Расчётно-графическая работа № 2 2 страница

В данной работе расчётная обеспеченность Р = 80 %, поэтому расчёт внутрисезонного распределения стока можно произвести только по расходам маловодной группы водности.

а) Выделение расходов, составляющих маловодную группу водности

Величины стока за зимний сезон (Qз), весенний сезон (Qв) и за сезон лето-осень (Q_л-о) располагаем в порядке убывания (таблица 5) и для каждого члена ряда вычисляем его эмпирическую обеспеченность по формуле

% (3.6)

Последние члены ряда с обеспеченностью Р > 66 % относятся к маловодной группе и эти расходы подлежат дальнейшему рассмотрению.

б) Установление процентного распределения стока по месяцам сезона

Расчёт ведём в табл. 6. В графу «в» выписываем из табл. 5 расходы маловодной группы каждого сезона в порядке убывания, в графу «г» – обеспеченность расходов и в графу «б» – водохозяйственные годы. Для каждого года по горизонтали располагаем в порядке убывания среднемесячные расходы данного сезона с указанием календарных месяцев, к которому они относятся (графы «д», «е», «ж» и т. д.). Таким образом, первым окажется расход за наиболее многоводный месяц, последний – за маловодный месяц.

Суммируем месячные расходы с одинаковым порядковым номером внутри сезона, а также вычисляем суммы месячных расходов за сезон. Путём деления полученных сумм расходов за каждый месяц на сумму расходов за сезон находим относительное распределение стока по месяцам (в процентах от стока за сезон). Величина месячного стока в процентах от сезонного (А %) относится к тому календарному месяцу, который встречается наиболее часто для данного порядкового номера месяца. Например, сток за второй месяц летне-осеннего сезона составляет 24,8 % от стока за весь сезон (табл. 6). Из табл. 6 видно, что повторяемость календарных месяцев в графе второго порядкового номера месяца (графа «е») следующая: сентябрь встречается один раз (1922/23 гг.), октябрь – 3 раза (1925/26, 1931/32 и 1933/34 гг.) и ноябрь – 1 раз (1934/35 гг.). наибольшую повторяемость имеет октябрь, поэтому А = 24,8 % следует отнести к этому месяцу. Иногда возможно несколько вариантов календарной последовательности. В этом случае предпочтение отдают варианту с постепенным увеличением или уменьшением стока.

Таблица 6 - Расчёт внутрисезонного распределения стока. Р. Кама у пр. Добрянская.

№ пп

Годы

Суммарный сток

Р %

Порядковый номер месяца от начала сезона

Qм

Месяц

Qм

Месяц

Qм

Месяц

Qм

Месяц

Qм

Месяц

Qм

Месяц

а

б

в

г

д

е

ж

з

и

к

1934/35 1922/23 1924/25 1933/34 1931/32

67,3 74,3 81,2 88,1 95,1

V V V V V

VI IV IV VI VI

IV VI VI IV IV

Сумма

100%

%

60,7

V

25,3

VI

14.0

IV

Летне-осенний сезон

1925/25 1931/32 1934/35 1933/34 1922/23

67,3 74,3 81,2 88,1 95,1

XI XI X IX X

X X XI X IX

VII VII VII VII XI

IX IX VIII XI VIII

VIII VIII IX VIII VII

Сумма

100%

%

28,6

XI

24.8

X

18.6

VII

15.2

IX

12.8

VIII

Зимний сезон

1934/35 1929/30 1933/34 1922/23 1935/36

67,3 74,3 81,2 88,1 95,1

XII XII XII XII XII

I III III I III

III I I II I

II II II III II

Сумма

100%

%

38,1

XII

22.7

III

19.9

I

19.3

II

Расчётные расходы по месяцам.

I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII

в) Вычисление месячных расчётных расходов воды

Расчётный расход за каждый месяц находят в соответствии с процентным распределением стока для сезона, например расчётный расход за январь

, (3.7)

где А_I % – процент январского стока от стока за весь зимний сезон (см. табл. 6),

– расчётный сток за зиму, полученный в результате первой стадии расчёта.

В приведённом примере расчётный расход за январь (месяц) равен

м³/с.

Расчётный расход за апрель

Для примера

м³/с.

Значения расчётных расходов по месяцам приводятся в таблице 6. По этим данным строим на миллиметровке расчётный гидрограф изучаемой реки (рис. 6).

