Определение максимальных расходов воды рек при отсутствия наблюдений за стоком

Практическая работа №8

Цель работы: изучить методы расчета максимальных расходов воды рек по региональным зависимостям.

Максимальные расходы воды формируются в период обильного питания рек, т.е. во время половодий и паводков. Величина максимального расхода воды весеннего половодья, обусловленного таянием снега, зависит от запасов воды в снежном покрове к началу весны и интенсивности снеготаяния. Значение максимума дождевого паводка – от продолжительности, интенсивности и площади распространения дождя. Также зависят максимальные расходы от рельефа, грунтов, почв бассейна, наличия в бассейне озер, водохранилищ, болот.

При наличии наблюдений максимальные расходы воды заданной обеспеченности снимаются с кривой обеспеченности, которая строится тем же способом, что и для средних годовых расходов воды. Используются данные о максимальных срочных расходах воды.

При отсутствии результатов наблюдений методы определения расчетных характеристик максимального стока весеннего половодья и дождевых паводков подразделяют на следующие:

а) при наличии одной или нескольких рек-аналогов;

б) при отсутствии рек-аналогов.

Весеннее половодье.Расчетный максимальный расход воды весеннего половодья , м /с, заданной вероятности превышения при наличии рек-аналогов определяют по редукционной формуле

, (25)

где - параметр, характеризующий дружность весеннего половодья; рассчитывают как среднее из значений, определенных по данным нескольких рек-аналогов обратным путем из формулы. Для определения параметра К₀ для рек Красноярского края были получены связи этого коэффициента со средней высотой водосбора.

- расчетный слой суммарного весеннего стока (без срезки грунтового питания), мм, ежегодной вероятности превышения ; определяют в зависимости от коэффициента вариации и отношения , a также среднего многолетнего слоя стока ;

- коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров кривых распределения слоев стока и максимальных расходов воды (для расхода 1% обеспеченности коэффициент равен 1);

, , - коэффициенты, учитывающие влияние водохранилищ, прудов и проточных озер ( ), залесенности ( ) и заболоченности речных водосборов ( ) на максимальные расходы воды;

- площадь водосбора исследуемой реки до расчетного створа, км ;

- дополнительная площадь, учитывающая снижение интенсивности редукции модуля максимального стока с уменьшением площади водосбора, км ;

- показатель степени редукции.

Показатель степени редукции и параметр в формуле определяют на основе зависимости по данным наблюдений на изученных реках исследуемого района, где - модуль максимального стока. Для рек Красноярского края принят n=0.17 и А1=1.

При обосновании в формулу допускается введение дополнительных параметров, учитывающих влияние естественных и искусственных факторов на формирование максимального стока воды рек весеннего половодья.

Средний многолетний слой стока весеннего половодья следует определять по данным рек-аналогов, интерполяцией по картам, построенным для исследуемого района с учетом последних лет наблюдений или эмпирическим районным зависимостям величин годового стока от величины среднего годового стока.

Коэффициент , учитывающий снижение максимального расхода воды весеннего половодья на реках, зарегулированных проточными озерами, следует определять по формуле

, (26)

где - коэффициент, принимаемый равным 0,2 для лесной и лесостепной зон и 0,4 - для степной зоны.

При наличии в бассейне озер, расположенных вне главного русла и основных притоков, значение коэффициента следует принимать для <2% - 1; >2% - 0,8.

Влияние прудов, регулирующих меженный сток, при расчете максимальных расходов воды вероятностью превышения менее 5% не учитывают, а при 5% допускается уменьшение расчетного значения до 10%.

Коэффициент , учитывающий снижение максимальных расходов воды в залесенных бассейнах, определяют по формуле

, (27)

где - коэффициент редукции; устанавливают по зависимости с учетом преобладающих на водосборе почвогрунтов;

- коэффициент, учитывающий расположение леса на водосборе (в верхней или нижней части водосбора), а также природную зону (лесная или лесостепная).

Коэффициент , учитывающий снижение максимальных расходов воды с заболоченных водосборов, определяют по формуле

, (28)

где - коэффициент, определяемый в зависимости от типа болот и механического состава почвогрунтов вокруг болот и заболоченных земель (со слоем торфа не менее 30 см);

- относительная площадь болот, заболоченных лесов и лугов в бассейне реки, %.

Внутриболотные озера, рассредоточенные по водосбору и расположенные вне главного русла и основных притоков, следует включать в значение относительной площади болот.

При заболоченности менее 3% или проточной средневзвешенной озерности более 6% коэффициент принимают равным единице.

Для рек Красноярского края для учета влияния леса и болот используется формула:

(29)

Для горных рек коэффициенты и равны единице.

Для сельскохозяйственной зоны Красноярского края для малых рек применяется для расчета максимального стока формула, разработанная в Сибирском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации (Сиб НИИГИМ)

, (30)

где Мэ,1% - элементарный модуль максимального расхода или максимальная водоотдача (л/с км²);

F – площадь водосбора (км²),

n – коэффициент, равный 0,21.

