Расчетная работа по реке Чукша

Оглавление Введение …………………………………………………………………………….3 Характеристики водности рек ……………………………………………....4 Расчеты испарения с поверхности воды и с поверхности суши…………..5 Вычисление расхода воды аналитическим способом …………………......8 Расчет годового стока ……………………………………………………....11 Построение аналитических кривых ……………………………………....15 Заключение ………………………………………………………………………...18 Список литературы ………………………………………………………………..19 Введение Гидрология - это наука, изучающая гидросферу, включая океаны и моря, реки, озёра, болота, почвенные и грунтовые воды, снег, ледники, влагу атмосферы, а также её свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой. Целями даннойработы являются: расчет основных гидрологических характеристик реки, к которым относятся площадь реки, расход воды, осадки, модуль стока, слой стока, объём стока и коэффициент стока воды. Необходимо рассчитать осадки и испарение с малого водоема при отсутствии данных наблюдения, вычислить среднемноголетнее испарение;определить испарение с суши. Рассчитать годовой сток реки и вычислить статистические параметры, построить кривую обеспеченности годовых расходов воды реки. Основными задачами являются: изучить и определить основные гидрологические характеристики реки; научиться рассчитывать испарение, зная основные гидрологические характеристики реки; научиться определять расчет расхода воды аналитическим способом; научиться рассчитывать годовой сток реки. Определение испарения осуществляется следующими методами: испарение с малого водоёма при отсутствии данных наблюдений; испарение с суши с помощью карты изолиний; испарения с суши по уравнению теплового и водного балансов. Задание: дана река Чукша, пункт наблюдений п. Савельевский и исходные данные. Характеристики водности рек Цель задания – изучить и определить основные характеристики речного бассейна реки Чукша, связанные с ее гидрологическим режимом. Задачи: 1) Дать краткую характеристику заданной реки. 2) Освоить основные понятия гидрологических характеристик бассейна реки. 3) Изучить основные характеристики, отображающие водный режим реки. Исходные данные: река и пункт наблюдений (Чукша– Савельевский), площадь водосбора (F=2130км2), высота годового слоя осадков (x=429 мм), расход воды ( м3/с). Требуется: 1) вычислить модуль стока (, л/с∙км2); 2) определить слой стока (, мм); 3) рассчитать объем годового стока (W, км3); 4) рассчитать коэффициент стока (η). Краткая характеристика реки. Река Чукша впадает в реку Уда, являясь ее правым притоком. Длина реки 19 км. Площадь водосбора 2130 км2. Средняя высота водосбора 40м, средний уклон реки 2,2 %. Наибольший расход среднесуточный 68,8 м3/с. Слой стока за половодье 51мм. Слой стока за паводок 23мм. Наивысшая температура воды в году 24,2ºС приходится на 17 июля. Толщина льда в зимний период 70 см. Порядок выполнения задания: 1. Модуль стока – это объем воды, стекающий в единицу времени с единичной площади водосбора. Модуль стока вычисляетсяпо формуле: q= q= =4.98 (л/с∙км)2. 2. Высота слоя стока определяется по выражению: y=31.5q y= 31,5∙4,98 = 157 (мм). 3. Объем годового стока рассчитывается с использованием формулы: W= W= *2130=0.333 (км)3. 4. Коэффициент стока, как соотношение высоты стока и осадков равен: 𝞰= =0.37

5. В таблице приведены результаты выполнения задания.

№ варианта	Река-пункт	F, км2	Q, м3/с	q, л/скм2	x, мм	y, мм	W, км3	η
	Чукша- Савельевский		10,6	4,98			0,33	0,37

 

Выводы: в результате проделанной работы изучили р. Чукша у п. Савельевский, освоили основные понятия гидрологических характеристик бассейна реки, изучили основные характеристики, отображающие водный режим реки. Это такие характеристики как расход воды – количество воды, которое протекает через поперечное сечение реки за единицу времени м3/с, площадь водосбора F = 2130 км2, модуль стока - это объем воды, стекающий в единицу времени с единичной площади водосбора q = 4,98 л/с·км2, слой годового стока у = 157 мм, высота годового слоя осадков x = 429 мм, объем стока W = 0,33 км2 и коэффициент стока

1. Расчеты испарения

Цель: научиться рассчитывать испарение, зная гидрологические характеристики реки.
Задачи:

1. определить испарение с малого водоема;

2. определить испарение с суши, используя карту изолиний испарения;

3. определить испарения с суши, используя уравнение связи теплового и водного балансов.

