Регулирование стока

     ДЕПАРТАМЕНТ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

     Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия

     Кафедра: _____________________ 
 
 
 

     Дисциплина: Гидрология 

     КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

     Выполнила: студент третьего курса,

     заочного отделения, группы __ ЭМЗ, _____

     ________________________________ 
 
 
 
 
 

     Волгоград 2006г.

      1.Расчётно-графическая работа по гидрологии.

          Река площадь водосбора F=28 600 км², залесенность 25%, заболоченность 1%, среднее многолетнее количество осадков 650 мм.

     Таблица 1

Среднемесячные и среднегодовые расходы воды и модули стока

     Бассейн - аналог: средняя многолетняя величина годового стока (норма) М_оа=3,5 л/с*км², С_v=0,30. 
 

      1.1 Определить среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока при наличии данных наблюдений.

     Исходные данные: среднегодовые расходы воды, рассчитываемый период 10 лет (с 7 по 16 гг.). 

     Q_о= ,

     где Q_i - средний годовой стока за i-й год;

     n - Число лет наблюдений.

     Q_i=971,3

     Q_{о= =}97,13 м³/с (величина среднего многолетнего стока).

     Полученную норму в виде среднего многолетнего расхода воды требуется выразить через другие характеристики стока: модуль, слой, объем и коэффициент стока.

     Модуль стока М_о= = =3,40 л/с*км², где F - площадь водосбора, км².

     Средний многолетний объем стока за год:

     W_o=Q_o*T=97,13*31,54*10⁶=306,35*10⁷м³,

     где Т - число секунд в году, равное приблизительно 31,54*10⁶ с.

     Средний многолетний слой стока h_o= = =107,12мм/год

     Коэффициент стока α= = =0,165

     где х_о - средняя многолетняя величина осадков в год, мм.

1.2. Определить коэффициент изменчивости (вариации) С_v годового стока.

     С_{v= ,} где _- среднеквадратическое отклонение годовых расходов от нормы стока.

      _{= .}

       Если n<30, то _{= .}

     Если сток за отдельные годы выразить в виде модульных коэффициентов к= , то С_v= , а при n<30 С_v=

      Составим таблицу для подсчета С_v годового стока реки.

     Таблица 2

     Данные для подсчета С_v

     С_v= = = 0,25

     Относительная средняя квадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока реки за период с 1964 по 1973 гг. (10 лет) равна:

      = = = 7,91%

     Относительная средняя квадратическая ошибка коэффициента изменчивости С_v при его определении методом моментов равна:

=23,04%.

     Длина ряда считается достаточной для определения Q_o  и C_v, если 5-10%, а 10-15%. Величина среднего годового стока при этом условии называется нормой стока. В нашем случае находится в пределах допустимого, а  больше допустимой ошибки. Значит, ряд наблюдений недостаточный необходимо удлинить его. 

     1.3. Определить норму стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии. 

     Река-аналог выбирается по:

     - сходству климатических характеристик;

     - синхронности колебаний стока во времени;

     - однородности рельефа, почвогрунтов, гидрогеологических условий, близкой степени покрытости водосбора лесами и болотами;

     - соотношению площадей водосборов, которые не должны отличаться более чем в 10 раз;

     - отсутствию факторов, искажающих сток (строительство плотин, изъятие и сброс воды).

     Река-аналог должна иметь многолетний период гидрометрических наблюдений для точного определения нормы стока и не менее 5-6 лет параллельных наблюдений с изучаемой рекой.

     Рис.1.График связи среднегодовых модулей стока.

     По графику связи М_о равно 3,7 л/с.км² 

     Q_O= = =105,82

     Коэффициент изменчивости годового стока:

     С_v=A C_va,

     где С_v - коэффициент изменчивости стока в расчетном створе;

     C_va - в створе реки-аналога;

     М_оа - среднемноголетняя величина годового стока реки-аналога;

     А - тангенс угла наклона графика связи.

     В нашем случае:

     С_v=1*3,5/3,7*0,25=0,24

     Окончательно принимаем М_о=3,7 л/с*км², Q_O=105,82 м³/с, С_v=0,24.

1.4. Построить и проверить кривую обеспеченности годового стока. 

     В работе требуется построить кривую обеспеченности годового стока, воспользовавшись кривой трехпараметрического гамма-распределения. Для этого необходимо рассчитать три параметра: Q_o - среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока, C_v и C_s годового стока.

     Используя результаты расчетов первой части работы для реки, имеем Q_O=105,82 м³/с, С_v=0,24.

     Ординаты кривой определяем в зависимости от коэффициента С_v по таблицам, составленным С.Н. Крицким и М.Ф. Менкелем для C_s=2С_v. Для повышения точности кривой необходимо учитывать сотые доли С_v и провести интерполяцию между соседними столбцами цифр.

                                                                                                             Таблица 3

     Ординаты теоретической кривой обеспеченности среднегодовых расходов воды реки.

     .

Рис.2. График зависимости  Кр от Р%.

      Таблица 4

     Данные для проверки теоретической кривой

     Для этого модульные коэффициенты годовых расходов нужно расположить по убыванию и для каждого из них вычислить его фактическую обеспеченность по формуле Р = , где Р - обеспеченность члена ряда, расположенного в порядке убывания;

     m - порядковый номер члена ряда;

     n - число членов ряда.

