Речной сток: определение и его характеристики. Годовой сток

С v = = = = 0,226 .

Относительная средняя квадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока реки за данный период равна:

5,65 %

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

18,12 %.

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. Если и (или) больше допустимой ошибки - необходимо удлинить ряд наблюдений.

3. Определение нормы 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 6 лет параллельных наблюдений с изучаемой рекой.

Годовые модули стока р.Учеба и реки-аналога Таблица 5.

Рисунок 1.

График связи среднегодовых модулей стока реки Учеба и реки-аналога

По графику связи М о равно 4,9 л/с.км 2

Q O = М о* F;

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 = 0,226; A=1,72; М оа =5,7 л/с*км 2 ;

Окончательно принимаем М о =4,9; л/с*км 2 , Q O =163,66 м 3 /с, С v =0,046.

4. Построение и проверка кривой 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 р. Лаба, имеем Q O = 169,79 м 3 /с, С v = 0,226 .

Для заданной реки принимаем C s =2С v =0,452 с последующей проверкой.

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. Занести в таблицу ординаты кривой обеспеченности.

Координаты теоретической кривой обеспеченности. Таблица 6

Построить кривую обеспеченности на клетчатке вероятностей и проверить ее данные фактических наблюдений. (Рис.2)

Таблица 7

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 усредняют теоретическую кривую, значит, кривая построена правильно и соотношение C s =2 С v соответствует действительности.

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.

Описание работы

В период половодья (паводка) часть излишков воды временно задерживается в водохранилище. При этом происходит некоторое повышение уровня воды сверх НПУ, за счет чего образуется форсированный объем и гидрограф половодья (паводка) трансформируется (распластывается) в гидрограф сбросных расходов. Образование форсированного объема, равного аккумулирующейся части стока высоких вод, позволяет снизить максимальные расходы воды, поступающие в нижний бьеф, и тем самым предотвратить наводнения на нижерасположенных участках реки, а также уменьшить размеры водосбросных гидротехнических сооружений.

2. Исходные данные……………………………………………………………………………….…4

3. Определение среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока при наличии данных наблюдений…………………………………………………………………………..…….8

4. Определение коэффициент изменчивости (вариации) Сv годового стока………………………………………………………………………………….10

5. Определение норму стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии………………………………………………………………………………12

6. Построить и проверить кривую обеспеченности годового стока…………………………………………………………………….……………14

7. Рассчитать внутригодовое распределение стока методом компоновки для целей орошения с расчетной вероятностью превышения Р=80%....................................................................................................................21

8. Определение расчетного максимального расхода, талых вод Р=1% при отсутствии данных гидрометрических наблюденийпо формуле……………….23

9. Построение батиграфических кривых водохранилища…………………………………………………………………………………24

10. Определение минимального уровня воды УМО……………………………………………………………………….……..26

11. Расчет водохранилища сезонно-годичного регулирования стока…………………………………………………………………………………28

12. Определение режима работы водохранилища балансовым таблично-цифровым расчетом………………………………………………………………..……………...30

13. Интегральные (календарные) кривые стока и отдачи………………………………………………………………………………….34

14. Расчет водохранилища многолетнего регулирования………………………………………………………………………………...36

15. Библиографический список………………………………………………………………………………

Водные ресурсы - одно из самых главных богатств Земли. Но они очень ограничены. Ведь хотя ¾ поверхности планеты заняты водой, большая ее часть - это соленый Мировой океан. Человеку же нужна пресная вода.

Ее ресурсы также большей частью недоступны людям, так как сосредоточены в ледниках полярных и горных областей, в болотах, под землей. Лишь незначительная часть воды удобна для использования человеком. Это пресные озера и реки. И если в первых вода задерживается на десятки лет, то во вторых она обновляется примерно раз в две недели.

Речной сток: что означает это понятие?

Этот термин имеет два главных значения. Во-первых, под ним подразумевается весь объем воды, стекающий в море или океан в течение года. В этом состоит его различие с другим термином «расход реки», когда расчет ведется на сутки, часы или секунды.

Второе значение - количество воды, растворенных и взвешенных частиц, выносимого всеми реками, протекающими в данном регионе: материке, стране, районе.