Испарение – парообразование с поверхности воды, снега, почвы и растений, является основной составляющей водного баланса речных бассейнов, озер, водохранилищ и других водных объектов.
2.1. Испарение с поверхности воды.
Испарение с поверхности воды определяют в основном метеорологическими факторами, то есть температурой воды и воздуха, дефицитом влажности воздуха и скоростью ветра. На испарение в водной поверхности оказывают влияние такие факторы, как площадь, глубина и защищенность водоема.
Определение испарения с малого водоема при отсутствии данных наблюдений.
Исходные данные: площадь водоема S = 3,5 км2, средняя глубина H = 4,5 м, средняя длина разгона воздушного потока D = 4 км, средняя высота препятствий на берегу hp = 22 м.
Требуется: вычислить среднемноголетнее испарение.
Порядок выполнения задания:
Среднемноголетнее испарение (норма) с малых водоемов определяют по формуле:
,
Где - среднемноголетнее испарение с эталонного бассейна площадью 20 м2, мм; , и - поправочные коэффициенты соответственно на глубину водоема, на защищенность водоема от ветра древесной растительностью, строениями, крутыми берегами и другими препятствиями, а также на площадь водоема.
Т. к. данные наблюдения отсутствуют, то находим по карте изолиний методом интерполяции. Так для р. Чукша = 400 мм.
Поправочный коэффициент на глубину водоема находят по таблице в зависимости от местоположения водоема (природной зоны) и средней глубины. Так как р. Чукша расположена в лесостепной зоне и средняя глубина равна 4,5 м, то = 0,983
Поправочный коэффициент определяют в зависимости от отношения средней высоты препятствий к средней длине разгона воздушного потока. Так как , то =0,978
Поправочный коэффициент на площадь водоема находится в зависимости от природной зоны и площади водоема. Так как населенный пункт находится в лесостепной зоне, а площадь водоема равна 3,5 км2, то = 1,245.
Следовательно, среднемноголетнее испарение: мм.
2.2. Испарение с поверхности суши.
Под испарением с поверхности суши понимается сумма всех видов этого процесса: биологическое испарение с листьев растений (транспирация), испарение с почвы, снега, льда, с водоемов, расположенных на исследуемой территории, и т. д.
Методы расчета испарения с поверхности суши основаны на использовании уравнений водного и теплового балансов, их связи, на закономерностях переноса влаги от испаряющей поверхности в атмосферу.
Определение испарения с суши с помощью карты изолиний испарения.
Исходные данные: карта среднегодового слоя испарения с суши.
Требуется: определить (приближенно) среднемноголетнее годовое испарение.
Порядок выполнения задания:
По карте среднемноголетнего годового слоя испарения находим приблизительное и используя метод интерполяции находим среднемноголетнее годовое испарение. Так как район находится примерно между изолиниями со значениями 350 мм, то среднемноголетнее годовое испарение (норма) будет равно 350 мм

Определение испарения с суши по уравнению связи теплового и водного балансов.
Исходные данные: среднемноголетний слой осадков 429 мм, радиационный баланс 120 кДж/см2, сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год 77,1 ºС
Требуется: определить среднемноголетнее годовое испарение.
Порядок выполнения задания:
Для определения среднемноголетнего годового испарения используем формулу, предложенную В. С. Мезенцевым:
;
Для определения максимального испарения используем формулу ; мм.
kx - общее увлажнение, где k – поправочный коэффициент, равный 1,25, x – слой осадков, равный 429 мм.
n – параметр, учитывающий гидравлические условия стока в разных ландшафтно-климатических условиях; для равнинного рельефа средних широт n = 3,0.
Следовательно, 476 мм.
Выводы: используя имеющиеся у нас гидрологические характеристики реки мы научились определять испарение различными способами: определение испарения с малого водоема при отсутствии данных наблюдений (478мм); определение испарения с суши с помощью карты изолиний испарения (методом интерполяции) (350 мм), определение испарения с суши по уравнению связи теплового и водного баланса (476мм).

1. Вычисление расхода воды аналитическим способом

Цель: научиться определять основные гидрологические характеристики реки аналитическим способом.
Задачи:

1. определить расход воды между скоростными вертикалями (Q);

2. определить площадь живого сечения ();

3. определить ширину реки (В);

4. определить среднюю глубину реки ();

5. определить наибольшую глубину реки ();

6. определить среднюю скорость течения реки ();

7. определить наибольшую скорость течения реки ();

Выполнение задания:

Рисунок 1 – Поперечный разрез реки.

