Формула средневзвешенного уклона реки



Общая гидрология

Министерство образования и науки Украины

Институт экологии и БЖД

Кафедра гидравлики

Практические занятия по дисциплине:

1.1.Гидрологические расчеты при отсутствии наблюдений.

1.1.1 Определение максимальных расходов талых вод.

1.1.2 Максимальные дождевые расходы.

1.1.3 Максимальный объем стока талых вод.

1.1.4 Максимальный объем дождевого стока.

1.1.5 Средний многолетний сток рек.

1.1.6 Минимальный сток.

1.1.7 Испарение с водной поверхности.

1.2. гидрологические расчеты при малых наблюдений.

1.2.1 Гидрологические расчеты при наличии наблюдений.

1.2.2. Построение теоретической кривой обеспеченности и определения расчетных расходов реки при коротком ряде наблюдения.

1.2.3. Построение к обеспеченности при длинном ряде наблюдения и определение расчетных отметок уровней воды.

2. Расчеты водохранилища.

2.1. Построение кривых площадей и объемов водохранилищ.

2.2 Назначение расчетных уровней и объемов водохранилища.

3.Камеральная обработка измерений скоростей и расхода реки.

3.1. Определение средних скоростей по глубине.

3.2. Измерение расхода реки.

Гидрологические расчеты при отсутствии наблюдения.

Цель работы: определения максимальных и минимальных значений расходов и объемов стока реки.

Так как согласно заданию гидротехнические сооружения комплексы очистки сточных вод относятся к 4 классу капитальности, производятся для обеспеченности Р – 1%; 5%; 10%.

Гидрологические расчеты для рассматриваемого бассейна реки проводятся при следующих исходных данных:

2. Район строительства «Кировоград ».

Максимальные расходы талых вод.

1.1.1Определение максимальных расходов талых вод.

Максимальные расходы талых вод при проектировании водопропускных сооружений на реках ( с постоянным водотоком и пересыхающих ) определяются по формуле ГГИ, принимаемой для площадей водосбора от элементарно малых (менее 1 км 2 ) до 20000 км 2 .

Где: h_p – слой весеннего стока в мм;

K – параметр характеризующий дружность половодья;

μ – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов;

F – площадь водосбора в км 2 ;

n – показатель степени, характеризующий уменьшение отношения максимального расхода к слою стока в зависимости от площади водосбора;

δ₁ – коэффициент, учитывающий снижения максимальных расходов реки, зарегулированной озерами и водохранилищами в бассейне;

δ₂ — коэффициент, учитывающий снижения максимальных расходов реки в заболоченных и залесенных бассейнах;

δ₃ — коэффициент, учитывающий снижения расходов половодья за счет распашки площади водосбора;

b – эмпирический параметр, учитывающий снижения интенсивности редукции модуля максимального стока.

Коэффициент δ ₁ находим по таблице 1.

«Снижение максимальных расходов в зависимости от площади водоемов в бассейне».

Коэффициент δ ₁ = 0,9

Так как по заданию болота и леса в данной реке отсутствуют то Коэффициент

δ ₂ = 1

Значения параметров n и b определяются по таблице 2.

«определение параметров n и b ».

Так как район строительства находится в степной природной зоне, то n = 0,35, а b = 10.

Для степной зоны Украины значения параметра К выбирается в зависимости от категории рельефа.

Категория рельефа определяется по формуле:

где: F – площадь водосбора в км 2 , а I_p – продольный уклон реки в ‰.

При α > 1 бассейн реки относится к I – категории рельефа, тогда К = 0,030.

Слой стока весеннего половодья заданной обеспеченности h_p определяется по трем статистическим параметрам:

· Среднему многолетнему слою стока h .

· Коэффициентам вариации С_v .

· Величина h определяется по карте изолиний (приложение 1). Значение С_v .

для бассейнов с F > 200 км 2 снимается с карты изолиний (приложение 2).

Для малых бассейнов (F > 200 км 2 ) к снятым с карты С_v вводится поправочный коэффициент, определяемый по таблице 3.

« Значение поправочного коэффициента к С_v ».

Площадь водосбора 0 – 50;

Поправочный коэффициент 1,25;

При расчете максимальных расходов коэффициент С_s . Принимается равным двум коэффициентам вариации; только для районов, где в формировании максимального стока половодья в значительной степени участвуют дождевые осадки С_s .= 2 С_v = 3,75

По принятому значению С_s . И полученному расчетному значению С_{v (расч.)}

Определяется ордината кривой обеспеченности К_р по таблице «кривых трехпараметрического гамма распределения» (таблица 4).