Выделяется поверхностный и подземный речной сток. В первом случае имеются в виду воды, стекающие в реку по А подземный - это родники и ключи, бьющие под руслом. Они также пополняют запасы воды в реке, а иногда (во время летней межени или когда поверхность скована льдом) являются ее единственным источником питания. Вместе эти два вида составляют полный речной сток. Когда говорят о водных ресурсах, имеют в виду именно его.

Факторы, влияющие на речной сток

Этот вопрос достаточно уже изучен. Можно назвать два основных фактора: рельеф местности и ее климатические условия. Кроме них, выделяется еще несколько дополнительных, в том числе деятельность человека.

Главная причина формирования речного стока - это климат. Именно от соотношения температур воздуха и осадков зависит, какова испаряемость в данной местности. Образование рек возможно только при избыточном увлажнении. Если же испаряемость превышает количество выпавших осадков, поверхностного стока не будет.

От климата зависит питание рек, их водный и ледовый режим. обеспечивают пополнение запасов влаги. Низкие температуры снижают испарение, а при промерзании грунтов сокращается поступление воды из подземных источников.

Рельеф оказывает влияние на величину водосборного бассейна реки. От формы земной поверхности зависит, в какую сторону и с какой скоростью будет стекать влага. Если же в рельефе будут замкнутые впадины, образуются не реки, а озера. Наклон местности и водопроницаемость пород влияют на соотношение между стекающей в водоемы и просачивающейся под землю частями выпавших осадков.

Значение рек для человека

Нил, Инд с Гангом, Тигр и Евфрат, Хуанхэ и Янцзы, Тибр, Днепр… Эти реки стали колыбелью для разных цивилизаций. С момента зарождения человечества они служили для него не только источником воды, но и каналами проникновения в новые неизведанные земли.

Благодаря речному стоку возможно орошаемое земледелие, которое кормит почти половину населения Земли. Большой расход воды означает и богатый гидроэнергетический потенциал. Ресурсы рек используются в промышленном производстве. Особенно водоемкими являются производство синтетических волокон и изготовление целлюлозы и бумаги.

Речной транспорт - не самый быстрый, но зато дешевый. Он лучше всего подходит для перевозки массовых грузов: леса, руды, нефтепродуктов и др.

Много воды забирается на коммунально-бытовые нужды. Наконец, реки имеют большое рекреационное значение. Это места отдыха, восстановления здоровья, источник вдохновения.

Самые полноводные реки мира

Самый большой объем речного стока - у Амазонки. Он составляет почти 7000 км 3 в год. И это неудивительно, ведь Амазонка полноводна весь год из-за того, что ее левые и правые притоки разливаются в разное время. К тому же, она собирает воды с территории размером почти с целый материк Австралия (более 7000 км 2)!

На втором месте африканская река Конго со стоком в 1445 км 3 . Расположенная в экваториальном поясе с каждодневными ливнями, она никогда не мелеет.

Следующие по ресурсам полного речного стока: Янцзы - самая длинная в Азии (1080 км 3), Ориноко (Южная Америка, 914 км 3), Миссисипи (Северная Америка, 599 км 3). Все три сильно разливаются во время дождей и представляют немалую угрозу для населения.

На 6 и 8 местах в этом списке великие сибирские реки - Енисей и Лена (624 и 536 км 3 соответственно), а между ними - южноамериканская Парана (551 км 3). Замыкают десятку еще одна южноамериканская река Токантинс (513 км 3) и африканская Замбези (504 км 3).

Водные ресурсы стран мира

Вода - источник жизни. Поэтому очень важно обладать ее запасами. Но они распределены по планете крайне неравномерно.

Обеспеченность стран ресурсами речного стока такова. В первой десятке наиболее богатых водой стран находятся Бразилия (8 233 км 3), Россия (4,5 тыс. км 3), США (более 3 тыс. км 3), Канада, Индонезия, Китай, Колумбия, Перу, Индия, Конго.

Слабо обеспечены территории, расположенные в тропическом сухом климате: Северная и Южная Африка, страны Аравийского полуострова, Австралия. Мало рек во внутриконтинентальных районах Евразии, поэтому среди малообеспеченных стран Монголия, Казахстан, среднеазиатские государства.

