Відповіді на питання до завдань
Дати визначення річкияк природного об’єкту. навестикласифікацію річок.
Кожна гідрологічнарозробка має починатись з опису місцезнаходження водного об’єкта і йогокороткої характеристики. Тому, насамперед, потрібно знати, з яких пунктівскладається гідрографічний опис. Це такі розділи:
1. Місцезнаходженняводного об’єкта.
2. Загальнахарактеристика водотоку — довжина, густота річкової мережі, розгалуженість,водозбірна площа і її похил.
3. Характеристикадолини — ширина, глибина, походження, похил.
4. Характеристикарусла — ширина, глибина, похил, звивистість, площа перерізу, гідравлічнийрадіус.
5. Крутизна,висота, задернованість, залісненість руслових і корінних берегів.
6. Ширина,рослинність, ґрунти, старічні озера заплав.
Крім того, в описінаводяться відомості про внутрішній розподіл стоку, льодовий і термічнийрежими, твердий стік. Водойми мають свою гідрографічну характеристику. Описможна зробити, якщо мати уяву про будову елементів гідрографічної мережі.
Річки діляться наголовні і притоки.
Головні — впадаютьв море або озеро.
Притоки — церічки, які впадають в головну річку. Сукупність усіх річок, що впадають вголовну річку називається системою. Основні характеристики: довжина всіх річок,густота, розгалуженість, водозбірна площа, басейн, похил.
Густота річковоїмережі Г може бути визначена за формулою:
/>,
де /> - довжина усіх річоксистеми, км;
/> - водозбірнаплоща, км2.
Розгалуженість — це відношення довжини усіх рукавів русла річки (/>)до довжини центрального русла (/>).
Водозбірна площа — це поверхня суші, з якої вода потрапляє в один водоток або водойму.
Басейн — цепідземна площа водозбору. Поверхневий водозбір може співпадати, а може і неспівпадати з підземним.
Поверхневіводозбори відокремлюються один від одного вододільною лінією.
Похил басейнавизначається за формулою:
/>,
де /> - різниця між відміткамиверхньої і нижньої точок
басейну, м;
/> - відстаньміж точками, м.
Річкова долина — це нешироке, витягнуте в довжину, частіше звивисте заглиблення, яке маєзагальний похил ложа. Річкові долини ніколи не перетинаються, а, звиваючись,утворюють одну загальну долину. За походженням річкові долини можуть бутиерозійними, тектонічними, вулканічними і льодовиковими. Після утворення процесїх формування здійснюється під впливом руху води (ерозією, транспортуванням іакумуляцією наносів). Поперечний переріз річкової долини зображено на рис.1.
/>
Рис.1. Поперечнийпереріз долини: 1 — русло; 2 і3 — руслові і коріннібереги; 4 — заплава; 5 — надзаплавна тераса; 6 — вододіл
Русло — це частинадолини, де вода тече під час межені.
Заплава — частинадолини, яка затоплюється під час повені.
Руслові береги — це береги, в яких вода тече під час межені.
Корінні береги — це круті схили, до яких вода надходить під час повені або паводків.
Надзаплавна тераса- це горизонтальна площадка, яка розташована між заплавою і вододілом. Їх можебути декілька.
Ширина долинизвичайно збільшується від верхів’я до гирла річки. Глибина долини рівниннихрічок змінюється від десятка до 200-300 м.
Русло в планінайчастіше має звивисту форму, а місце його розташування непостійне в часі. Русломає похил, який визначається за формулою:
/>,
де /> - різниця відміток двохточок по довжині річки />, м.
Поперечний перерізрусла характеризується площею, середньою глибиною, гідравлічним радіусом. Площа,або живий переріз, це частина русла, яка заповнена на даний час водою. Середняглибина поперечного перерізу визначається за формулою:
/>,
де /> - площа поперечногоперерізу, м2;
/> - ширинарічки по урізу води, м.
