ТЕМА 3. Речной сток и его характеристики

Уровни воды. Расходы воды. Гидрография стока.

Вращение Земли и движение её вокруг Солнца пораждают цикличную неравномерность распределения речного стока внутри года. Формирование речного стока представляет собой хорошо выраженное многофакторное природное явление: уровни, расходы, метеорологический режим. Для изучения данных явлений проводятся систематические наблюдения, затем материалы наблюдений анализируются и используются в инженерных гидрологических расчетах.

Уровень воды в реке изучают с помощью водомерных постов или дистанционных приборов согласно Методик и гидрологических Наставлений. Уровневый режим имеет значительные колебания в течении года, сезонов и даже суток. С изменением уровней воды изменяется и расход воды. Расходом потока называется количество воды, протекающее в единицу времени через данное живое сечение. Зависимость расхода от уровней воды выражаются функцией:

Q = f(H); W = f(H); = f(H), вычерченная в графической форме по натуральным определениям расходов позволяет снимать значения расходов воды не производя в дальнейшем их непосредственное измерение. На комплексных графиках колебания уровней воды (суточные, среднемесячные, среднегодовые и т.д.) помещаются дополнительно данные о температуре воздуха, твердых и жидких осадках, ледовых явлениях, температуре воды.

Внутригодовое распределение речного стока. Виды гидрографов.

Для характеристики водного режима реки в определенном пункте строят график колебания ежедневных расходов воды, называемый гидрографом. В проектной практике обычно строят совмещенные гидрографы за многоводный, средневодный и маловодный годы (рис.109)

Площадь ограниченная линией гидрографа и осью абсцисс выражает собой объем воды, прошедший через данное живое сечение реки в течении определенного периода (суток, декады, месяца, года). Этот объем воды называют стоком воды за рассматриваемый период.

Для использования гидрографов в различных целях за начало года при построении гидрографа может быть принят любой день в зависимости от целей. К примеру, в гидрологии СССР гидрологический год начинается с 1 ноября или 1 октября, в зависимости от региона, а в водохозяйственных организациях год начинается с начала или конца половодья, а в отчетах и справочных материалах принимается обычное календарное начало года, т.е. 1 января.

Типовой гидрограф (за ряд лет) дает представление о смене фаз водного режима в течении года, колебаний расходов воды и других элементов, но за счет осреднения величин расходов и осреднения дат наступления переломных точек (наступлений max, min, дат начала и конца половодья,…..)характерные точки перелома гидрографов не всегда ясно выражены и особенно для рек дождевого питания. Поэтому для работы по расчленению гидрографа (фиг. 5-2;5-3) берутся конкретные года с реальными характерными гидрографами. Расчленение гидрографа дает количественную оценку доли различных источников питания: снеговое, дождевое, грунтовое, ледниковое, смешанные виды питания.

1.Часто выделение грунтового стока производится прямой линией или плавной кривой, проходящей через ординату последнего зимнего расхода и через ординаты начала летней межени.

2.Выделение снегового питания соответствующее весеннему половодью характерно пиковое и отсекается плавной кривой.

3.Выделение летних дождевых паводков осуществляется путем пересечения ветви подъема и спада паводков с линией, отделяющей подземный сток от поверхностного.

Схемы расчленения гидрографа кроме климатических факторов зависят от гидрогеологических условий. Их более десяти по Б.И. Куделину (см.стр.306 Чеботарев А.И.).

Все реки территории бывшего Советского Союза Б.Д.Зайков разделил на 10 типов, относя каждый из них к определенной географической зоне (см.стр.101 Основы инженерной гидрологии рек).

Типы гидрографов:

1. Казахстанский тип - отличающийся резкой и высокой волной весеннего половодья (фиг. 5-4).

2. Восточно-Европейский тип - весенний пик + осенний высокий сток (фиг. 5-5).

3. Западно-Сибирский тип - половодье более растянутое и сглаженное.