Q, м³/с

месяцы

Рисунок 6 – Расчетный гидрограф р. Кама у пр. Добрянская (Р=80%)

Оформление работы

1. Сокращенная суммарная кривая годового стока в расчётном створе реки ;

2. График связи между годовым стоком в изучаемом и аналогичном бассейне, ;

3. Карта среднегодового стока для изучаемого бассейна;

4. Теоретическая кривая обеспеченности годового стока, вычерченная на миллиметровке в обычных координатах;

5. Теоретическая кривая обеспеченности годового стока, вычерченная на клетчатке вероятностей и сопоставленная с данными фактических наблюдений;

6. Расчётный гидрограф заданной обеспеченности, полученный по способу компоновки.

Контрольные вопросы

1. Что такое норма годового стока?

2. Какой период наблюдений необходим для вычисления средней многолетней величины (нормы) как средней арифметической годовых значений стока?

3. Как выбрать бассейн-аналог при недостаточности гидрометрических данных?

4. Как определить норму стока при отсутствии данных; а) для горных рек; б) для озерной реки; в) для малого водосбора?

5. Какие существуют методы определения нормы годового стока при недостаточном количестве гидрометрических данных?

6. Что называется коэффициентом вариации Сv?

7. Как вычислить Сv при наличии наблюдений, их недостатке и отсутствии?

8. Что такое коэффициент ассиметрии Сs? Какое отношение между Сv и Сs?

9. Как определить среднеквадратические ошибки Q₀, Сv? От чего они зависят?

10. Что называется обеспеченностью (вероятность превышения) гидрологической величины?

11. Что такое клетчатка вероятностей? Назовите ее преимущества?

12. Как определить повторяемость по заданной обеспеченности?

13. Охарактеризуйте годы с обеспеченностью Р=0,1%, Р=1,0%, Р=10%, Р=50%, Р=75%, Р=99%, Р=99,9% и определите их повторяемость?

14. Какие характерные точки имеет кривая распределения?

15. При каком соотношении Сv/Сs биноминальная кривая неприменима для расчетов стока?

16. Как построить кривую обеспеченности: а) биноминальную; б) трехпараметрическую гамма-распределения; в) эмпирическую?

17. Каким требованиям должен удовлетворять бассейн-аналог при необходимости удлинить ряд наблюдений?

18. Что такое корреляция?

19. Что называется коэффициентом корреляции?

20. Как называется линия корреляционной связи?

21. При каких значениях коэффициента корреляции связь между стоком двух бассейнов считается тесной?

22. В чем сущность метода компоновки, реального (конкретного) года?

23. Как вычисляется расчетный гидрограф для изученной и неизученной в гидрологическом отношении реки?

«МАКСИМАЛЬНЫЙ СТОК»

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ

ТАЛЫХ ВОД ПРИ НАЛИЧИИ МНОГОЛЕТНИХ

ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Расчётным максимальным расходом воды называют расход, на пропуск которого рассчитывают отверстия гидротехнических сооружений.

При наличии многолетних наблюдений расчётный максимальный расход определяют по теоретической кривой обеспеченности.

В соответствии с «Указаниями по определению расчётных гидрологических характеристик» расчётная ежегодная вероятность превышения (обеспеченность) максимальных расходов принимается по таблице 1а.

Таблица 1а -Расчётные вероятности превышения максимальных расходов воды.

Класс капитальности сооружения	Расчётная вероятность превышения, Р %
I I III IV	0,01 0,1 0,5

Класс капитальности гидротехнических сооружений и сооружений мелиоративных систем устанавливают по специальностям СН и П по проектированию сооружений.

Продолжительность периода наблюдений должна составлять для зоны:

лесотундровой и лесной не менее................................ 25 лет

лесостепной................................................................... 30 лет

степной.......................................................................... 40 лет

горных районов............................................................ 50 лет

В расчётно-графической работе исходными данными являются максимальные расходы талых вод в расчётном створе равнинной реки за период 25-30 лет.

В качестве примера расчёт максимальных расходов талых вод р. Камы у пр. Добрянской с наблюдениями с 1908 по 1934 год.

1.1. Определение параметров теоретической кривой

обеспеченности максимальных расходов воды

При наличии многолетних наблюдений параметры кривой обеспеченности максимальных расходов воды (средний многолетний максимальный расход воды, коэффициент несимметрии C_S) можно вычислить методом моментов, наибольшего правдоподобия или графическим. Определяем параметры кривой обеспеченности графоаналитическим методом. Для этого располагаем максимальные расходы воды в порядке убывания (табл. 1) и вычисляем эмпирическую обеспеченность каждого члена ряда по формуле

%, (1.1)

где m – порядковый номер члена убывающего ряда наблюдённых значений максимальных расходов;

n – число лет наблюдений.