Гідравлічнийрадіус />визначаєтьсяза формулою:
/>,
де /> - змочений периметр, тобтолінія зіткнення води з дном і
русловими берегами.Частіше /> приймається рівним />.
Навести рівнянняводного балансу ділянки суші. Охарактеризувати його складові.
Водний баланс даєуяву про складові частини формування водних ресурсів. Крім того,водно-балансові розрахунки дають можливість визначити невідомі елементи балансу.
Як відомо на всіповерхневі водотоки і водойми приходиться менше 1% прісних вод. Існування їхобумовлено лише кругообігом води в природі. Завдяки кругообігу річкова водапоновлюється в середньому один раз за 16 діб, озерна — за 17 років, водосховищ — за 0,5 року, боліт — за 5 років, атмосферна — за 8 діб, підземна — за 1400років, гірські льодовики — за 1600 років, полярні — за 9700 років.
Двигуном вкругообігу води є сонячна енергія. Завдяки їй щорічно випаровується 577 тис. км3води, в тому числі 72 тис. км3 з суші. Водяні пари переносятьсяповітряними течіями на сушу і, конденсуючись, випадають у вигляді дощу абоснігу на землю. Затим ця вода або стікає в моря і океани, або зновувипаровується. Це великий кругообіг води в природі. Відсоткове співвідношенняміж кількістю випаровуваної і стічної води залежить від багатьох чинників: кліматичних,метеорологічних, рельєфу, ґрунту, рослинності, діяльності людини та інших.
Виходячи звеликого кругообігу води в природі, можна записати найпростіше рівняння водногобалансу:
/>,
де /> - опади; /> - випаровування; /> - стік.
Однак, це рівняннясправедливе лише для середньо багаторічного періоду. Для конкретних періодівчасу воно має записуватися в такому вигляді:
/>,
де /> - вологозапаси, якіакумулюються і витрачаються діяльним шаром ґрунту, мм.
Кожен елементцього рівняння, в свою чергу, складається з ряду окремих частин. Наприклад,опади включають в себе дощ, сніг, конденсацію парів води в ґрунті, росу, інійтощо. Випаровування складається з випаровування з ґрунту, через рослини (транспірацію),з води та листя дерев.
Всяке регулюванняє втручання в природу. Однак, втручання обумовлено самим існуванням людини ігосподарською потребою кожного регіону. При регулюванні треба слідкувати, щобне порушити екологічну рівновагу на території водного об’єкту. А для цього слідрозумітися в прийомах регулювання.
Необхідністьрегулювання водного балансу обумовлена нерівномірністю випадання опадів в часіі зв’язаним з нею коливанням величин стоку протягом річного і багаторічногоперіодів. На багатьох річках основна частина стоку припадає на весняні аболітньо-осінні місяці. На інші періоди року води залишається дуже мало, аводокористувачі або витрачають воду рівномірно або пік їх водоспоживанняприпадає на мінімальні витрати води в річках.
Найчастішерегулювання водного балансу здійснюють в інтересах сільського господарства зметою збільшення врожаїв сільськогосподарських культур. Водний балансрегулюється шляхом додавання (зрошення) або віднімання (осушення) певноїкількості води. При цьому рівняння водного балансу записується в такій формі:
/>,
де /> - кількість води, якої невистачає або вона є
надлишковою дляутворення оптимального
зволоження ґрунту,мм.
Подачанедостатньої та відвід надлишкової води здійснюється за допомогою каналів ідрен, які в різних умовах: ґрунтових, топографічних, зволоження і агротехнічних- закладаються на різну глибину і на різну відстань між ними. Оскільки потребав додатковій волозі або надлишок її з’являються лише в окремі періоди вегетаціїсільськогосподарських культур, коли дійсно треба поливати або відводити воду,то в решті часу меліоративна система продовжує виконувати свої функції,наприклад, відводити воду. Це робить від’ємний ефект, тобто, перевисушує ґрунти.Таке явище характерне для розташованих в лісостеповій зоні осушувальних систем.Тому тут рекомендують будувати системи двосторонньої дії, які здатні івідводити залишкову воду і подавати недостатню.