4. Восточно-Сибирский тип - высокое половодье и многочисленные пики летних и осенних дождевых паводков (фиг. 5-6).

5. Алтайский тип – гребенчатый высокий пик половодья, повышение стока летом и осенью, низкий зимний сток (фиг. 5-7).

6. Дальневосточный тип – сильно растянутое, гребенчатого вида половодье и низкий сток в холодное время (фиг. 5-8).

7. Тянь-Шанский тип – сходное с Дальневосточным типом, но и обилием второстепенных налагающихся волн.

8. Причерноморский тип – многочисленные паводки в течении всего года (фиг. 5-9).

9. Крымский тип – близок к Причерноморскому, но имеющий устойчивый или летне-осенний режим.

10. Северо-Кавказский тип – многопаводочный режим в течении всего теплого периода и устойчивая метель в холодное время (фиг. 5-10).

Метод модульных коэффициентов:

В настоящее время ещё не предложено математического решения, пригодного для практического применения в построении прогностического гидрогорафа и определения повторяемости (вероятности) появления различных форм гидрографа. Поэтому, учитывая значительную вероятностную рассеянность в видах гидрографов, лучшей характеристикой внутригодового распределения стока характерного гидрографа выбран метод модульных коэффициентов.

При представлении всех сопоставляемых гидрографов в модульных коэффициентах различие в абсолютной величине стока исследуемых рек теряет значение и все гидрографы могут быть объединены в один ряд, при этом обязательно выполняется требование сходства физико-географических условий исследуемых бассейнов, особенно в малоизученных регионах.

Районирование характеристик внутригодового распределения речного стока.

На основании разделения территории страны по увязанным физико-географическим общностям и построения объединенных гидрографов нескольких рек в одном ряде – мы получаем характеристику внутригодового распределения стока не одной реки, а группы рек региона.

Через модульные коэффициенты расходов объединенного гидрографа строится график внутригодового распределения стока рек отдельных районов территории страны:

См. фиг. 5-15 ¸ фиг. 5-18

А графическое изображение изменяемости гидрологических характеристик стока представляется в виде карты изолиний.

Классификация по источникам питания и сезонный сток рек.

- Классификация Львович М.И.

1.На основании детального анализа частных гидрографов стока рек территории СССР, климатических зон, физико-географических и геологических особенностей, вертикальной зональности Львович М.И предложил «Схему классификации рек СССР по источникам питания», где выделено 8 основных регионов, каждый из которых состоит из подвидов.

2. По сезонам Львович М.И предложил следующую схему:

- весна (III – V);

- лето (VI – VIII);

- осень (IX – XI);

- зима (XII – II);

Составил «Карту-схему классификации рек СССР по сезонному распределению стока» выделив шесть районов.

Учитывая относительность данных классификаций в практике пользуются «Указаниями по определению расчетных гидрологических характеристик» СН 435-72, «Руководством по определению расчетных характеристик» Гидрометиздат, Л., 1973г. и т.д.

Одновременно в ГГИ построены карты изолиний коэффициента вариации слоя весеннего половодья, карты летне-осеннего и зимнего стока (см. приложение).

Более детальные карты гидрологических расчетных характеристик по районам СССР приводятся в справочниках «Ресурсы поверхностных вод СССР».

В целом за основу разграничения по сезонам взято процентное отношение стока сезона к годовому стоку, таким образом:

1.На реках с преобладающим весенним половодьем сток составляет 50-75% от годового, т.е. снеговое питание. Объем притока воды весеннего половодья вычисляется по формуле:

W_p = 10³h_pF; где h_p – слой стока в мм.; F – площадь водосбора, км²; p – вероятность превышения (обеспеченность) расчетной характеристики,%.

2.Реки с весенним половодьем и летними паводками (снеговое и дождевое питание), где сумма стока за весну и лето в % отношении почти равны и в сумме составляют 60-65% от годового стока.

