Оценка репрезентативности ряда наблюдений. Построение разностной интегральной кривой стока

Практическая работа №4

Цель работы: научится проводить анализ колебаний годового стока.

В практике гидрологических расчетов объем исходной информации может быть разным: гидрометрических данных может быть достаточно или недостаточно для определения искомых характеристик. Ряд гидрологических наблюдений в конкретном створе водотока или в пункте наблюдений на водоеме является лишь частью (выборкой) генеральной совокупности данных (в современную климатическую эпоху), поскольку длительность периода инструментальных наблюдений исчисляется всего лишь десятилетиями.

Для обеспечения требуемой точности определения нормы годового стока (одной из основных гидрологических характеристик) необходимо исследовать цикличность его колебаний и выбрать репрезентативный расчетный период.

Продолжительность периода наблюдений считают достаточной, если рассматриваемый период репрезентативен (представителен), а относительная средняя квадратичная погрешность расчетного значения исследуемой гидрологической характеристики не превышает 10 % для годового и сезонного стоков и 20 % – для максимального и минимального стоков.

Относительная средняя квадратичная ошибка средней многолетней величины (нормы) годового стока определяется по формуле

, (16)

где – коэффициент вариации (изменчивости) годового стока;

n – период наблюдений.

Если относительная средняя квадратичная погрешность превышает указанные пределы и период наблюдений нерепрезентативен, необходимо осуществить приведение рассматриваемой гидрологической характеристики к многолетнему периоду.

Расчетный репрезентативный период устанавливается во всех случаях, когда продолжительность наблюдений не превышает 50–60 лет. Он должен включать наибольшее количество целых циклов водности, состоящих из групп маловодных и многоводных лет. Циклы могут отличаться друг от друга как по отклонению от среднего значения стока за весь рассматриваемый период, так и по продолжительности той или иной группы лет. Период времени, в течение которого наблюдается увеличение водности, называется многоводной фазой цикла (многоводным периодом), а при постоянном уменьшении – маловодной фазой (маловодный период).

Если относительная средняя квадратичная погрешность превышает указанные пределы и период наблюдений нерепрезентативен, необходимо осуществить приведение рассматриваемой гидрологической характеристики к многолетнему периоду. В случае более продолжительных рядов наблюдений (более 60-70 лет), расчет нормы стока ведется без анализа репрезентативности.

Исследование цикличности колебаний годового стока той или иной реки можно вести несколькими методами.

Первый метод – по совмещенным хронологическим графикам стока. Строится хронологический график хода годового стока и по нему определяется периоды водности. Однако наличие малых циклов (2; 4; 6 лет) на фоне многолетних колебаний могут затушевывать последние.

Второй метод – используются графики скользящих средних значений стока за рассматриваемый период. Проводят замену исходных данных осредненными по группам (n-летиям, где n = 2,3,4,…лет). Метод позволяет избавиться от флуктуаций (резких всплесков) водности конкретных лет, но при увеличении периода осреднения наряду со сглаживанием происходит размывание границ циклов, и тем труднее их выявить.

Третий метод – циклы выявляются по разностным интегральным кривым (РИК). РИК – это суммарная кривая отклонений годовых значений стока от среднего его значения за весь период наблюдений. Метод является более наглядным и более распространенным в ГР.

РИК строятся обычно в модульных коэффициентах годового стока, расчет ведется в таблично виде. Для вычисления ординат этой кривой составляется таблица, форма которой приведена ниже (табл 1).

Таблица 1

Вычисление ординат разностной интегральной кривой годовых модульных коэффициентов для р. Маны у п. Манский за период 1936–1991 гг.

№ п/п	Год	Годовой расход воды, , м^3/с
		-	-	-
			1,27	0,27	0,27	1,05
			1,25	0,25	0,52	2,03
		97,5	0,98	-0,02	0,50	1,94
···	···	···	···	···	···	···
		97,5	0,98	-0,02	-0,28	-1,06
			1,28	0,28	0,00	0,00
Сумма			55,0	0,0
		= 99,7 м^3/с		= 0,26

По данным графы 3 таблицы 1 вычисляется средняя величина годового стока, данные графы 7 определяются пошаговым суммированием значений из графы 6, по данным графы 8 строится РИК, на которой выделяются характерные периоды (многоводные и маловодные) и полные циклы водности. Пример РИК приведен на рис 8. Из рисунка видно, что расчетный период включает три полных цикла водности, маловодную фазу в начале и многоводную в конце выборочного ряда. Период наблюдений за стоком с 1941 года является репрезентативным для расчета нормы годового стока.

Задание:

1. По имеющемуся ряду наблюдений за стоком построить хронологический ход среднегодовых расходов воды.

2. Нанести на график кривые скользящего среднего по 5-ти и 11-тилетиям.

3. Рассчитать и построить разностную интегральную кривую.

4. Выявить циклы водности, их продолжительность.

5. Выделить из имеющегося ряда репрезентативный период для расчета нормы годового стока.

II, III, IV – полные циклы водности; Iа и Iб – маловодная и многоводная

фаза водности.

Всего на представленной РИК 4 полных цикла

Рисунок 8. Разностная интегральная кривая модульных коэффициентов годового стока р. Маны у п. Манский

Контрольные вопросы:

1. Что такое цикл водности? Из чего он состоит?

2. Какие существуют приемы выявления цикличности годового стока?

3. Что показывает РИК?

4. Почему среднемноголетний расход воды еще не норма стока?

Дата добавления: 2014-12-07