Регулюванняводного балансу, тобто, меліоративний процес є процесом втручання в природу,який при прорахунках в режимах зрошення або осушування, при виборі помилковихспособів подачі або відводу води, при неправильному сільськогосподарськомувикористанні меліоративних земель призводить до негативних наслідків.
Наприклад, приосушуванні земель трапляється різке зниження ґрунтових вод як на меліорованих,так і на прилеглих територіях, що від’ємно впливає на живлення водою рослин,малих річок і струмків. На торф’яниках з’являється повітряна ерозія ґрунтів. Приосушенні заплавних земель шляхом спрямування і поглиблення русла річокприскорюється стік, збільшуючи витрати під час повені та паводків, і,зменшуючи, іноді до нуля, меженний стік, що несе загрозу існуванню малих річок.Осушування боліт змінює рослинний і тваринний світ даної території — гідрофільнірослини зникають, а на їх місце приходить ксерофільні, болотна дичиназмінюється на тварин та птицю суходольних місць мешкання.
При зрошеннівиникає загроза водної ерозії, засолення і заболочування земель, а такожвичерпання природних водних джерел, забруднення і замулення їх дренажнимиводами зрошувальних систем.
Щоб зменшити абозовсім виключити від’ємний вплив меліорації на навколишнє середовище, слідпритримуватись передових науково-обґрунтованих екологічно безпечних методів іспособів меліорації.
Так, приосушуванні слід будувати лише системи двосторонньої дії з малоуклонними ібезуклонними дренажами. Різновидністю цих систем є системи зворотноговодокористування. При осушуванні заплав на річках слід будуватишлюзи-регулятори. На осушених торф’яниках необхідно розміщувати травопільнісівозміни.
При проведеннізрошувальних меліорацій перевагу слід надавати крапельному зрошенню та поливамза допомогою дощувальних установок і організовувати жорсткий контроль зарежимом зрошування.
Дати визначення «гідрограф стоку». Побудоватипових гідрографів стоку.
Стік — це вода,яка після приходу опадів до землі і часткового випаровування, залишається ірухається поверхневим або підземним шляхами.
Стік ділиться надві складові частини: поверхневу і підземну. Як загальна величина стоку, так ійого складові частини визначаються комплексом різноманітних чинників.
Вода рухається поповерхні землі або під нею у вигляді потоків: річка, струмок. Кожний потікхарактеризується витратою.
Витрата — це кількість води, яка проходить крізь поперечний (живий) перерізпотоку за одиницю часу і має розмірність м3/с або л/с.
Кількість води,яка проходить крізь поперечний переріз за деякий відрізок часу (рік, місяць,доба, година) є об’єм стоку (/>). Вінмає розмірність м3 або км3 і визначається за формулою:
/>,
де /> - витрата, м3/с;
/> - час, с.
При визначеннікількості води, яка стікає з одиниці площі (км2, га) в одиницю часу(с) як характеристика стоку виступає модуль стоку (/>),який має розмірність л/с. км2 або л/с. га і визначається за формулою:
/>,
де /> - водозбірна площа, км2.
Для порівняннястоку з іншими елементами водного балансу: опадами, випаровуванням,вологозапасами, він може бути виражений у вигляді шару стоку з розмірністю мм. Шарстоку визначається за формулою:
/>.
Усі параметристоку можуть визначатись як середні величини, (крім об’єму) за різні періодиспостережень: рік, сезон, місяць, доба та інші. Крім того, в цих жерозмірностях можуть визначатись короткотермінові, а також миттєвіхарактеристики стоку, як, наприклад, максимальний стік.
Величини стокузалежать від багатьох чинників, які можна об’єднати в 3 групи.
Кліматичні іметеорологічні: опади, температура, швидкість повітря.
Фізико-географічні- рельєф місцевості, водозбірна площа, грунти.
Антропогенні — меліорація, розораність земель, регулювання річкового стоку.
