Реферат: Характеристики водности рек

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

 

Федеральное государственное образовательное учреждение высшегопрофессионального образования

ИРКУТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

 

КАФЕДРА ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

Расчетно-графическая работа

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРОЛОГИЯ»

 

Иркутск 2008


Содержание

Введение

1. Характеристики водности рек

2. Расчеты испарения

2.1 Определение испарения с малого водоема при отсутствии данныхнаблюдений

2.2 Определение испарения суши с помощью карты изолиний испарения

2.3 Определение испарения с суши по уравнению связи теплового иводного балансов

3. Вычисление расхода воды аналитическим способом

4. Расчет годового стока

Заключение

Список использованной литературы


Введение

Значение гидрологии, гидрометрии и регулирования стокаопределяется главными задачами водного хозяйства как отрасли науки и техники,охватывающей учет, изучение, использование, охрану водных ресурсов, а такжеборьбу с вредным действием вод.

Гидрология – это наука, изучающаягидросферу, включая океаны и моря, реки, озера, болота, почвенные и грунтовыеводы, снег и ледники, влагу атмосферы, а также ее свойства и протекающие в нейпроцессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой (земной корой) ибиосферой.

Вода – основная среда, обеспечивающая обмен веществ и развитиеорганизмов. С древнейших времен жизнь человека и развитие культуры связаны сводой. Она широко используется в промышленности, энергетике, сельском и рыбномхозяйстве, в медицине и т.д. Вода – объект изучения физики, химии, механики идругих наук.

Гидрология тесно связана с метеорологией – наукой об атмосфере ипроисходящих в ней процессах, и в первую очередь с той ее частью, котораяисследует влагооборот и испарение с поверхности воды. Взаимосвязь гидросферы слитосферой наиболее отчетливо проявляется в процессах формирования земнойповерхности под влиянием деятельности воды. В свою очередь, рельеф земнойповерхности оказывает существенное влияние на образование водных потоков.Поэтому гидрология имеет много общего с геоморфологией – наукой, изучающейзакономерности возникновения и развития форм земной поверхности.

Раздел гидрологии, изучающий поверхностные воды, называется гидрологиейсуши или континентальной гидрологией. Раздел гидрологии по изучениюводы океанов и морей называют гидрологией океанов и морей или океанологией.

Гидрология грунтовых (подземных) вод называется гидрогеологией.В гидрологию входят те разделы гидрогеологии, которые изучают взаимодействиеповерхностных и подземных вод, питание рек грунтовыми водами и др. Разделыгидрогеологии, изучающие способы поиска и добычи грунтовых вод, ихвзаимодействие с горными породами, относят к геологии.

Различают гидрологию рек (речная гидрология, или потамология),озер (лимнология), болот (тельматология), водохранилищ,ледников (гляциология). Речная гидрология и речная гидравлика,изучающие движение воды в речных руслах и их формирование, дополняют другдруга. Речную гидравлику можно рассматривать как раздел гидрологии суши и какраздел гидравлики.

Гидрология, занимающаяся решение различных инженерных задач (вгидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительствемостов, автомобильных и железнодорожных дорог и т.д.) называется инженерной.

В результате широкого применения в гидрологии теории вероятностныхпроцессов сформировалась стохастическая гидрология.

Гидрометрия – это наука о методахи средствах определения величин, характеризующих движение и состояние жидкостии режим водных объектов. В задачу гидрометрии входят определения: уровней,глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; напоров и давлений;скоростей и направлений течения жидкости, пульсаций скоростей и давлений;параметров волн; гидравлических уклонов; расходов жидкости; мутности потока;расходов наносов и пульпы; элементов термического и ледового режимов потоков.

Регулирование речного стока – этонаука о перераспределении (увеличение или уменьшение) во времени объемовречного стока в замыкающем створе реки по сравнению с ходом поступления воды наповерхность водосбора.


1. Характеристики водностирек

Цель занятия – изучить и определить основные характеристикиречного бассейна, связанные с ее гидрологическим режимом.

Задачи:

· освоить основные понятия гидрологических характеристик бассейнареки;

· изучить основные характеристики, отображающие водный режим реки.

Исходные данные:

· река и пункт наблюдений (р. Мура – п. Ирба);

· площадь водосбора (F=9320 км2);

· расход воды (Q=24,3 м3/с);

· высота годового слоя осадков (x=405 мм).

Требуется: вычислить модуль стока (q, л/с∙км2); определитьвысоту слоя стока (y, мм); рассчитать объем годового стока (V, км3); найти коэффициентстока (η).