Если учитывается численность населения, пользующегося этой водой, показатели несколько меняются.

Густонаселенные страны Европы при полноводных реках оказываются уже не столь богаты пресной водой: Германия - 1326, Франция - 3106, Италия - 3052 м 3 на душу населения при среднем значении для всего мира - 25 тыс. м 3 .

Трансграничный сток и проблемы, связанные с ним

Многие реки пересекают территорию нескольких стран. В связи с этим возникают трудности в совместном использовании водных ресурсов. Особенно остра эта проблема в районах В них почти вся вода забирается на поля. А соседу ниже по течению может ничего и не достаться.

Например, принадлежащая в своем верхнем течении Таджикистану и Афганистану, а в среднем и нижнем - Узбекистану и Туркменистану, в последние десятилетия не доносит свои воды до Аральского моря. Только при добрососедских отношениях между соседними государствами ее ресурсы можно использовать с выгодой для всех.

Египет 100% речной воды получает из-за границы, и сокращение стока Нила из-за забора воды выше по течению может крайне отрицательно сказаться на состоянии сельского хозяйства страны.

К тому же, вместе с водой через границы стран «путешествуют» и различные загрязнители: мусор, стоки заводов, удобрения и пестициды, смытые с полей. Эти проблемы актуальны для стран, лежащих в бассейне Дуная.

Реки России

Наша страна богата крупными реками. Особенно много их в Сибири и на Дальнем Востоке: Обь, Енисей, Лена, Амур, Индигирка, Колыма и др. И речной сток самый большой именно в восточной части страны. К сожалению, пока используется лишь незначительная их доля. Часть идет для бытовых нужд, для работы промышленных предприятий.

Эти реки обладают огромным энергетическим потенциалом. Поэтому самые крупные гидроэлектростанции построены на сибирских реках. И незаменимы они как транспортные пути и для сплава леса.

Европейская часть России также богата реками. Крупнейшая из них - Волга, ее сток - 243 км 3 . Но здесь сосредоточено 80% населения и экономического потенциала страны. Поэтому нехватка водных ресурсов чувствительна, особенно в южной части. Сток Волги и некоторых ее притоков зарегулирован водохранилищами, на ней построен каскад ГЭС. Река со своими притоками является главной частью Единой глубоководной системы России.

В условиях нарастающего во всем мире водного кризиса Россия находится в выгодных условиях. Главное - не допускать загрязнения наших рек. Ведь, по мнению экономистов, чистая вода может стать более ценным товаром, чем нефть и другие полезные ископаемые.

Сток определенного участка суши измеряется показателями:

• расходом воды - объемом воды, протекающим в единицу времени через живое сечение реки. Он обычно выражается в м3/с Среднесуточные расходы воды позволяют определить максимальные и минимальные расходы, а также объем стока воды за год с площади бассейна. Годовой сток - 3787 км а - 270 км3;
• модулем стока. Им называется количество воды в литрах, стекающее в секунду с 1 км2 площади. Вычисляется он путем деления величины стока на площадь речного бассейна. Самый большой модуль имеют реки тундровой и ;
• коэффициентом стока. Он показывает, какая доля осадков (в процентах) стекает в реки. Наиболее высокий коэффициент имеют реки тундровой и лесной зон (60-80%), в реках же районов он очень низок ( - 4%).

Стоком в реки сносятся рыхлые породы - продукты . Кроме того, (разрушительная) работа рек также делает их поставщиком рыхлых . При этом образуется твердый сток - масса взвешенных, влекомых по дну и растворенных веществ. Количество их зависит от энергии движущейся воды и от сопротивляемости пород размыву. Твердый сток делится на взвешенный и донный, но это понятие условно, так как при изменении скорости течения одна категория может быстро переходить в другую. При большой скорости донный твердый сток может передвигаться слоем мощностью до нескольких десятков сантиметров. Передвижения их происходят очень неравномерно, так как скорость у дна резко изменяется. Поэтому на дне реки могут образовываться песчаные и перекаты, затрудняющие судоходство. От величины зависит мутность реки, что, в свою очередь, характеризует интенсивность эрозионной деятельности в речном бассейне. В крупных системах рек твердый сток измеряется десятками миллионов тонн в год. Например, сток возвышенных наносов Амударьи - 94 млн. тонн в год, реки Волги - 25 млн. тонн в год, - 15 млн. тонн в год, - 6 млн. тонн в год, - 1500 млн. тонн в год, - 450 млн. тонн в год, Нила - 62 млн. тонн в год.