В різнихкліматичних умовах стік змінюється від 0 (пустеля) до декількох тисяч мм за рік.Однак, і в одній місцевості, залежно від погодних умов, він може змінюватись вдекілька разів. Наприклад, стік р. Дніпро в маловодні роки в 4 рази менший, ніжв багатоводні. Високі температури і низькі швидкості повітря збільшують стік, анизькі температури і високі швидкості повітря навпаки зменшують.
На плоскіймалопересіченій рівнині стік менший, ніж в гірської, з великими похиламимісцевості. Із зростанням водозбірної площі та більшим врізом долини річок в земнукору стік зростає. Ґрунти по-різному впливають на стік, що пов’язано з рельєфоммісцевості. На ділянках місцевості з великим похилом, погановодопроникні ґрунтизбільшують стік, а добреводопроникні — зменшують. На рівнинній місцевості стікзбільшується на добреводопроникних ґрунтах і зменшується на поганопроникних.
При проведеннітаких меліорацій, як осушення, стік може збільшуватись. Забір води на зрошеннязменшує стік річки нижче водозбору. Утворення водосховищ при регулюваннірічкового стоку обумовлює його зменшення через випаровування води зі значнобільших водних поверхонь. В процесі сільськогосподарської діяльності людинаможе збільшувати або зменшувати стік шляхом проведення різних агротехнічнихприйомів.
Збільшеннюповерхневого стоку і, навпаки, зменшенню підземного, сприяють дощі великоїінтенсивності, маловодопроникні ґрунти, великі похили місцевості, великі площіводозбору, мала розорюваність та осушення земель і ряд інших чинників.
Безпосередньоявище формування поверхневого стоку при випаданні дощу може бути розглянута задопомогою схеми, яка запропонована Н.Е. Долговим. Цей процес складається зчотирьох фаз (рис.2).
/>
Рис.2. Схемаформування зливового стоку:
τ — дощ; τ1 — початкова фаза; τ2 — фаза підйому;
τ3 — фаза повного стоку; τ4 — фаза спаду
Перша фаза привипаданні дощу характеризується відсутністю поверхневого стоку. Всі опади йдутьна заповнення поглиблень і нерівностей ґрунту і на просочування в ґрунт,частина опадів утримується на гілках, листях і стеблах рослин. Ця фазаназивається безстічною, або фазою повного басейного утримання (τ1).
Друга фазапочинається від початку появи перших струминок до моменту підходу їх до створу,який визначається розрахунковим. Це фаза τ2.
Третя фаза (τ3)- повний стік. Вода тече з усієї площі басейну. Поглинання води ґрунтом значнозменшується. Ця фаза закінчується під час закінчення дощу.
Четверта фаза (τ4)- це стік від закінчення дощу до кінця стоку.
Ця схемаформування стоку справедлива при постійній інтенсивності дощу і рівномірномурозподілу його по площі басейну. Однак, в натурі різні чинникиметеорологічного, топографічного характеру, ґрунти, вологозапаси можутькоригувати цю схему. Наприклад, стік в Україні може формуватись лише приінтенсивності дощу більше 0,5 мм/хв при загальному шарі опадів, що випали,більше 15 мм. Тобто, влітку всі фази стоку можуть спостерігатися придовготривалих та інтенсивних дощах.
Процес формуваннястоку при таненні снігу аналогічний тому, що був розглянутий за деякимиособливостями. Так, в перші моменти танення вся вода утримується безпосередньоу снігові, або в нерівностях і поглибленнях місцевості. Це безстічна фаза. Потімідуть три інші фази стоку.
Наявністьпромерзлого шару ґрунту або льодової кірки значно зменшує просочування. Однак,під кінець формування талого стоку просочування стає значно більше, ніжспочатку.
Значний вплив насхему формування талого стоку здійснює нерівномірність снігового покриву,експозиція схилів, рослинність, температурний режим.