Для площади водосбора F 2 к найденному на карте изолиний значение среднемноголетнего слоя стока h вводится поправочный коэффициент принимаемый по таблице 5. «Поправочный коэффициент к среднемноголетнему слою стока половодья».

h . мм.	30
Поправочный коэффициент	1,4

Слой стока расчетной обеспеченности Р находится по формуле:

Находим коэффициент δ₃ по таблице 6.

Распаханность водосбора в % от F 2 максимальные дождевые расходы определяем по формуле:

«предельная интенсивность стока»

Где:H _1% — суточный слой осадков обеспеченностью 1% в мм;

φ – коэффициент поправочного стока;

A _1% — максимальный модуль стока обеспеченностью 1% в долях от произведения φ · H _1% ;

λ_p – переходный коэффициент обеспеченности 1% к другой расчетной.

Суточный слой осадков при р = 1% находится по карте изолиний (приложение 3).

Коэффициент паводочного стока находится в зависимости характеристики поверхностного бассейна, суточного слоя осадков и площади водосбора по формуле:

Где: I_b – средний уклон водосбора, ‰.

φ – сборный коэффициент стока для водосбора с площадью 10 км 2 и средним уклоном I_b = 50%.

С₂ – коэффициент, принимаемый для территории Украины равным 1,3.

Коэффициент λ_p находится по таблице 9. и приложении 4.

Средний уклон водосбора.

Где: I_р = 11,0 — средний уклон реки в ‰.

I_ск. = 15,0 – средний уклон склонов бассейна в ‰.

Природная зона « степная », черноземы типичные южные, механический состав почв « суглинистые и песчаные », φ = 0,05, n₂ =1,0;

Район по приложению 4. «7», площадь водосбора F. «F>0», обеспечение в %.

максимальный модуль стока А_1% определяется по таблице 14 в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла, продолжительности склонового добегания и типа кривых редукций осадков.

Гидроморфологическая характеристика русла реки находится по формуле:

Где: m_p – коэффициент, характеризующий шероховатость русла реки;

L – длина реки в км.;

I_p – средневзвешенный уклон склонов бассейна в ‰,

Коэффициент m_p =11,одится по таблице 10 в зависимости от характеристики русла и поймы.

Ф_р = 1000·6,5 / 11·11,0·20 1/4 (0,012·160) ¼ = 6500 / 121·2,1·1,2 = 21,3

Гидроморфологическая характеристика склонов бассейнов реки определяется по формуле:

Где: Ī – средняя длина склонов бассейнов в км.,

I_ск. – средний уклон склонов бассейна в ‰,

m₁ – коэффициент, характеризующий шероховатость склонов бассейна находится по таблице 12.

Характеристика поверхности склонов « поверхность, хорошо обработанная вспашкой, невспаханная, в населенных пунктах, с застройкой менее 20%».

m₁ при травяном покрове склона « при средним = 0,25»

Ф_ск. = (1000·7,9) 0,5 / 0,25·15 0,25 (0,012·160) 0,25 = 9,4 / 0,5 = 15,6

При площади водосбора более 2км 2 средняя длина склонов определяется по зависимости:

Где: r — густота речной сети бассейна в км / км 2 . ρ находится по таблице 11.

Ī = 20,0 / 1,8·1,4 = 7,9 км.

Тип кривых редукций находится по карте изолиний (приложение 5).

По типу кривых редукций осадков и значению гидроморфометрической характеристики склонов бассейна определяется продолжительность склонов добегания Ī_{ск.(мин)} по таблице13.

Максимальный модуль дождевого стока А_р / д.

Тип кривых редукций «4», продолжительность склонового добегания «200»,

Максимальный модуль стока А_1% при Ф_р . равном 20 «0,048».

1.1.3Максимальный объем стока талых вод.

Максимальный слой стока половодья подсчитывается по формуле:

Где: h_k – расчетный слой стока половодья, определяется по карте изолиний, (приложение 8.);

δ₂ – коэффициент, учитывающий влияние залесенности бассейна;

к – коэффициент, учитывающий влияние вида распашки бассейна;

Си В– коэффициенты перехода от обеспеченности Р = 1% к другим.

Значение коэффициентов С и В находим по таблице 15.

Природная зона «степная», коэффициент «В», обеспеченность Р — % «Р_1% = 0, Р_5% = 12,0, Р_10% = 15,0.