3.Реки с летними паводками, где сток летнего периода равен 60-70% от годового.

4.Реки с паводочным режимом (дождевое питание), где распределение стока по сезонам почти равное.

Таким образом, задача выделения сезонного стока при проектировании очень сложна и поэтому к каждому району, каждому бассейну необходим индивидуальный подход и анализ гидрографов за те годы, в течении которых велись наблюдения в конкретном створе или в створах-аналогах.

Контрольные вопросы:

1. Гидрограф – что характеризует?

2. Какие виды питания рек?

3. Что отражают характерные гидрографы стока?

4. Метод расчленения гидрографа.

5. Определяющий фактор в выделении типов рек по ТФР.

6. Монограмма?

7. Что такое объединение гидрографов?

8. Что выражает модульный коэффициент?

	I

Интегральные кривые стока.

Суммарные кривые применяются при расчетах регулирования стока. Кривые стока могут быть представлены в прямоугольной и косоугольной системе координат.

Интегральные кривые могут быть построены за любые периоды (декаду, месяц, год, ряд лет) по средним расходам за рассматриваемый период. Они выражают последовательное накопление стока воды через створ за определенный период времени.

Интегральная кривая стока представляет собой графическое изображение зависимости объема стока, прошедшего через поперечное сечение реки, от начального момента времени до расчетного конца периода:

1. Прямоугольные координаты W₂ - W₁=W

W=∫Q dt, отсюда следует Q=, т.е. для каждого момента времени расход выражается тангенсом угла наклона касательной к интегральной кривой к оси абсцисс (х).

I	II	III			XII	I	II	III			XII
1944г.	1945г.

Участки кривой с крутыми подъемами соответствуют весенним периодам нарастания стока, более пологие – летним и зимним.

Тангенс угла a, образованного прямой, соединяющей начало и конец интегральной кривой с осью абсцисс, характеризует средний расход за весь рассматриваемый период:

=Q_ср м³/сек,

а за конкретный период средний расход равен:

Qср=tga,

где m и n принятые масштабы в единицах измерения по вертикальной и горизонтальной

шкале.

Определение среднего расхода (или другой величины стока) за любой период времени по интегральной кривой удобно производить графическим способом, для чего строится специальный лучевой масштаб. Лучевой масштаб можно построить двумя способами:

Первый способ построения выполняется непосредственно на графике. Полюс лучевого веера в данном случае совпадает с началом координат графика.

I

II

III

IV

V

VI

VII

VII

IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Выбирается какой-либо период времени Т и проводится вертикальная линия масштаба. Затем определяется амплитуда колебания расхода: = Q_max- Q_min, которую градуируем через равные интервалы расходов ΔQ. Соответственно этим расходам подсчитываем объемы, соответствующие этому расходу. И заполняем таблицу:

Расход Qм^3/сек	Сток за период Wт = Q T
5.0 25.0 50.0 .	. . .

На примере Т = 10 месяцев

W = 5 10 мес. 2,63 мил.сек. = 131 м³

Затем в масштабе объема определяются точки на оси ординат Т. Соединяя их с точкой 0 получим лучевой масштаб.

Второй способ. Лучевой масштаб можно построить за пределами графика.

Основание лучевого масштаба (Р), т.е. полюсное расстояние, можно определить по формуле: см.,

где m_w – число единиц в 1 см. вертикального масштаба для суммарного стока ΣW.

m_Q – число единиц в 1 см. вертикального масштаба для расходов Qм³/сек.

m_т - число единиц в 1 см. горизонтального масштаба за время Т сек.

Подставляя в формулу приведенные величины мы получим длину полосного расстояния Р, которое и откладываем слева или справа от графика. По ординате откладываем значения величин (Q,W) в принятом масштабе и соединив их с точкой полюса получим пучек лучей веера.

Дата добавления: 2014-01-14