Сумарна величинавтрат опадів при стіканні оцінюється коефіцієнтом стоку η. Вінвизначається за формулою:
/>,
де /> - стік, мм;
/> - опади, мм.
Після випаданнядощу на поверхню землі вода спочатку стікає у вигляді дрібних звивистихструмків, які потім об’єднуються в більш великі струмки і малі річки. Відноснонапрямку гідрографічної мережі рух води спочатку відбувається як схилевий (поперечний),а потім стає русловим (поздовжнім).
Шляхи руху води посхилах, первинним площам формування стоку, — непостійні. Вони змінюють своєположення в часі. Довжина шляхів схилового добігання дуже мала — до декількохсотень метрів. Довжина руслових шляхів добігання в десятки разів більша. Однакчастина перших шляхів складе 85-45%, а останніх — 5-15%.
Оскільки схиловамережа недовга, то і схиловий стік після припинення дощу також швидкозакінчується.
Схема добіганняводи на річкових басейнах зображається з допомогою лінії одночасного добігання(рис.3), які називаються ізохронами.
/>
Рис.3. Схемаізохрон стоку
Ізохрони ділятьбасейн на ряд площадок. Час, за який частка води, що випала у деякій частинібасейну, добігає до встановлення створу, називається часом добігання. З кожноїплощі f1; f2 та інших вся вода маєдобігати, відповідно, за час t1; t2 і такдалі.
Спочатку требазробити два припущення. Перше — сніготанення або інтенсивність дощу однакові поусій площі. Друге — швидкість стоку однакова в часі, а тому положення ізохронтакож постійні.
Будову гідрографарозглянемо на конкретному прикладі. Протягом трьох діб під впливом опадівспостерігався стік шаром h1; h2 i h3(рис.4) з площі водозбору (рис.3), відповідно якої максимальний час добіганнядо створу 5 діб. Тоді, у першу добу до замикаючого створу стіче води вкількості:
/> ()
/>
Рис.4. Графікводовіддачі Рис.5. Гідрограф стоку
На наступну добуприйде вода з площі f2 шаром h1, а з площі f1шаром h2. Тоді V2 буде дорівнювати:
/> (30)
На третю добу водарухається з 3-х площадок з різною водовіддачею, і V3будедорівнювати:
/>
На четверту добуопади закінчились і водовіддача з площі f1 дорівнює нулю:
/>
На п’яту добу — />
На шосту добу — />
На сьому добу — />
Таким чином, стікздійснювався протягом 7 діб. Цей розподіл можна зобразити за допомогою графіка,який називається гідрографом формування стоку (рис.5).
Цей гідрограф слідрахувати як теоретичний. Він не обліковує руслове регулювання, коли припідніманні рівну частина води йде на заповнення русла, а при зниженні — навпаки- йде на додатковий приток води з русла. Тому фактичний гідрограф у фазупіднімання має трохи нижчі ординати, а при зниженні — вищі, ніж при будовігідрографа за ізохронами. Фактична максимальна ордината також менша теоретичноїі має зсув управо від теоретичної.
Розрахункова робота
Річка Уж
Завдання 1. Характеристикабасейну річки та гідрографічної мережі
За звітний періодбуло обстежено від витоку до гирла 6 основних річок області: Тетерів, Случ, Уж,Норинь, Ірша, Гнилоп’ять, а також гирло річки Гуйва, три річки в прикордонних зКиївською областю створах: р. Кам’янка, р. Ірпінь та р. Роставиця (басейн р. Рось),і р. Уборть яка є транскордонною між Україною та республікою Білорусь.
Відбір пробздійснюється згідно «Програми моніторингу поверхневих вод суші», розробленоїДержуправлінням екології та природних ресурсів в Житомирській області. «Програма...»нараховує 18 пунктів, 23 створи на 11 річках з щоквартальним відбором проб вкожному створі (94 проби). Відібрано по «Програмі моніторингу» 94проб.
