Выполнение задания

Задание 3

Расчет нормы годового стока при недостаточности гидрологических наблюдений

Дано: 1. Среднегодовые расходы воды (модули стока) за 10 лет наблюдений

2. Средние годовые расходы воды (модули стока) реки- аналога

3. Параметры Cv, Cs реки – аналога.

4. Площадь водосбора для исследуемой реки и реки – аналога.

Требуется: 1. Провести анализ правильности подбора реки-аналога.

2. Составить таблицу соответственных расходов воды (модулей стока).

3. Рассчитать Qср (М₀) для исследуемой реки, ошибку определения среднего значения Qср (М₀) для 10-летних периодов обеих рек.

4. Построить график связи соответственный модулей стока рек.

5. Определить норму годового стока для исследуемой реки.

6. Рассчитать коэффициент вариации Cv для исследуемой реки.

Теоретическая записка

В гидрологических расчетах чаще приходится иметь дело с короткими рядами наблюдений, продолжительность которых не обеспечивает получение нормы с необходимой точностью (5-10 %). В этих случаях среднее многолетнее значение годового стока из ряда наблюдений не является нормой. Полученную среднюю величину необходимо привести к длительному периоду (норме). Метод, который используется при этом, называется гидрологической аналогией.

При расчете нормы для исследуемой реки подбирается река-аналог с длинным рядом фактических наблюдений, обеспечивающих требуемую точность расчета. В качестве аналогов для исследуемой реки или створа выбираются расположенные вблизи водосборы, однородные по географическому и высотному положению, сходные в отношении климатических условий и факторов подстилающей поверхности (озерности, заболоченности, рельефа, характера почво-грунтов, распаханности и др.). Учитываются размеры водосборов: площади бассейнов должны отличаться не более, чем в 10 раз, а их средние высоты (для горных рек) не более, чем на 300 м. Обращается внимание на наличие факторов, существенно искажающих величину естественного речного стока (регулирование стока, сбросы, изъятие на орошение и др. нужды) Сток рек по возможности должен быть естественным.

При недостаточности данных наблюдений приведение средней величины годового стока к многолетнему периоду осуществляется графически или аналитически по уравнениям регрессии. Наиболее простым и достаточно надежным способом является построение графических связей годовых величин стока в двух рассматриваемых створах за период совместных наблюдений. Такие графики дают достаточно наглядное представление о тесноте связи, обоснованности выбора реки-аналога и виде зависимости. При коэффициенте корреляции r свыше 0, 75 связь считается приемлемой для расчетов. Для построения удовлетворительной связи необходимо иметь 10 - 15 точек, отвечающих расходам воды однопериодных, параллельных по времени, наблюдений в двух створах. Удобнее выполнять построение в координатных осях в одинаковых масштабах, чтобы график проходил через начало координат. Это почти всегда достигается, если график строится в модулях расходов воды М.

Выполнение задания

1. Проверка правильности выбора реки-аналога.

В качестве исследуемой реки в данном задании приводится р. Воронеж у г. Липецк, а реки – аналога - р. Воронеж у г. Воронеж. На основании анализа физико-географических условий формирования стока в бассейнах рек делается вывод об их сходстве и подобии. Проверяется соотношение площадей двух водосборов, которое равняется 1,38. Согласно “Определению расчетных гидрологических характеристик” (СП 33-101-2003) выбор реки- аналога по данному критерию удовлетворяет требованиям.

2. Формируется массив исходной информации (таблица 5). При наличии пропусков в измерениях расходов воды прежде осуществляется их восстановление графическим или аналитическим способом.

Таблица 5 – Среднегодовые расходы и модули стока рек за период 1962 – 1971 гг.

* – Расход пониженной точности вычисления

* - Величина расхода восстановлена

3. Вычисляется коэффициент корреляции R рядов годового стока по формуле:

;

где x_i y_i (Q_i, M_i) – среднегодовые расходы воды (модули стока)

x y (Q, M) – средние значения из ряда

Расчеты свести во вспомогательную таблицу 6.

Таблица 6 - Расчет коэффициента корреляции R рядов годового стока р…..у п…. за 1962.. –1971..гг.

В данном примере он равен 0,96. На основании материалов расчетов делается окончательный вывод о правильности выбора реки – аналога.

4. Расчет основных гидрологических характеристик Мср, Cv, Cs, δQср за период параллельных наблюдений.

Вычисление Qср, коэффициент вариации Cv и коэффициент асимметрии Cs, ошибки среднего значения δQср производится по формулам из предыдущего задания. Расчеты удобнее представить в табличном варианте (таблица 7).

4. Построение графика соответственных модулей стока рек.

График связи строится за годы параллельных наблюдений по данным граф 5 и 6 таблицы 6. По горизонтальной оси откладываются модули стока реки-аналога, по вертикальной оси - модули стока исследуемой реки (рисунок 2). График связи строится в таких масштабах, чтобы линия связи проходила под углом примерно 45^о. Это почти всегда достигается, если на график накладываются точки годовых модулей стока М л/с км².

Рисунок 2

5. Определение нормы годового стока исследуемой реки.

Норма годового стока исследуемой реки определяется по норме годового стока реки-аналога. Для этого из точки на оси абсцисс, соответствующей величине нормы стока, восстанавливается перпендикуляр до пересечения с линией связи и из точки пересечения проводится перпендикуляр на ось ординат. Это значение будет соответствовать норме годового стока реки, имеющей короткий ряд наблюдений. Величина нормы годового стока выражена в модулях годового стока. Для перевода в расходы воды следует воспользоваться формулой 22. Полученный результат сопоставить с соответствующей величиной реки-аналога.

Заключение

В Заключении анализируются полученные результаты приведения среднего значения модуля стока исследуемой реки к среднему значению длинного ряда и делается вывод о пригодности выбора реки-аналога.