Таблица 1 -Вычисление эмпирической обеспеченности максимальных расходов талых вод р. Камы у пр. Добрянской, 1907 – 1934 гг.

№ пп	Годы	Максимальные расходы,
..	…	…	3,57 7,14 10,71 … 92,86 96,43
	Среднее	7257,41

По данным табл. 1 строим на клетчатке вероятностей эмпирическую кривую обеспеченности максимальных расходов воды (рис.1), с которой снимаем расходы воды обеспеченностью 5, 50 и 90 %. Получаем:

Q₅ = 10 700 м³/с;

Q₅₀ = 7100 м³/с;

Q₉₀ = 4600 м³/с.

Рисунок – 1 Эмпирическая кривая обеспеченности максимальных расходов талых вод р. Камы у пр. Добрянская 1908-1934 г.г.

Вычисляем коэффициент скошенности по формуле

, (1.2)

По коэффициенту скошенности с помощью приложения 1 находим коэффициент несимметрии максимальных расходов C_S и соответствующие ему нормированные отклонения ординат кривой обеспеченности от среднего значения при обеспеченностях 5, 50, и 95 %, т. е. Ф₅, Ф₅₀ и Ф₉₅, а также разность Ф₅ – Ф₉₅. Для нашего примера получаем коэффициент несимметрии C_S = 0,63;

Ф₅ – Ф₉₅ = 3,25;

Ф₅₀ = – 0,11.

Вычисляем среднее квадратическое отклонение максимальных расходов воды по формуле

. (1.3)

В примере

м³/с.

Средний многолетний максимальный расход воды находим по выражению

(1.4)

Для рассматриваемого примера

= 7100 – (–0,11·1876,9) = 7306 м³/с.

Зная величины и , определяем коэффициент вариации максимальных расходов воды

. (1.5)

В нашем примере

.

Таким образом, параметры теоретической кривой обеспеченности максимальных расходов талых вод р. Камы у пр. Добрянской имеют значения:

= 7306 м³/с;

C_v = 0,26;

C_S = 0,63.

1.2. Вычисление расчётных максимальных расходов воды

По найденным параметрам теоретической кривой обеспеченности определяем расчётные максимальные расходы воды по выражению

, (1.6)

где К_р – ордината теоретической кривой обеспеченности определяемая, по приложению 1;

Расчётную обеспеченность максимальных расходов воды принимаем в зависимости от класса капитальности сооружений по табл. 1а. Тогда расчётные максимальные расходы воды для сооружений I, II, III и IV классов соответственно равны

; (1.7)

; (1.8)

; (1.9)

. (1.10)

В рассматриваемом примере, для р. Камы у пр. Добрянской, получаем

м³/с;

м³/с;

м³/с;

м³/с.

Согласно «Указаниям» СН 435-72 при проектировании сооружений I класса, к расчётному расходу Q_p, найденному по кривой обеспеченности, следует прибавить гарантийную поправку , т. е.

. (1.11)

где а – коэффициент гидрологической изученности бассейна; а = 0,7 для рек, расположенных в гидрологически изученных областях, а = 1,5 для слобоизученных территорйи;

n – число лет наблюдений;

Q_р – расход, вычисленный по кривой обеспеченности;

Е_р – относительная средняя квадратическая ошибка ординаты кривой обеспеченности, определяется по табл. 2а; .

Таблица 2а -Значение Е_р для расчёта гарантийной поправки

Ср	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3
Ер=0,01%	0,25	0,45	0,64	0,80	0,97	1,12	1,26	1,40	1,56	1,71	1,89	2,06	2,22

Для примера

м³/с;

м³/с.

2. ОПРДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ

ТАЛЫХ ВОД ПРИ ОТСТУТСТВИИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Исходные данные: площадь водосбора до расчётного створа реки F; озёрность бассейна f_оз; залесённость – f_л; заболоченность – f_з. Средневзвешенный уклон бассейна J_ф.

Для рассматриваемого нами примера р. Камы у пр. Добрянской, F = 118000 км², f_оз = 0; f_л = 80 %; f_з = 7 %; J_ф = 0,04 ‰.

Требуется определить расчётные максимальные расходы талых вод для проектирования сооружений III и IV классов капитальности.

При отсутствии гидрометрических наблюдений расчётные расходы талых и дождевых вод определяют по эмпирическим зависимостям. В настоящее время наиболее обоснованными данными фактических наблюдений являются расчётные зависимости, рекомендуемые Указаниями СН 435-72.