Під час інспекційнихперевірок діяльності об"єктів-забруднювачів було перевірено також 30 малихрічок (Добринка, Глибочок, Бистріївка, Пустоха, Лісна, Лемня, Настя, Церем,Іршиця, Кам’янка, Чорна Руда, Мика, Тетерівка, Лозниця, Смолка, Хомора,Повчанка, Крошенка, Ужиця, Кропивнянка, Руда, П’яток, Постол, Мурованка,Конявка, Кремна, Унава, Білка, Рихта, Очеретян-ка), 27 кар’єрів, 61 ставок, 9меліоративних каналів, 6 струмків, 2 свердловини, 3 болота, 1 канава, 2водосховища, 12 криниць.
Річка Уж.
Річка протікає потериторії трьох районів: Ємільчинський, Коростенський, і Народицький. Правапритока річки Дніпро, протяжність річки в межах області 162 км.
Від витоку вЄмільчинському районі і до міста Коростеня порівняно з2004 роком показникиякості води майже не змінились. Відмічається перевищення норм ГДК по залізузагальному в 10,7 рази, при нормі 0,1 мг/дм3 середні значеннястановлять 1,07 мг/дм3, і фосфатах в 1,6 раз, при нормі 0,17 — фактично- 0,27 мг/дм3.
Нижче містаКоростеня, порівняно з 2004 роком, спостерігається збільшення вмісту нітритів з0,16 до 0,27 мг/дм3 та заліза загального з 0,68 до 1,16 мг/дм3.Вміст же сольового амонію значно зменшився — з 2,42 мг/дм3 в2004 до 0,75 мг/дм3 в 2006році. Перевищення норм ГДК відмічається понітритах в 3,4 рази — 0,27 мг/дм3 при нормі 0,08 мг/дм3,фосфатах в 2,5 рази — 0,43 мг/дм3 при нормі 0,17 мг/дм3 ізалізу загальному в 11,6 рази — 1,16 мг/дм3 при нормі 0,1 мг/дм3.Підвищений вміст марганцю спостерігається як у верхньому так і у нижньомустворах. Марганець і залізо загальне у річці Уж є природного, а не техногенногопоходження і не пов’язане з діяльністю людини.
Визначення нормирічного стоку при наявності достатньої кількості даних спостережень
Завдання 1. Характеристикабасейну річки та гідрографічної мережі
Наводитьсягідрографічна характеристика басейну річки.
Довжина lголголовної річки Уж становить 145 км, довжина р. Норин — 75 км, р. Кам'янка — 39км. Річки Норин і Кам'янка є притоками першого порядку. Площа водозбірногобасейну становить 5930 км2. Коефіцієнт звивистості kзввизначаємо за формулою:
/>
Довжинаводозбірного басейну L становить 27 км. За формулою визначаємо середню ширинубасейну:
/>км
Розраховуємопротяжність річкової системи:
145+39+75=259 км
Коефіцієнтщільності рікової мережі d розраховується за формулою:
d = 259/5039=0,05км/км2.
Коефіцієнтнерівномірності розвитку річкової мережі kнер розраховується заформулою:
/>
Визначити середнєбагаторічне значення (норму) річного стоку при наявності даних спостережень.
Дано: середнірічні витрати води р. Уж за період 1967-2000 рр. (всього за 34 роки).
Розв’язок: розрахункистатистичних параметрів річного стоку проводимо у вигляді таблиці.
У гр.4 значеннярічного стоку розташовуємо у порядку зменшення.