Величина стока зависит от целого ряда факторов:

• прежде всего от . Чем больше осадков и меньше испаряемость, тем больше сток, и наоборот. Величина стока зависит от формы осадков и распределения их во времени. Дожди жаркого летнего периода дадут меньший сток, чем прохладного осеннего, так как очень велико испарение. Зимние осадки в форме снега не дадут поверхностного стока в холодные месяцы, он сосредоточен в короткий период весеннего половодья. При равномерном распределении осадков в году и сток является равномерным, а резкие сезонные изменения количества осадков и величины испаряемости обуславливают неравномерный сток. При затяжных дождях просачивание осадков в грунт больше, чем при ливневых дождях;
• от местности. При подъеме масс по склонам гор они охлаждаются, так как встречаются с более холодными слоями , и водяной пар , поэтому здесь количество осадков увеличивается. Уже с незначительных возвышенностей сток больше, чем с прилегающих к ним . Так, на Валдайской возвышенности модуль стока равен 12, а на соседних низменностях - только 6. Еще больший объем стока в горах, модуль стока здесь от 25 до 75. На водоносность горных рек, кроме увеличения осадков с высотой, влияют еще уменьшение испарения в горах в связи с понижением и крутизна склонов. С возвышенных и горных территорий вода стекает быстро, а с равнинных медленно. По этим причинам равнинные реки имеют более равномерный режим (см. Реки), тогда как горные чутко и бурно реагируют на ;
• от покрова. В зонах избыточного увлажнения почвы большую часть года насыщены водой и отдают ее рекам. В зонах недостаточного увлажнения в сезон таяния снега почвы способны впитать всю талую воду, поэтому сток в этих зонах слабый;
• от растительного покрова. Исследования последних лет, проводимые в связи с насаждением лесных полос в , указывают на положительное влияние их на сток, так как он в лесных зонах значительнее, чем в степных;
• от влияния . Оно различно в зонах избыточного и недостаточного увлажнения. В болота являются регуляторами стока, а в зоне их влияние отрицательное: они всасывают поверхностные и воды и испаряют их в атмосферу, тем самым нарушая как поверхностный, так и подземный сток;
• от крупных проточных озер. Они являются мощным регулятором стока, правда, действие их локально.

Из приведенного выше краткого обзора факторов, влияющих на сток, следует, что величина его исторически изменчива.

Зоной самого обильного стока являются , максимальная величина его модуля здесь 1500 мм в год, а минимальная - около 500 мм в год. Здесь же сток распределен равномерно во времени. Самый большой годовой сток в .

Зоной минимального стока являются субполярные широты Северного полушария, охватывающие . Максимальная величина модуля стока здесь 200 мм в год и менее, причем наибольшее количество его приходится на весну и лето.

В полярных областях сток осуществляется , толщина слоя в переводе на воду приблизительно 80 мм в и 180 мм в .

На каждом материке есть площади, с которых сток осуществляется не в океан, а во внутренние водоемы - озера. Такие территории называются областями внутреннего стока или бессточными. Формирование этих областей связано с выпадением , а также с удаленностью внутриматериковых территорий от океана. Самые крупные площади бессточных областей приходятся на (40% от общей территории материка) и (29% от общей территории).

Определим среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока Река Колпь, пункт Верхний Двор по данным с 1969 по 1978 гг. (10 лет).

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

Средний многолетний модуль стока вычислить по соотношению:

л/с км 2

где F – площадь водосбора, км 2 .

Объем стока – объем воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени.