Порядок выполнения работы:

Река Мура впадает в Ангару, являясь её левым притоком. Площадьводосбора – 9320 км2. Высший уровень воды за год – 537 см, низший – 209 см, средний уровень воды за год – 388 см. Наибольший расход воды за год 33,9 м3/сек,наименьший – 13,1 м3/сек, средний расход воды за год – 23,7 м3/сек.Годовой слой стока – 81 мм. Средняя продолжительность половодья 55 суток, заэто время стекает 84% от годового стока вод. Паводок длится 13суток.Наивысшая температура воды в году 21,9ºС приходится на 17 июля. С первойдекады ноября по последнюю декаду апреля река находится под ледяным покровом,толщина которого достигает 112 см.

Модуль стока:


/>

Слой стока:

/>

Объём стока:

/>

Коэффициент стока:

/>

Выводы

В 4 варианте дана р. Мура в пункте наблюдения Ирба. Имея данные:площадь водосбора – 9320 км2, расход воды – 24,3 м3/сек,высота годового слоя осадков – 405 мм, мы получили следующие характеристикиводности рек:

· модуль стока – 2,61 л/с∙км2;

· высота слоя стока – 82,22 мм;

· объем годового стока – 0,77 м3;

· коэффициент стока – 0,203.

Последний показатель отражает, в районе с какой влажностьюнаходится пункт наблюдения, в данном случае с. Ирба. Исходя из полученныхданных можно сказать, что район относится к засушливым, так как в таких районахкоэффициент стока уменьшается до нуля, а в районах избыточного увлажнениявозрастает до 0,7. В данном случае />=0,203.


2. Расчеты испарения

Цель рассчитать испарение с поверхности воды и споверхности суши различными методами.

Задача – определить испарение:

1) с малого водоема при отсутствии данных наблюдений.

2) с суши с помощью карты изолиний испарения.

3) с суши по уравнению связи водного и теплового балансов.

 

2.1 Определение испарения с малого водоема при отсутствии данныхнаблюдений

Исходные данные: площадь водоема, расположенного вблизи г.Иркутска

S = 4,5 км2,средняя глубина H/>= 3,0 м, средняя длина разгона воздушного потока D = 4,5 км, средняя высота препятствий на берегу h/>= 12 м.

Требуется: вычислить среднемноголетнее испарение.

Порядок выполнения.

Среднемноголетнее испарение с малых водоемов, расположенных в равнинныхусловиях определяют по выражению:

/>,

где />– среднемноголетнееиспарение с эталонного бассейна площадью 20 м2,<sup/>мм;

кн, кз, кΏ – поправочныекоэффициенты соответственно на глубину водоема, на защищенность водоема ответра древесной растительностью, строениями, крутыми берегами и другимипрепятствиями, а также на площадь водоема.

Среднемноголетнее испарение с бассейна площадью 20 м2 находят на карте изолиний. Так, для Муры Е20 = 350 мм.

Поправочный коэффициент на глубину водоема находят в зависимостиот местоположения водоема и средней глубины. Для р. Мура, расположенной влесостепной зоне, при /> = 3,0 м, кн = 0,995.

Поправочный коэффициент кз определяют в зависимости ототношения средней высоты (м) препятствий hр к средней длине (м) разгона воздушного потока D, следовательно,

/>; К/>= 0,98

Поправочный коэффициент на площадь водоема кΏ длялесостепной зоны при Ω = 4,5 км2 равен 1,25.

Находим среднемноголетнее испарение:

Ев = 350∙0,995∙0,98∙1,25 = 427 мм

2.2 Определение испарения с суши с помощью карты изолинийиспарения

Исходные данные: карта среднегодового слоя испарения с суши.

Требуется: определить среднемноголетнее годовое испарение.

Порядок выполнения.

По карте находим расположение Иркутского района и замечаем, чтоизолиния проходит на отметке 350 мм. Следовательно, для Иркутского районасреднемноголетнее годовое испарение (норма) равно 350 мм.

 


2.3 Определение испарения с суши по уравнению связи теплового иводного балансов

 

Исходные данные: среднемноголетний слой осадков х = 405 мм, радиационный баланс R = 120 кДж/см2, сумма среднемесячных положительныхтемператур воздуха за год равна 54,3/>.

Требуется: определить среднемноголетнее годовое испарение.

Порядок выполнения.

1. По номограмме находим, чтопри х = 405 мм и R = 120 кДж/см2 среднемноголетний слой испарения Ес= 320 мм.

2. Для расчета испаренияиспользуют уравнение В.С. Мезенцева, которое имеет следующий вид:

 

/>,

где /> –максимально возможное испарение, мм;

/> –общее увлажнение, мм;

/> –параметр, учитывающий гидравлические условия стока.