     Как видно из последнего графика, нанесенные точки осредняют теоретическую кривую, значит кривая построена правильно и соотношение C_s=2 С_v соответствует действительности. 
 
 
 
 

     1.5. Рассчитать внутригодовое распределение стока методом компоновки для целей орошения с расчетной вероятностью превышения Р=80%. 

     Расчет делится на две части:

     а) межсезонное распределение, имеющее наиболее важное значение;

     б) внутрисезонное распределение (по месяцам и декадам), устанавливаемое с некоторой схематизацией.

     Расчет выполняется по гидрологическим годам, т.е. по годам, начинающимся с многоводного сезона. Сроки сезонов начинаются едиными для всех лет наблюдений с округлением их до целого месяца. Продолжительность многоводного сезона назначается так, чтобы в границах сезона помещалось половодье как в годы с наиболее ранним сроком наступления, так и с наиболее поздним сроком окончания.

     В задании продолжительность сезона можно принять следующий: весна-апрель, май, июнь; лето-осень - июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь; зима - декабрь и январь, февраль, март следующего года.

     Величина стока за отдельные сезоны и периоды определяется суммой среднемесячных расходов. В последнем году к расходу за декабрь прибавляются расходы за 3 месяца (I, II, III) первого года.

                                                                                                                                                                         Таблица 5

           Определим расчетные расходы по формулам:

     годового стока Q_{рас год} = К^,*12 Q_о,

     лимитирующего периода Q_{рас  меж} = К_р^,,* Q_ло,

     лимитирующего сезона Q_{рас ло} =К_р^,,,* Q_{рас год} Q_ло,

     где К_р^,, К_р^,,, К_р^,,, - ординаты кривых трехпараметрического гамма-распределения, снятые с таблицы соответственно для С_v годового стока, С_v меженного стока и С_v для лета - осени.

     Примечание: так как расчеты выполняются по среднемесячным расходам, расчетный расход за год требуется умножить на 12.

     Одним из основных условий метода компоновки является равенство Q_{рас год}= ∑ Q_{рас сез}. Однако это равенство нарушается, если расчетный сток за нелимитирующее сезоны определять также по кривым обеспеченности (ввиду различия параметров кривых). Поэтому расчетный сток за нелимитирующий период (в задании - за весну) определить по разности Q_{рас вес}= Q_{рас год} - Q_{рас меж}, а за нелимитирующий сезон (в задании зима).

     Q_{рас зим}= Q_{рас меж} - Q_{рас ло}.

     По данным таблицы 4 определено:

           Q_ло= = 258,28 м³/сек

     С_v= =0,19           C_s=C_v=0,19

     Q_меж= = 455,56 м³/сек

     C_v= = 0,24           C_s=C_v=0,24

     Q_{рас год} = К_р*12*Q_о= 1,00*12*105,82=1269,84м³/сек

     Q_{рас меж} = К_р*Q_меж= 0,59*455,56=268,78 м³/сек

     Q_{рас ло} = К_р*Q _ло=0,79*228,28=204,04 м³/сек

     Q_{рас вес}= Q_{рас год} - Q_{рас меж}=1269,84-204,04=1065,8 м³/сек

     Q_{рас зим}= Q_{рас меж} - Q_{рас ло}=268,78-204,04=64,74 м³/сек 
 

     Внутрисезонное распределение - приимается осредненным по каждой из трех групп водности (многоводная группа, включающая годы с обеспеченностью стока за сезон Р <33%, средняя по водности 33<Р<66%, маловодная Р>66%).

     Для выделения лет, входящих в отдельные группы водности, необходимо суммарные расходы за сезон расположить по убыванию и подсчитать их фактическую обеспеченность (пример - табл. 4). Так как расчетная обеспеченность (Р=80%) соответствует маловодной группе, дальнейший расчет можно производить для лет, входящих  в маловодную группу (табл. 5).

     Для этого в графу «Суммарный сток» выписать расходы по сезонам, соответствующие обеспеченностям Р>66%,  а в графу «Годы» - записать годы, соответствующие этим расходам.

     Среднемесячные расходы внутри сезона расположить в убывающем порядке с указанием календарных месяцев, к которым они относятся (табл. 5). Таким образом, первым окажется расход за наиболее многоводный месяц, последним - за маловодный месяц.

     Для всех лет произвести суммирование расходов отдельно за сезон и за каждый месяц. Принимая сумму расходов за сезон за 100%, определить процент каждого месяца А%, входящего в сезон, а в графу «Месяц» записать наименование того месяца, который повторяется наиболее часто. Если повторений нет, вписать любой из встречающихся, но так, чтобы каждый месяц, входящий в сезон, имел свой процент от сезона.

     Затем, умножая расчетный расход за сезон, определенный в части межсезонного распределения стока (табл. 4), на процентную долю каждого месяца А% (табл.5), вычислить расчетный расход каждого месяца.

           Для перехода от расходов к объёмам стока следует соответствующие величины умножать на коэффициенты:

  Для 31-дневного месяца-2,69                   30-дневного месяца-2,59             

          28-дневного месяца-2,42  
 

                                                                                                                               Таблица 6

                                  Расчет внутрисезонного распределения стока.

                                             1. За весенний сезон

                                          2. За летне-осенний период