Вычислим средний многолетний объем стока за год:

W 0 = Q 0 хT = 22,14 . 31,54 . 10 6 = 698,3 10 6 м 3

где Т – число секунд в году, равное 31,54 . 10 6

Средний многолетний слой стока вычислим по зависимости:

220,98 мм/год

Средний многолетний коэффициент стока

где х 0 - средняя многолетняя величина осадков в год

Оценка репрезентативности (достаточности) ряда наблюдений определяется величиной относительной среднеквадратической ошибки средней многолетней величины (нормы) годового стока, вычисляем по формуле:

где C V – коэффициент изменчивости (вариации) годового стока; длина ряда считается достаточной для определения Q o , если ε Q ≤10%. Величина среднего многолетнего стока при этом называется нормой стока.

1. Определение коэффициента изменчивостиCvгодового стока

Коэффициент изменчивости C V характеризует отклонения стока за отдельные годы от нормы стока; он равен:

где σ Q – среднеквадратическое отклонение годовых расходов от нормы стока

Если сток за отдельные годы выразить в виде модульных коэффициентов
коэффициент вариации определяется по формуле

Составляем таблицу для подсчета годового стока Река Колпь, пункт Верхний Двор (табл.1)

Таблица 1

Данные для подсчёта С v

Определим коэффициент изменчивости C v годового стока:

Относительная среднеквадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока стока Река Колпь, пункт Верхний Двор за период с1969 г. по 1978 г. (10 лет) равна:

Относительная среднеквадратическая ошибка коэффициента изменчивости С v при его определении методом моментов равна:

1. Определение нормы стока при недостаточности данных наблюдений методом гидрологической аналогии

Рис.1 График связи среднегодовых модулей стока

изучаемого бассейна Река Колпь, пункт Верхний Двор и бассейна аналога р. Обнора, с. Шарна.

По графику связи среднегодовых модулей стока Река Колпь, пункт Верхний Двор и бассейна аналога р. Обнора, с. Шарна.М 0 =5,9 л/с км 2 (снимается с графика по величине М 0а =7,9 л/с км 2)

Коэффициент изменчивости годового стока вычислить по формуле

C v – коэффициент изменчивости стока в расчетном створе;

С V а – в створе реки-аналога;

М оа – среднемноголетняя величина годового стока реки- аналога;

А – тангенс угла наклона графика связи.

Окончательно для построения кривых принимаем Q o =18,64 м 3 /с, С V =0,336.

1. Построение аналитической кривой обеспеченности и проверка её точность с помощью эмпирической кривой обеспеченности

Коэффициент асимметрии C s характеризует несимметричность гидрологического ряда и определяется путем подбора, исходя из условия наилучшего соответствия аналитической кривой с точками фактических наблюдений; для рек, расположенных в равнинных условиях, при расчете годового стока наилучшие результаты дает соотношение C s = 2C V . Поэтому принимаем для Река Колпь, пункт Верхний Двор C s =2С V =0,336 с последующей проверкой.

Ординаты кривой определяем в зависимости от коэффициента C v по таблицам, составленным С Н. Крицким и М. Ф. Менкелем для C S = 2C V .

Ординаты аналитической кривой обеспеченности среднегодовых

расходов воды Река Колпь, пункт Верхний Двор

Обеспеченностью гидрологической величины называется вероятность превышения рассматриваемого значения гидрологической величины среди совокупности всех возможных ее значений.

Модульные коэффициенты годовых расходов расположим по убыванию (табл. 3) и для каждого из них вычислить его фактическую эмпирическую обеспеченность по формуле:

где m – порядковый номер члена ряда;

n – число членов ряда.

P m 1 =1/(10+1) 100= 9,1 P m 2 =2/(10+1)100= 18,2 и т.д.

Рисунок – Аналитическая кривая обеспеченности

Нанося на график точки с координатами (P m , Q m ) и осредняя их на глаз, получим кривую обеспеченности рассматриваемой гидрологической характеристики.

Как видно, нанесенные точки лежат очень близко к аналитической кривой; из чего следует, что кривая построена правильно и соотношение C S = 2 C V соответствует действительности.

Таблица 3

Данные для построения эмпирической кривой обеспеченности

Река Колпь, пункт Верхний Двор

Рисунок – Эмпирическая обеспеченности