3. Для определения максимальновозможного испарения используем формулу И.В. Карнацевича:

/>

Где Σt – сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год.

/>мм


4. Находим испарение для Ирбы

 

/> мм

 

Вывод: данные расчеты испаренияприобретают важное значение в связи с оценкой водного баланса. В результатерасчетов получили:

· среднемноголетнее испарение с поверхности воды Ев = 427 мм;

· среднемноголетнее испарение с поверхности суши Ес = 320 мм.

 


3. Вычисление расхода воды аналитическим способом

 

Цель – найти основные гидрометрические характеристики реки.

Задача: вычислить расход воды.

Исходные данные: выписка из книжки для записи измерения расходаводы на реке.

Требуется: найти ширину реки (В, м); найти среднюю скорость реки (/>, м/с); найти максимальнуюглубину (hmax, м); найти среднюю глубину (/>,м); найти расход воды (Q, м3/сек); найти смоченный периметр (ψ, м); найтигидравлический радиус (R, м); найти максимальную скорость реки (Vmax, м/сек); найти площадь живого сечения (ω, м2).

Порядок выполнения работы.

Таблица. Вычисление расхода воды аналитическим способом

№ вертикалей Расстояние от постоянного начала, м Глубина, м Расстояние между промерными вертикалями

Площадь живого сечения, м2

Средняя скорость, м/c Расход воды между скоростными вертикалями Промерных Скоростных Средняя между промерными вертикалями между промерными вертикалями между скоростными вертикалями на вертикали между скоростными вертикалями

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Урез пб 2 0,39 2 0,78 1 4 0,78 3,44 0,39 1,35 1,33 2 2,66 2 I 6 1,88 2,09 2 4,18 0,56 3 8 2,3 2,37 2 4,74 14,01 0,65 9,04 4 10 2,44 2,55 2 5,09 5 II 12 2,65 2,44 2 4,87 0,73 6 14 2,22 9,16 0,70 6,41 2,15 2 4,29 7 III 16 2,07 1,99 2 3,97 0,67 8 18 1,9 1,78 2 3,55 11,40 0,47 5,35 9 20 1,65 0,83 4,7 3,88 Урез лб 24,7 0,0 38,01 38,01 22,14

Столбцы 1, 2, 3, 4, 9 – известны.

Столбец 5 – глубина между промерными вертикалями – среднеезначение между средними глубинами на урезе правого берега и первой промернойвертикалью и так далее.

Столбец 7 – площадь между промерными вертикалями – произведениестолбца 5 – глубина между промерными вертикалями, и столбца 6 – расстояниемежду промерными вертикалями.

Столбец 8 – площадь между скоростными вертикалями – сумма площадеймежду соответствующими промерными вертикалями. Общая площадь водного сеченияполучена как сумма частичных площадей между промерными или скоростнымивертикалями.

Столбец 10 – скорость между скоростными вертикалями – междуурезами воды и первой или последней промерной вертикалью это произведениесредней скорости на вертикали и коэффициента 0,7; между остальными скоростнымивертикалями – их среднее значение.

Столбец 11 – расход воды между скоростными вертикалями – произведениезначений столбца 8 – площадь сечения между скоростными вертикалями, и столбца10 – средняя скорость между скоростными вертикалями. Общий расход определяетсякак сумма всех расходов между скоростными вертикалями.

Ширина реки – расстояние между геодезическим прибором и урезомлевого берега вычесть расстояние между геодезическим прибором и урезом правогоберега:


В = 24,7 м – 2 м = 22,7 м

Средняя скорость реки определяется по формуле:

/>

Среднюю глубину реки находим с помощью выражения:

/>

Смоченный периметр – ломаная линия по дну реки. Смоченный периметрвсегда больше ширины реки (Ψ>В).

/>/>Внашем случае: ψ1=2,15 м, ψ2=2,28 м, ψ3=2,04м, ψ4=2,00 м, ψ5=2,01 м, ψ6=2,05м, ψ7=2,01 м, ψ8=2,01 м, ψ9=2,02м, ψ10=4,98 м />

Гидравлический радиус определяем по формуле:

/>

 

Выводы: из работы видно, что:

· расход воды на реке (Q) равен 22,14 м3/сек;

· площадь водного сечения (ω) – 38,01 м2;

· ширина реки (В) – 22,7 м.;

· средняя глубина (/>) – 1,67 м.;

· максимальная глубина (hmax) – 2,65 м.;

· средняя скорость течения (/>)– 0,58 м/сек;

· максимальная скорость (Vmax) – 0,73 м/сек;

· смоченный периметр (ψ) – 23,55 м.;

· гидравлический радиус (R) – 1,61 м.