Таблиця № Роки
Qi, м3/с
Qi, м3/с у ранжованому ряді
ki=Qi/Q0
ki-1
(ki-1) 2
(ki-1) 3
lgki
ki*lgki P= (m/ (n+1)) *100% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 1967 2,81 6,58 3,0463 2,046 4,1873 8,5686 0,484 1,474 2,857 2 1968 1,92 6,34 2,935185 1,935 3,7449 7,2472 0,468 1,373 5,714 3 1969 2,28 5,79 2,680556 1,681 2,8243 4,7463 0,428 1,148 8,571 4 1970 2,29 4,12 1,907407 0,907 0,8234 0,7471 0,280 0,535 11,429 5 1971 3,25 3,73 1,726852 0,727 0,5283 0,3840 0,237 0,410 14,286 6 1972 1,45 3,51 1,625 0,625 0,3906 0,2441 0,211 0,343 20 7 1973 3,47 3,47 1,606481 0,606 0,3678 0,2231 0, 206 0,331 22,857 8 1974 1,63 3,25 1,50463 0,505 0,2547 0,1285 0,177 0,267 28,571 9 1975 1,65 3,11 1,439815 0,440 0, 1934 0,0851 0,158 0,228 31,429 10 1976 0,41 3,06 1,416667 0,417 0,1736 0,0723 0,151 0,214 37,143 11 1977 3,11 3,02 1,398148 0,398 0,1585 0,0631 0,146 0, 204 40 12 1978 3,73 2,81 1,300926 0,301 0,0906 0,0273 0,114 0,149 45,714 13 1979 6,34 2,44 1,12963 0,130 0,0168 0,0022 0,053 0,060 48,571 14 1980 3,06 2,29 1,060185 0,060 0,0036 0,0002 0,025 0,027 51,429 15 1981 0,7 2,28 1,055556 0,056 0,0031 0,0002 0,023 0,025 54,286 16 1982 0,64 2,22 1,027778 0,028 0,0008 0,0000 0,012 0,012 57,143 17 1983 1,07 2,22 1,027778 0,028 0,0008 0,0000 0,012 0,012 60 18 1984 1,84 2,13 0,986111 -0,014 0,0002 0,0000 -0,006 -0,006 62,857 19 1985 1,53 1,97 0,912037 -0,088 0,0077 -0,0007 -0,040 -0,036 65,714 20 1986 5,79 1,92 0,888889 -0,111 0,0123 -0,0014 -0,051 -0,045 68,571 21 1987 6,58 1,84 0,851852 -0,148 0,0219 -0,0033 -0,070 -0,059 71,429 22 1988 3,51 1,75 0,810185 -0, 190 0,0360 -0,0068 -0,091 -0,074 74,286 23 1989 1,41 1,65 0,763889 -0,236 0,0557 -0,0132 -0,117 -0,089 77,143 24 1990 1,75 1,63 0,75463 -0,245 0,0602 -0,0148 -0,122 -0,092 80 25 1991 1,17 1,53 0,708333 -0,292 0,0851 -0,0248 -0,150 -0,106 82,857 26 1992 1,47 1,47 0,680556 -0,319 0,1020 -0,0326 -0,167 -0,114 85,714 27 1993 1,39 1,45 0,671296 -0,329 0,1080 -0,0355 -0,173 -0,116 88,571 28 1994 2,22 1,41 0,652778 -0,347 0,1206 -0,0419 -0,185 -0,121 91,429 29 1995 2,13 1,39 0,643519 -0,356 0,1271 -0,0453 -0, 191 -0,123 94,286 30 1996 1,97 1,17 0,541667 -0,458 0,2101 -0,0963 -0,266 -0,144 97,143 31 1997 2,44 1,07 0,49537 -0,505 0,2547 -0,1285 -0,305 -0,151 97,43 32 1998 2,22 0,7 0,324074 -0,676 0,4569 -0,3088 -0,489 -0,159 98,3 33 1999 3,02 0,64 0,296296 -0,704 0,4952 -0,3485 -0,528 -0,157 98,9 34 2000 4,12 0,41 0,189815 -0,810 0,6564 -0,5318 -0,722 -0,137 99,3 Сума 84,37 84,37 39,06 0,05 16,572 20,9053 -0,488 5,079
Середнюбагаторічну величину стоку розраховуємо за формулою:
/> м3/с.
Перевіркарозрахунків — сума модульних коефіцієнтів дорівнює кількості років спостережень:Σki=39,06; Σ (ki-1) =0 (допустима нев’язка — 0,05).
