяются гидрологические характеристики?