Для определения расчётного максимального расхода талых вод равнинных рек с весенним половодьем зависимость имеет вид

, (2.1)

где Q_р – расчётный мгновенный максимальный расход воды обеспеченностью Р %, м³/с;

– модуль максимального расхода воды, м³/с;

F – площадь водосбора, км²;

– расчётный слой стока половодья той же обеспеченности, что и искомый максимальный расход воды, мм;

– параметр дружности половодья;

n – показатель степени, характеризующий редукцию (уменьшение) отношения в зависимости от площади водосбора;

– коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды рек, зарегулированных озёрами () и водохранилищами ();

₂ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заселённых и заболоченных бассейнах;

– коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды.

Приведенная формула (2.1) рекомендуется для расчёта талых вод на реках с площадями водосборов до 20 000 км² в Европейской и до 50 000 км² в Азиатской части России. В данной расчётно-графической работе, с целью изучения рекомендуемой нормами методики расчёта, применяем условно формулу (2.1) и для рек с площадями водосборов, превышающие указанные.

Параметры, входящие в расчётную зависимость (2.1), определяют следующим образом.

Значения коэффициента дружности половодья К_о в зависимости от географического положения речного бассейна и категории рельефа водосбора приведены в табл. 3а. Категорию рельефа устанавливают по гипсометрической карте или по соотношению

, (2.2)

где J_cp – средневзвешенный уклон главного водотока в ‰.

Таблица 3а -Параметры n и K_o для равнинных рек

	n	Параметры Ko при значениях а
> 1	1,0 – 0,5	< 0,5
Зона тундры и лесная зона Европейская территория России и Восточная Сибирь Западная Сибирь   Лесостепная и степная зона Европейская территория России (без Северного Кавказа) Северный Кавказ Западная Сибирь   Зона засушливых степей и полупустынь Западный и Центральный Казахстан	0,17 0,25   0,25 0,25 0,25     0,35	0,010 0,015   0,030 0,030 0,030     0,060	0,008 0,013   0,017 0,025 0,020     0,040	0,006 0,010^х   0,012 0,015 0,015     0,030

^х/ – Для сильно заболоченных бассейнов с площадью водосбора более 10 000 км².

J_m – типовой уклон;

(2.3)

При а > 1 бассейн относится к первой категории рельефа (наиболее холмистый рельеф); при а = 1 – 0,5 – ко второй категории, и при а < 0,5 – к третьей категории рельефа.

Географическое положение бассейна (природная зона) устанавливают по карте (приложение 3).

Рассматриваемый нами бассейн р. Камы расположен в лесной зоне. Типовой уклон реки

‰;

параметр

.

т. е. бассейн относится ко II категории.

По табл. 3а находим значение параметра K_o = 0,008 (Европейская часть России, лесная зона).

Параметр n определяется также по таблице 3а в зависимости от природной зоны. В нашем примере, для лесной зоны в Европейской части России n = 0,17.

Расчётный слой стока половодья h_р находят по трём параметрам: среднему многолетнему слою половодья, коэффициенту вариации слоя стока половодья коэффициенту несимметрии половодья C_S,h. Значения и C_v,h снимаем из соответствующих карт изолиний; коэффициент несимметрии принимаем по соотношению C_S,h = 2 C_v,h. Слой стока половодья заданной вероятности превышения (обеспеченности) равен

, (2.4)

где К_р – ордината кривой обеспеченности, определяемая по приложению 2 или 1 для заданной расчётной обеспеченности Р.

Расчётная обеспеченность слоя стока половодья принимается такой же, как и максимального расчётного расхода в зависимости от класса капитальности сооружений (табл. 1а).

Для рассматриваемого примера = 140 мм (рис. 2), = 0,3 (рис. 3), C_S,h = 2 C_v,h = 0,60. Ввиду неравномерного расположения изолиний на приведённый картах (рис. 2 и 3), средний многолетний слой половодья и коэффициент слоя C_v,h определены по картам как средневзвешенные значения.

Следовательно расчётный слой тока половодья при проектировании сооружений III и IV классов будет равен

h_0.5%= 1,94·140 = 275,8 мм;

h_1%= 1,82·140 = 254,8 мм.

Коэффициент , учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных озёрами, определяют по формуле

, (2.5)

где С – коэффициент, значение которого зависит от среднего слоя половодья; при ≥ 100 мм,2, при < 20 мм С = 0,4;

– средневзвешенный коэффициент озёрности, определяемый

по формуле

, (2.6)

где F – площадь водосбора с створе проектируемого сооружения;

– площадь зеркала озера;

Дата добавления: 2015-04-30