4. Расчёт годового стока

 

Цель: изучить закон вероятности гамма-распределения.

Задачи: построить эмпирическую кривую; найти статистическиепараметры ряда; построить аналитические кривые обеспеченностигамма-распределения.

Задание 1 Построениеэмпирической кривой обеспеченности среднегодовых расходов воды.

Исходные данные: среднегодовые расходы воды на реке по даннымнаблюдений за 28 лет.

Требуется: построить эмпирическую кривую обеспеченностисреднегодовых расходов воды.

Порядок выполнения работы.

Чтобы построить эмпирическую кривую нужно заполнить таблицу.

Таблица 1 Вычисление эмпирическойобеспеченности среднегодовых расходов воды

№ п/п

Год

Q, м³/сек

Кi

P

Kp

Рг

1 1957 15,2 0,63 3,45 1,57 2,09 2 1958 19,4 0,80 6,90 1,39 6,81 3 1959 33,9 1,39 10,34 1,36 8,53 4 1960 28,2 1,16 13,79 1,31 11,10 5 1961 28,4 1,17 17,24 1,28 13,05 6 1962 25,7 1,06 20,69 1,20 20,06 7 1963 26,4 1,09 24,14 1,17 23,51 8 1964 20,5 0,84 27,59 1,16 24,44 9 1965 21 0,86 31,03 1,09 33,78 10 1966 31,2 1,28 34,48 1,06 37,88 11 1967 24,7 1,02 37,93 1,06 37,88 12 1968 13,5 0,56 41,38 1,05 39,09 13 1969 33 1,36 44,83 1,02 43,47 14 1970 16,7 0,69 48,28 1,02 44,11 15 1971 23,2 0,95 51,72 0,98 49,99 16 1972 24,8 1,02 55,17 0,95 54,01 17 1973 31,9 1,31 58,62 0,95 54,68 18 1974 21,5 0,88 62,07 0,95 55,36 19 1975 29,2 1,20 65,52 0,88 65,40 20 1976 13,1 0,54 68,97 0,86 68,65 21 1977 25,7 1,06 72,41 0,85 70,56 22 1978 23,1 0,95 75,86 0,84 71,82 23 1979 23 0,95 79,31 0,80 78,34 24 1980 23,8 0,98 82,76 0,78 80,53 25 1981 20,7 0,85 86,21 0,69 90,77 26 1982 19 0,78 89,66 0,63 95,10 27 1983 38,2 1,57 93,10 0,56 98,01 28 1984 25,5 1,05 96,55 0,54 98,44

Qср = 24,30

Модульный коэффициент Кi находим по формуле:

/>

Для каждого модульного коэффициента вычисляем соответствующую емуэмпирическую обеспеченность Р по формуле:

/>

/>Впоследнем столбце располагаем ранжированные в порядке убывания значениямодульных коэффициентов Кр.

Эмпирическая кривая представляет собой зависимость Крот Р.


/>

 

Задание 2 Определениестатистических параметров ряда.

Исходные данные: среднегодовые расходы воды на реке по даннымнаблюдений за 28 лет.

Требуется: найти среднеарифметическое />; отклонение σ; коэффициентасимметрии сs; коэффициент вариации сv.

Порядок выполнения работы.

Находим статистические параметры.

Таблица 2 Статистические параметры

Среднее 24,3 Стандартная ошибка 1,2 Медиана 24,3 Мода 25,7 Стандартное отклонение 6,1 Дисперсия выборки 37,7 Эксцесс -0,1 Асимметричность 0,2 Интервал 25,1 Минимум 13,1 Максимум 38,2 Сумма 680,5 Счет 28,0

Из последней таблицы следует:

1) среднеарифметическое Qi:

/> м3/сек;

2) стандартное отклонение σ:

/> м3/сек;

 

3) коэффициент асимметрии СS:

/>

4) коэффициент вариации СV:

/>

Задание 3 Построение аналитических кривыхобеспеченности гамма-распределения.

Исходные данные: эмпирическаяобеспеченность и ранжированный в порядке убывания модульный коэффициент.

Требуется: построить аналитическуюкривую обеспеченности и вычислить расход воды при 75-процентной и 95-процентнойобеспеченности при гамма-распределении.

Порядок выполнения работы.

Для построения аналитических кривыхзаполняем таблицу ниже.

