Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основные количественные характеристики речного стока




Рассмотрим теперь основные количественные характеристики самого стока воды, применяемые в гидрологии: расход воды, объем стока, слой стока, модуль стока, коэффициент стока.

Главнейшая характеристика стока воды реки – это расход воды, т.е. объем воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени (Q, м3/с). Измерениями определяют лишь средний расход воды в данном гидрометрическом створе за время измерения (на больших реках это может быть интервал времени, измеряемый часами). Процесс измерения расходов воды на реках довольно трудоемок, и поэтому число измерений в течение года обычно ограничено. Для расчета средних суточных величин расхода воды в практической гидрологии обычно используют графики связи уровней, измерение которых трудностей не представляет, и эпизодически измеренных расходов воды. По таким графикам (их называют «кривыми расходов» или графиками Q = f(H)) расходы воды могут быть определены по данным об уровнях для любого дня вне зависимости от того, измерялся в этот день сам расход воды или нет. По полученным таким образом средним суточным расходам воды можно построить гидрограф.

К числу характерных расходов воды относят расходы различных фаз водного и ледового режима реки, например максимальные (пиковые) расходы воды половодья и паводков, минимальные расходы воды межени, расходы воды в начале весеннего ледохода и т.д.

Расходы воды реки подвержены непрерывным изменениям. В гидрологии рек существуют два основных подхода при анализе их изменений. При первом – генетическом – анализируют причины изменения стока, выявляют связь колебаний стока с определяющими, в основном климатическими факторами. При втором – вероятностном – оценивают вероятность наступления на данной реке тех или иных расходов воды: чем больше отличается расход воды реки в данный момент в большую или меньшую сторону от некоторой средней величины («нормы»), тем меньше вероятность такого явления. В гидрологии разработана целая система специальных методов статистической и вероятностной оценки колебаний речного стока при наличии, недостатке и отсутствии данных наблюдений. Такие расчеты оказываются необходимыми при проектировании и строительстве различных гидротехнических сооружений на реках.

В гидрологии широко используют понятие среднего расхода воды за какой-либо интервал времени ∆t (декаду, месяц, сезон, год, ряд лет). Такие расходы воды рассчитывают по формулам вида

,(1.10)

где Qi - средние суточные расходы воды; n - число суток в рассматриваемом интервале времени. Так, например, средний годовой расход воды в обычный (невисокосный) год определяют путем суммирования всех средних суточных расходов воды за год и деления суммы на 365.

Объем стока воды–это объем воды, прошедшей через данное поперечное сечение речного потока за какой-либо интервал времени. Расход воды поэтому можно считать объемом стока воды за 1 с. Также можно сказать, что объем стока это количество воды (в м3), стекающее с площади бассейна за год (или часть года). Объем стока воды рассчитывают по формуле:

(1.11)

где W – объем стока, м3; – средний расход воды за интервал времени ∆t (Q в м3/с, ∆t в с). Для больших рек W часто удобнее выразить в км3 (особенно если речь идет о годовых величинах). В этих условиях применяют формулу

W (км3) = ∆t 10-9 (1.12)

В тех случаях, когда интервал времени ∆t – год (в году 31,5•106 с), вместо формул (1.11) и (1.12) записывают

W (м3) = 31,5 106 (1.13)

W (км3) = 31,5 10-3 (1.14)

где в первом случае W в м3, во втором – в км3.

Заметим, что принятое количество секунд в году (31,5 106) вполне достаточная с точки зрения точности величина для многих гидрологических вычислений.

Слой стокаобразуется, если весь объем стока распределить равномерным слоем по всей площади бассейна, следовательно, слой стока–это количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади водосбора и выраженного в миллиметрах:

у = W (м3) 10 -3 = W (км3) 10 6 (1.15)
F F

здесь у в мм, F в км2.

Слой стока применяют в гидрологических расчетах в уравнении водного баланса для какого-либо речного бассейна, в которое входят параметры, отражающие величины выпавших осадков, испарения и стока, выраженные в миллиметрах слоя, как выпавшее, испарившееся и стекшее количество воды для данной площади.

Модуль стока воды –это количество воды (в литрах), стекающее в секунду с квадратного километра площади бассейна (водосбора). Модуль стока воды обозначают через М, л/(с•км2), и рассчитывают по формуле:

М = Q 103 (1.16)
F

где Q –любой расход воды (как мгновенный, например максимальный, так и средний за интервал времени ∆t)

Сравнивая формулы (1.12), (1.15) и (1.16), легко получить соотношение между модулем и слоем стока:

у = М ∆t 10 -6 (1.17)

где у и М – слой и модуль стока за любой интервал времени ∆t. Если ∆t - год, то получим:

у = 31,5 М (1.18)

Коэффициент стока –отношение величины (объема или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков, обусловивших возникновение этого стока:

η = y/x = Y/X (1.19)

Здесь у и х в мм, Y и X в м3 или км3. Коэффициент стока обычно рассчитывают для средних многолетних величин слоя стока и слоя осадков, либо для гидрологического года. Иногда рассчитывают коэффициент стока и за половодье; в этом случае слой стока за половодье делят на слой воды, складывающийся из атмосферных осадков на период половодья и запасов воды в снежном покрове, накопившемся за предшествующую зиму. Напомним, что коэффициент стока – величина безразмерная, изменяющаяся от 0 до 1.

Модульный коэффициент К может быть получен из отношений:

Ki = Qi/Q0 = Mi/M0 = Wi/W0 = yi/y0 (1.20)

где соответственно Qi, Mi, Wi, yi – сток за какой-либо период, Q0, M0, W0, y0 – сток за многолетний период, или норма стока. В маловодные годы К < 1, в многоводные К > 1.

Характеристики стока могут быть рассчитаны отдельно для подземной и поверхностной составляющих, например модуль поверхностного стока и модуль подземного стока.

Приведем пример расчета характеристик стока воды. Средний многолетний расход воды (норма стока) р. Волги у села Верхнее Лебяжье составил 10650 м3/с. Среднегодовой расход за 2002 год – 7780м3/с. Площадь бассейна Волги 1 360 000 км2, осадки на поверхность бассейна – 660 мм.

По (ф.1.14) рассчитываем объем стока за 2002 г.: W2002 = 245 км3 в год.

Средние годовые величины слоя стока и модуля стока определим по формулам (1.15), (1.16): они составят соответственно 180 мм и 5,7л/(с•км2). Коэффициент стока (формула 1.19), равен 0,27.

Модульный коэффициент (формула 1.20): K2002 = 7780/10650 ≈ 0,7; следовательно 2002 год был годом малой водности.







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 3985. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2021 год . (0.003 сек.) русская версия | украинская версия