Для нахождения основных гидрологических характеристик нам необходимо заполнить таблицу. В таблице нам дано количество промерных и скоростных вертикалей реки (графы 1 и 2), а также расстояние от постоянного начала (графа 3), средняя глубина реки (графа 4) и средняя скорость на вертикали (графа 9). Используя эти данные вычисляем остальные показатели.

Глубину между промерными вертикалями (графа 5) находят как среднее между глубинами соседних промерных вертикалей (графа4). Расстояние между промерными вертикалями (графа 6) находится как разность расстояний от постоянного начала соседних промерных вертикалей (графа 3). Площадь живого сечения между промерными вертикалями (графа 7) находится как произведение глубины между промерными вертикалями (графа 5) и расстояния между промерными вертикалями (графа 6). Площадь живого сечения между скоростными вертикалями (графа 8) находится как сумма площадей между соответствующими промерными вертикалями (графа 7). Среднюю скорость между скоростными вертикалями для первой и последней скоростной вертикали (графа 10) находим как произведение средней скорости на вертикали (графа 9) на 0,7. Скорость остальных скоростных вертикалей находим как среднее между скоростями соответствующих соседних скоростных вертикалей. Расход воды между скоростными вертикалями (графа 11) находим как произведение площади живого сечения между скоростными вертикалями (графа 8) и средней скорости между скоростными вертикалями (графа 10). Результаты расчетов представлены в таблице:

Таблица 1 - Расчет расхода воды аналитическим способом.

№ вертикалей	Рассто яние от посто янного начала, м	Глубина, м	Рассто яние между проме рными вертика лями	Площадь живого сечения, м2	Средняя скорость, м/c	Расход воды между скорост ными верти калями
Промер ных	Скорост ных	Сред няя	между промер ными верти калями	между промер ными вертика лями	между скорост ными верти калями	на верти кали	между скорос тными верти калями
Урез пб
				0,4		0,8
			0,79				3,3824		0,43	1,45
				1,29		2,58
	I		1,79
				1,89		3,78		0,62
			1,98
				2,28		4,56
			2,58				13,36		0,79	10,55
				2,51		5,02
	II		2,44
				2,21		4,42		0,95
			1,98				8,56		0,84	7,19
				2,07		4,14
	III		2,15
				2,11		4,22		0,73
			2,07
				1,86		3,72
			1,65				11,79		0,51	6,01
				0,82	4,7	3,85
Урез лб		24,7
						w=37,09	w=37,09			Q=25,20

Далее, используя данные таблицы, рассчитываем остальные гидрологические характеристики.

• Суммируя расход воды между всеми скоростными вертикалями (графа 11) находим расход воды: м3/с.
• Суммируя площадь живого сечения между скоростными вертикалями (графа 8) находим общую площадь живого сечения реки: м2.
• Суммируя расстояние между промерными вертикалями (графа 6) находим ширину реки:
• м.
• Средняя глубина реки находится по формуле: м.
• Наибольшую глубину реки находим из таблицы (графа 5): м.
• Среднюю скорость течения находим по формуле: м/с.
• Наибольшую скорость течения реки определяем из таблицы (графа 10):
• м/с.

Выводы: используя имеющиеся у нас данные мы рассчитали следующие гидрологические характеристики реки: расход воды м3/с; площадь живого сечения реки м2; ширину реки м; среднюю глубину реки м; наибольшую глубину реки м; среднюю скорость течения реки м/с; наибольшую скорость течения реки м/с.

1. Расчет годового стока

Цель: научиться рассчитывать годовой сток реки, используя статистический метод.
Задачи:

1. построить эмпирическую кривую обеспеченности среднегодовых расходов воды;

2. найти статистические параметры ряда;

3. построить аналитические кривые обеспеченности, используя нормальный закон распределения и закон гамма - распределения;

4. определить расход воды Q заданной обеспеченности.

Построение эмпирической кривой обеспеченности среднегодовых расходов воды.
Исходные данные: среднегодовые расходы воды р. Чукша у п. Савельевский, по данным наблюдений за 33 года (1951- 1983 г.г.).
Требуется: построить эмпирическую кривую обеспеченности среднегодовых расходов воды.
Порядок выполнения работы:
Для построения кривой нам необходимо заполнить таблицу 1.