Таблица 3

Kp

P

Рг

1,57 3,45 2,09 1,39 6,90 6,81 1,36 10,34 8,53 1,31 13,79 11,10 1,28 17,24 13,05 1,20 20,69 20,06 1,17 24,14 23,51 1,16 27,59 24,44 1,09 31,03 33,78 1,06 34,48 37,88 1,06 37,93 37,88 1,05 41,38 39,09 1,02 44,83 43,47 1,02 48,28 44,11 0,98 51,72 49,99 0,95 55,17 54,01 0,95 58,62 54,68 0,95 62,07 55,36 0,88 65,52 65,40 0,86 68,97 68,65 0,85 72,41 70,56 0,84 75,86 71,82 0,80 79,31 78,34 0,78 82,76 80,53 0,69 86,21 90,77 0,63 89,66 95,10 0,56 93,10 98,01 0,54 96,55 98,44

 

Кр – ранжированный в порядке убываниямодульный коэффициент. Р – эмпирическая обеспеченность.

РГ – значенияобеспеченности при гамма-распределении, которое определяется формулой:

/>

/>; />

/>

Для нахождения РГв Excel пользуемся функцией ввода формул:гаммарасп. При этом x – первое значение kp; альфа – />; бетта = />; интегральное – 1.

Пользуясь диаграммой, расположенной ниже, мы находим значениерасхода воды при 75-процентной и 95-процентной обеспеченности, но данныезначения не совсем точные, поэтому для определения расхода воды при 75-процентнойи 95-процентной обеспеченности пользуемся следующими формулами:

/> />

Теперь мы находим К75Г и К95Г.Получаем,что: К75Г=0,82, аК95Г=0,63.

Следовательно:

/>

/>


/>

 

Выводы: используя данные значения,мы построили эмпирическую кривую обеспеченности, а также аналитическую кривуюобеспеченности при гамма-распределении среднегодовых расходов воды реке. Нашлирасход воды при 75-процентной и 95-процентной обеспеченностигамма-распределения: Q75Г = 19,93 м3/сек, Q95Г = 15,31 м3/сек. Также получили статистические параметры:

среднеарифметическое />

24,3 отклонение σ 6,1

коэффициент асимметрии сs

0,2

коэффициент вариации сv

0,25

Заключение

Из первой выполненной работы имея данные: площадь водосбора – 9320км2, расход воды – 24,3 м3/сек, высота годового слояосадков – 405 мм, мы получили следующие характеристики водности рек:

· модуль стока – 2,61 л/с∙км2;

· высота слоя стока – 82,22 мм;

· объем годового стока – 0,77 м3;

· коэффициент стока – 0,203.

Последний показатель отражает, в районе с какой влажностьюнаходится пункт наблюдения, в данном случае с. Ирба. Исходя из полученныхданных можно сказать, что район относится к засушливым, так как в таких районахкоэффициент стока уменьшается до нуля, а в районах избыточного увлажнениявозрастает до 0,7. В данном случае ɳ=0,203.

Во второй работе данные расчеты испарения приобретают важноезначение в связи с оценкой водного баланса. В результате расчетов получено:

· среднемноголетнее испарение с поверхности воды Ев = 427 мм;

· среднемноголетнее испарение с поверхности суши Ес = 320 мм.

Из третьей работы видно, что:

· расход воды на реке равен 22,14 м3/сек;

· площадь водного сечения – 38,01 м2;

· ширина реки – 22,7 м.;

· средняя глубина – 1,67 м.;

· максимальная глубина – 2,65 м.;

· средняя скорость течения – 0,58 м/сек;

· максимальная скорость – 0,73 м/сек;

· смоченный периметр – 23,55 м.;

· гидравлический радиус – 1,61 м.

В четвертой работе используя данные значения, мы построилиэмпирическую кривую обеспеченности, а также аналитические кривые обеспеченностипри гамма-распределении среднегодовых расходов воды. Нашли расход воды при 75-и 95-процентной обеспеченности гамма-распределения: Q75Г = 19,93 м3/сек, Q95Г = 15,31 м3/сек.


Список использованной литературы

1.  Гидрология, гидрометрия и регулирование стока: Учебники и учебныепособия для высших сельскохозяйственных учебных заведений/ Г.В. Железняков,Т.А. Неговская, Е.Е. Овчаров. – М. «Колос», 1984.

2.  Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока:Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений/ подредакцией Е.Е. Овчарова. – М. ВО «Агропромиздат», 1988.

3.  Статистика с применением Exsel: Учебное пособие./ Под ред. Я.М. Иваньо, А.Ф Зверева. – Иркутск,2006. – 137 с.

еще рефераты
Еще работы по геологии