Элементарный модуль максимального расхода половодья определяется по формуле

, (31)

hc+X_1%– наибольший суточный слой водообразования (мм) от снеготаяния и дождя (Приложение Е). Для сельскохозяйственной зоны Красноярского края составлены карты суточного слоя водообразования. Коэффициент n (показатель степени редукции) определяется в зависимости от разности высот в бассейне по таблице.

Значения максимальных расходов воды половодья других вероятностей превышения, оцениваются с помощью переходных коэффициентов.

Дождевые паводки.Расчетная формула для определения при отсутствии рек-аналогов имеет вид

, (32)

где - модуль максимального срочного расхода воды ежегодной вероятности превышения =1%, приведенный к условной площади водосбора, равной 200 км при 1,0; определяют для исследуемой реки при наличии региональной карты параметра интерполяцией, а при отсутствии - на основе использования многолетних данных гидрологически изученных рек;

- площадь водосбора, км ;

и - допускается определять соответственно по формулам, которые приведены выше;

- поправочный коэффициент, учитывающий изменение параметра с увеличением средней высоты водосбора , м, в полугорных и горных районах;

- переходный коэффициент от максимальных срочных расходов воды ежегодной вероятности превышения =1% к значениям другой вероятности превышения <25%; назначают на основе установления соотношения по данным гидрологически изученных рек в исследуемом районе

(33)

При отсутствии современной региональной карты параметр для исследуемой реки определяют интерполяцией по значениям этой характеристики, определенным для выбранных близко расположенных с исследуемым водотоком гидрологически изученных рек. Для рек полугорных и горных районов - на основе анализа графика связи .

Для сельскохозяйственной зоны Красноярского края для малых рек применяется формула, разработанная в Сибирском научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации (Сиб НИГМИ). Элементарный модуль максимального расхода дождевого паводка определяется по формуле

, (34)

где Х_гб1% - суточное количество осадков (мм) в бассейне реки

, (35)

где Х_гс1% - суточное количество осадков 1% обеспеченности, определяемое по данным ближайшей метеостанции по таблице;

ΔН – разница между средней высотой бассейна реки и высотой метеостанции;

γ – градиент увеличения количества осадков по высоте, равный 0.1.

Значения максимальных расходов воды дождевых паводков других вероятностей превышения, рассчитываются при помощи переходных коэффициентов.

Задание:

1. Рассчитать максимальные расходы воды снегового половодья и дождевых паводков 1_% обеспеченности по формулам СибНИИГИМС

Контрольные вопросы:

1. Какие гидрологические характеристики можно картировать, а какие нет? Почему?

2. Что такое районные зависимости? Их применение в расчетах?

Заключение

Вода – величайшее благо, ничем не заменимый вид природных ресурсов; вода – неотъемлемый и важнейший элемент окружающей среды; вода – грозная, еще далеко непокоренная стихия, приносящая человечеству огромные бедствия.

В отличие от других природных ресурсов, водные ресурсы постоянно обновляются и поэтому представляют особую ценность для человечества. В нашей стране водные ресурсы широко используются для орошения и обводнения сельскохозяйственных угодий, промышленного и коммунального водоснабжения, наполнения прудов и водохранилищ. Расчеты характеристик речного стока при проектировании обеспечивают безопасное, максимально выгодное функционирование гидротехнических комплексов.

В основе предложенного практического курса “Гидрологические расчеты в мелиоративных целях” лежат принципы расчета основных гидрологических характеристик для целей проектирования. Представлены способы расчета при различном объеме исходных данных.

Рекомендуемая литература:

1. Гидрологические и воднобалансовые расчеты/ Под ред. Г.Г. Галущенко.–Киев.: Высш. шк. Головное изд-во, 1987.–248 с.

2. Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты.–Л.: Гидрометеоиздат, 1979.–432 с.

3.Владимиров А.М. Гидрологические расчеты.–Л.: Гидрометеоиздат, 1990.–365 с.

4. Владимиров А.М., Дружинин В.С. Сборник задач по гидрологическим расчетам.– СПб.: Гидрометеоиздат, 1992.–208 с.

5. Мезенцев В.С. Гидрологические расчеты в мелиоративных целях.–Омск.:1982.–80 с.

6. Орлов В.Г., Сикан А.В. Основы инженерной гидрологии.–СПг.: РГГМУ, 2003.–188 с.

7. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик.–Л.: Гидрометеоиздат, 1984.–447с.

8. Свод правил СП 33-101-2003. Определение основных гидрологических характеристик. – Л., 2003.

9. Строительные нормы и правила СНиП 2.01.14–83. определение расчетных гидрологических характеристик.–М.: Стройиздат, 1985.–36 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Карта среднего многолетнего стока рек бассейна Верхнего Енисея (л/с·км²)

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Схема районирования территории по зависимости Cv = f (H_ср)

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Коэффициенты вариации годового стока рек в зависимости от средней высоты водосбора

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

График связи коэффициентов вариации годового стока (Cv ) и годовых осадков (Cvх ) при различных размерах водосборной площади (F, км2): 1 - £ 500 км2, 2 – 1000 км2, 3 – 5000

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Карта наибольшего суточного слоя водообразования (мм) от снеготаяния и дождя (1_% обеспеченности)

ПРИЛОЖЕНИЯ