в = 1% = 0; 5% = 12,0; 10% = 15,0.

коэффициент учета влияния экспозиции склонов к_э определяется по карте изолиний (приложение 9.) и таблице 16.

№ района по положению 9 «IX», экспозиция склонов «Ю., ЮВ., и В.», к_э. = 0,7.

Максимальный объем стока половодья определяется по формуле:

W_p = 125·20,0·1000 = 250000

1.1.4. Максимальный объем дождевого стока.

При площади водосбора менее 50 км 2 расчетное значение слоя дождевого стока находится по формуле:

Где: Ø – коэффициент, зависящий от площади водосбора и времени склонового добегания. При F 2 ,Ø = 0,7.

Коэффициент перехода от обеспеченности Р = 1% определяется по таблице 17 в зависимости от районирования территории Украины (приложение 4) и площади восбора.

1 5 10 7 >0 1,0 0,50 0,35

h_р10;% = 0,1·0,012·160·0,35 = 0,0672

объем дождевого стока определяется по формуле:

W_р 1% = 0,192·20,0·1000 = 3840

W_р 5% = 0,096·20,0·1000 = 1920

W_р 10% = 0,0672·20,0·1000 = 1344

1.1.5. Средний многолетний сток рек (Р = 50%).

Средний многолетний сток или нормальный сток является главной характеристикой водности рек. Чаще всего модуль стока выражают в виде модуля стока М в л / с км 2 , который при отсутствии наблюдений определяется по карте изолиний (приложение 11). При этом норма годового стока находится относительно центра бассейна неизученной реки.

Зная величину среднего много летнего модуля стока М (л / скм 2 ) можно определить соответствующие ему значения объема стока, слоя стока и расхода. Объем стока в м 3 за год с площади водосбора F в км 2 будет равен:

W = 31,56 · 10 3 · 0,5 · 20,0 = 9468

Среднее многолетнее значение расхода в м 3 / с можно найти из выражения:

Где: Т = 31,56 · 10 6 – число секунд в году для среднего года.

Q = 9468 / 31,56 · 10 6 = 9468 / 1893,6 = 5

Внутригодовое распределение речного стока по месяцам для территории Украины могут быть определено из таблицы 20.

Внутригодовое распределение речного стока в %.

Если в бассейне реки залесенности и заболоченность превышает 10% от всей площади водосбора, то при расчете среднемноголетнего речного стока необходимо учитывать их влияния. Значения этих коэффициентов представлены в таблице 21.

Значение коэффициентов, учитывающих влияние залесенности (b) и заболоченности (φ) на величину W .

1.1.6. Минимальный сток.

Определяем среднемноголетнее значение по формулам:

В этих формулах К_р% — ординаты или модульные коэффициенты вероятностных кривых например, трехпараметрического g — распределения (таблица 4.)

1.1.7. Испарение с водной поверхности.

Испарение с водной поверхности водохранилищ и прудов различного назначения может быть определено на карте изолиний (приложение 14), в мм. Водяного столба (h_исп. ). Тогда объем испарения с 1 км 2 площади зеркала будет равен:

внутригодовое распределение исправления по месяцам представлено в виде таблице 23.

Внутригодовое распределение испарения в %.

Месяцы года	I	II	III	IV	V	VI		VII		VIII	IX	X		XI	XII
Распределение в %	5	7	4,0	15	9	7		6		2	2	2		2	3

месяцы	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	год
%испарения	—	—	—	7	13	14	21	22	14	7	2	—	100
Wисп	—	—	—	0,35	0,65	0,7	1,05	1,1	0,7	0,35	0,1	—	—