№ п. п.	Годы	Q, м3/с	P=m/n+1*100%	Qр, м3/с
		13,3	2,9	15,2
		11,1	5,9	13,8
		9,76	8,8	13,3
		8,12	11,8	13,3
		10,7	14,7	12,7
		11,5	17,6	12,5
		5,95	20,6	11,5
		8,87	23,5	11,4
		11,4	26,5	11,2
		15,2	29,4	11,1
		13,8	32,4
		13,3	35,3	10,9
		9,47	38,2	10,7
		6,51	41,2	10,4
		9,26	44,1	9,91
		10,4	47,1	9,85
		9,09	50,0	9,76
		7,88	52,9	9,47
		9,29	55,9	9,29
			58,8	9,26
		8,98	61,8	9,25
		7,5	64,7	9,09
		10,9	67,6	8,98
		6,21	70,6	8,87
		11,2	73,5	8,77
		7,28	76,5	8,77
		9,91	79,4	8,12
		9,25	82,4	7,88
		8,77	85,3	7,5
		12,7	88,2	7,28
		8,77	91,2	6,51
		9,85	94,1	6,21
		12,5	97,1	5,95

Таблица 1 - Вычисление эмпирической обеспеченности среднегодовых расходов воды р. Чукша у п. Савельевский.

Определение статистических параметров ряда наблюдений.
Исходные данные: среднегодовые расходы воды р. Чукша у п. Савельевский, по данным наблюдений за 33 года (1951- 1983 г.г.).

Требуется: определить статистические параметры ряда наблюдений: среднеарифметическое х (), среднеквадратическое отклонение , ассиметричность , коэффициент вариации , погрешности статистических параметров , относительные погрешности .
Порядок выполнения работы:
Для нахождения статистических параметров и их погрешностей используем данные таблицы 1 (графа 3) (используем вкладку «Анализ данных» в Microsoft Excel, флажок «Итоговая статистика»).

Таблица 2 - Статистические параметры ряда наблюдений

Среднее	9,991515152
Стандартная ошибка	0,387904266
Медиана	9,76
Мода	13,3
Стандартное отклонение	2,228340359
Дисперсия выборки	4,965500758
Эксцесс	-0,175147492
Асимметричность	0,283779312
Интервал	9,25
Минимум	5,95
Максимум	15,2
Сумма	329,72
Счет

 

Из таблицы следует:

• среднеарифметическое, характеризующее положение центра, вокруг которого колеблются отдельные значения рассматриваемого ряда, рассчитывается по формуле: [м3/с];
• стандартное отклонение , характеризующее меру рассеяния (отклонения) отдельных значений ряда от среднеарифметического, имеющее такую же размерность, что и члены ряда, рассчитывается по формуле: 2,23 [м3/с];
• коэффициент асимметрии (асимметричность) , характеризующий «форму» распределения случайных значений относительно среднеарифметического значения, является безразмерной величиной и рассчитывается по формуле: = 0,28;
• коэффициент вариации , характеризующий относительную меру изменчивости ряда находится по формуле:

Она является безразмерной характеристикой изменчивости статистической совокупности, удобной для сравнения нескольких рядов наблюдений, различающихся своими средними значениями.

Находим погрешности статистических параметров:

• стандартная ошибка [м3/с];
• [м3/с];
• ;
• .

Находим относительные погрешности статистических параметров:

 

 

Вывод: При расчете мы получили статистические параметры:
среднеарифметическое = 9,99 м³/с
стандартное отклонение σ = 2,23 м³/с
коэффициент асимметрии сs = 0,28
коэффициент вариации сv = 0,22

погрешности статистических параметров:

[м3/с]; [м3/с]; ; ; а также относительные погрешности , . Построение аналитических кривых обеспеченности для реки Чукша, используя нормальный закон распределения и закон гамма-распределения Исходные данные: среднегодовые расходы воды р. Чукша у п. Савельевский, по данным наблюдений за 33 года (1951- 1983 г.г.). Требуется: построить аналитические кривые обеспеченности, используя нормальный закон распределения и закон гамма - распределения; определить Q заданной обеспеченности. Порядок выполнения работы: Нормальный закон распределения: , где - стандартное отклонение. Закон гамма-рапределения: , где , .   Для построения кривых нам необходимо заполнить таблицу 3. № п. п. Годы Q, м3/с Qр, м3/с Кр Рэ, % Рн Рг                     13,3 15,2 1,52 2,94 0,89 1,69     11,1 13,8 1,38 5,88 4,15 5,22     9,76 13,3 1,33 8,82 6,60 7,53     8,12 13,3 1,33 11,76 6,60 7,53     10,7 12,7 1,27 14,71 10,88 11,35     11,5 12,5 1,25 17,65 12,67 12,92     5,95 11,5 1,15 20,59 24,60 23,34     8,87 11,4 1,14 23,53 26,06 24,63     11,4 11,2 1,12 26,47 29,10 27,34     15,2 11,1 1,11 29,41 30,68 28,77     13,8   1,10 32,35 32,29 30,23     13,3 10,9 1,09 35,29 33,94 31,74     9,47 10,7 1,07 38,24 37,33 34,88     6,51 10,4 1,04 41,18 42,60 39,85     9,26 9,91 0,99 44,12 51,45 48,53     10,4 9,85 0,99 47,06 52,54 49,62     9,09 9,76 0,98 50,00 54,17 51,27     7,88 9,47 0,95 52,94 59,35 56,64     9,29 9,29 0,93 55,88 62,49 59,96       9,26 0,93 58,82 63,01 60,52     8,98 9,25 0,93 61,76 63,18 60,70     7,5 9,09 0,91 64,71 65,89 63,63     10,9 8,98 0,90 67,65 67,71 65,61     6,21 8,87 0,89 70,59 69,48 67,58     11,2 8,77 0,88 73,53 71,06 69,33     7,28 8,77 0,88 76,47 71,06 69,33     9,91 8,12 0,81 79,41 80,26 79,84     9,25 7,88 0,79 82,35 83,15 83,21     8,77 7,5 0,75 85,29 87,14 87,87     12,7 7,28 0,73 88,24 89,12 90,17     8,77 6,51 0,65 91,18 94,33 95,92     9,85 6,21 0,62 94,12 95,73 97,30     12,5 5,95 0,60 97,06 96,70 98,18 Таблица 3 – Расчет обеспеченности при нормальном законе распределения и законе гамма – распределения Столбец 7 – эмпирическая обеспеченность при нормальном законе распределения находится при помощи функции НОРМРАСП в Microsoft Excel. Столбец 8 - эмпирическая обеспеченность при законе гамма-распределения находится при помощи функции ГАММАРАСП в Microsoft Excel. Используя данные столбцов 5, 6, 7, 8 строим кривые обеспеченности Далее нам необходимо определить расход воды Q при 75-процентной обеспеченности при нормальном законе распределения и законе гамма-распределения: - при нормальном законе; - при законе гамма - распределения. находятся при помощи функций НОРМОБР(0,25;1;0,22) и ГАММАОБР(0,25;1/0,222,0,222) в Microsoft Excel. . Следовательно, [м3/с]; [м3/с]. Выводы: Мы построили кривые обеспеченности при нормальном законе распределения и законе гамма-распределения и нашли расход воды при 75 % - ной обеспеченности: [м3/с], [м3/с] Заключение В первой работе по р. Чукша у п. Савельевский мы освоили основные понятия гидрологических характеристик бассейна реки, изучили основные характеристики, отображающие водный режим реки Чукша. Это такие характеристики как расход воды – количество воды, которое протекает через поперечное сечение реки за единицу времени м3/с, площадь водосбора F = 2130км2, модуль стока - это объем воды, стекающий в единицу времени с единичной площади водосбора q =4,98 л/с·км2, высота годового слоя осадков x = 429 мм, слой годового стока у = 157 мм, объем стока W = 0,33 км2 и коэффициент стока Во второй работеиспользуя, имеющиеся у нас гидрологические характеристики реки, мы научились определять испарение различными способами: определение испарения с суши с использованием карты изолиний испарения (методом интерполяции), определение среднемноголетнего годового испарения с помощью уравнения связи теплового и водного балансов. В третьей работе, используя имеющиеся данные мы рассчитали следующие гидрологические характеристики реки: расход воды м3/с; площадь живого сечения реки м2; ширину реки м; среднюю глубину реки м; наибольшую глубину реки м; среднюю скорость течения реки м/с; наибольшую скорость течения реки м/с. В четвёртой работе по расчётам мы построили эмпирическую кривую обеспеченности среднегодовых расходов воды и аналитические кривые обеспеченности гамма распределения. Нашли расход воды при 75 % -ной обеспеченности гамма распределения. А также получили статистические параметры: среднеарифметическое = 9,99 м³/с стандартное отклонение σ = 2,23 м³/с коэффициент асимметрии сs = 0,28 коэффициент вариации сv = 0,22 Подводя итог по изучению курса можно утверждать, что мы: изучили основные понятия гидрологии; освоили методы гидрологии; изучили основные гидрологические характеристики и их изменчивость во времени; изучили методы расчета гидрологических характеристик, ознакомились с основами гидрометрии (измерительная часть гидрологии); Список литературы. Железняков Г.В. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока/ Г.В. Железняков – М.: Колос, 1984 (Учебники и учеб. пособия для высш. с.–х. учеб. заведений). – 205 с. Овчаров Е.Е. Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока/ Е.Е. Овчаров – М.: Агропромиздат, 1988: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений) – 224 с.