W_исп =5,00 000000, м 3

1.2.1 Гидрологические расчеты при наличии наблюдений

Q_i м 3 / c (Q_cp – Q_i ) 2 м 3 / c s = 1.298 1. 20.0 5,246 2. 26.8 1,554 K_p% P% Q_p% 3. 23.8 1,446 1,49 0,001 25,55 4. 21.6 3,646 1,42 0,03 24,35 5. 23.7 1,546 1,38 0,05 23,66 6. 21.6 3,646 1,36 0,1 23,32 7. 22.5 2,746 1,34 0,3 22,98 8. 20.7 4,546 1,30 0,5 22,29 9. 21.5 3,746 1,28 1 21,95 10. 29.8 4,554 1,20 3 20,58 11. 23.1 2,146 1,17 5 20,06 12. 22.1 3,146 1,13 10 19,37 13. 24.5 0,746 1,08 20 18,52 14. 21.9 3,346 1,06 25 18,17 15. 25.6 0,354 1,05 30 18,00 16. 27.5 2,254 1,02 40 17,49 17. 28.6 3,354 0,997 50 17,09 18. 27.4 2,154 0,972 60 16,66 19. 44.5 19,254 0,945 70 16,20 20. 28.9 3,654 0,931 75 15,96 21. 27.5 2,254 0,915 80 15,69 22. 22.4 2,846 0,874 90 14,98 23. 23.8 1,446 0,842 95 14,44 24. 24.7 0,546 0,821 97 14,08 25. 20.9 4,346 0,782 99 13,41 26. 21.7 3,546 27. 23.8 1,446 28. 24.5 0,746 29. 21.8 3,446 30. 27.3 2,054 31. 27.6 2,354 32. 22.7 2,546 33. 22.0 5,246

34.	27.5	3,246	75	24.7	3,646
35.	29.8	2,254	76	26.6	0,546
36.	25.0	4,554	77	20.3	1,354
37.	26.0	0,246	78	29.8	4,946
38.	23.2	0,754	79	25.4	4,554
39.	27.2	2,046	80	27.9	0,154
40.	27.6	1,954	81	24.7	2,654
41.	22.6	2,354	82	22.3	0,546
42.	20.4	2,646	83	25.3	2,946
43.	28.7	4,846	84	28.8	0,054
44.	26.0	3,454	85	23.1	3,554
45.	29.0	0,754	86	28.7	2,146
46.	23.4	3,754	87	23.5	3,454
47.	21.7	1,846	88	30.0	1,746
48.	26.0	3,546	å = 2221.7	å = 236.336
49.	26.6	0,754
50.	20.7	1,354
51.	27.1	4,546
52.	27.0	1,854
53.	21.8	1,754
54.	24.7	3,446
55.	21.7	0,546
56.	22.5	3,546
57.	27.4	2,746
58.	28.9	2,154
59.	23.5	3,654
60.	27.7	1,746
61.	22.3	2,454
62.	24.1	2,946
63.	27.8	1,146
64.	25.9	2,554
65.	28.1	0,654
66.	28.1	2,854
67.	25.9	2,854
68.	29.0	0,654
69.	23.8	3,754
70.	23.9	1,446
71.	28.5	1,346
72.	28.7	3,254
73.	22.4	3,454
74.	21.6	2,846

s = Öå( Q_ср – Q_i ) 2 / n = 1.298

1.2.2. Построение теоретической кривой обеспеченности и определения расчетных расходов реки при коротком ряде наблюдения.

По полученным значениям координат в Р% и Q_{p %} строится теоретическая кривая обеспеченности максимальных годовых расходов представлен на рисунке 1.

По построенной кривой обеспеченности можно определить расходы реки.

1.2.3. Построение к обеспеченности при длинном ряде наблюдения и определение расчетных отметок уровней воды.

В этой работе необходимо построить кривую обеспеченность по данным длинного ряда наблюдений и определить по ней отметки расчетных уровней и обеспеченности

83,50; 83,50; 83,45; 83,40; 83,32; 83,30; 83,29; 83,24; 83,21; 83,15; 83,08; 83,07; 83,04; 83,00;

82,97; 82,97; 82,90; 82,90; 82,80; 82,75; 82,74; 82,70; 82,57; 82,57; 82,57; 82,54; 82,48; 82,45; 82,40; 82,39; 82,33; 82,27; 82,24; 82,08; 82,08; 82,07; 82,05; 82,04;

81,80; 81,78; 81,74; 81,74; 81,70; 81,67; 81,67; 81,54; 81,52; 81,50; 81,45; 81,43; 81,43; 81,43; 81,37; 81,30; 81,25; 81,09; 81,04;

80,95; 80,94; 80,90; 80,90; 80,90; 80,79; 80,78; 80,70; 80,69; 80,67; 80,59; 80,41; 80,32; 80,30; 80,30; 80,28; 80,25; 80,21; 80,19; 80,15; 80,01; 80,00.

Для построения кривой обеспеченности по вертикальной оси откладывается интервал расходов равный четырем м 3 / с

х% = 100% / 80 = 1,25

получим ступенчатый график продолжительности.

Ступенчатый график продолжительности переводится в кривую обеспеченность путем соединения главной кривой середины ступеней.

2.1. Построение кривых площадей и объемов водохранилищ.

Полезный объем водохранилища: z_0,00 = 78,00 м 3 .

Источник