Виразити отримануу вигляді середньої багаторічної витрати води норму стоку через іншіхарактеристики стоку: об’єму, модуль, шар та коефіцієнт стоку.
Дано: нормарічного стоку р. Уж Q0=2,5 м3/с, площа водозбору F=5930км2, середньо багаторічна норма річних опадів х0=20167,8/34=593,2мм.
Розв'язок: нормустоку виражаємо у інших одиницях стоку за формулами:
W=Q0*T=2,5*31,56*106=78,9млн. м3 (у році 31,56*106 с),
M=Q0/F*103=2,5/5930*103=0,4л/ (с*км2),
y=h=W/F*103=78,9/5930*103=13,31мм
Коефіцієнт стокурозраховуємо за формулою:
α=h/x0=13,31/593,2=0,2.
Визначитикоефіцієнт мінливості (варіації) річного стоку.
Дано: дані табл. .
Розв'язок:
За методомнайбільшої правдоподібності коефіцієнт варіації розраховуємо залежно відстатистик λ2 та λ3:
/> />.
За номограмоюзнаходимо:
СV=0,4;СS=2СV=2*0,4=0,8.
За методоммоментів коефіцієнт варіації обчислюємо за формулою:
/>.
Визначити відноснісередні квадратичні похибки норми стоку і коефіцієнта варіації.
Дано: СV=0,7.
Розв'язок: величинувідносної середньоквадратичної похибки σQ0 розраховуємо заформулою:
/>
Величину відносноїсередньоквадратичної похибки коефіцієнта варіації δСVвизначаємо за формулою:
/>%
/>%
Завдання 3. Побудовакривих забезпеченості річного стоку
Забезпеченістюгідрологічної характеристики називають імовірність перевищення розглядуваногозначення цієї характеристики над усіма можливими її значеннями. Наприклад, якщосередньорічна витрата води у 20 м3/с має забезпеченість 80%, то цеозначає, що у 80 випадках із 100 спостерігатиметься річна витрата, щодорівнюватиме 20 м3/с або більше.
Кривузабезпеченості, побудовану за даними спостережень, називають емпіричною. Для їїпобудови хронологічний ряд річних витрат води Q1, Q2, …,Qn систематизують у ранжований ряд (розташовують у порядку зменшеннявід найбільшого значення до найменшого) і обчислюють забезпеченість Р кожногочлена ряду за формулою
/>
Де m — порядковийномер члена ранжованого ряду; n — кількість членів ряду, тобто кількість роківспостережень.
Отримані значенняР наносять на сітківку ймовірностей (тип сітківки залежить від співвідношення СS/СV)і проводять плавну усереднюючи криву — емпіричну криву забезпеченості.
Для згладжування (вирівнювання)та екстраполяції (продовження) емпіричних кривих застосовують теоретичні (аналітичні)криві забезпеченості. Як правило, застосовується аналітична крива трипараметричного гама-розподілу при будь-якому співвідношенні СS/СVта біноміальна крива розподілу при СS>2СV.
Для побудовианалітичної кривої три параметричного гама-розподілу ординати її знаходять затаблицею залежно від співвідношення СS/СV; потім зазначенням СV виписують модульні коефіцієнти КР%, яківідповідають заданій забезпеченості. Для підвищення точності ординат кривоїпотрібно враховувати соті частки значення СV (з точністю до двохзнаків після коми) шляхом інтерполяції між суміжними колонками цифр.
Ординатибіноміальної кривої знаходять за виразом:
КР%=ФР%*СV+1,
Де ФР% — нормоване відхилення ординати кривої забезпеченості від середнього значення (приКР%=1), яке знаходять за таблицею.
Побудуватиемпіричну криву забезпеченості річного стоку.
Дано: середнірічні витрати води Qi р. Уж за період 1967-1991 рр.
Розв'язок: для розрахунку забезпеченості Р значення річного стоку Qiсистематизує у ранжований ряд — розташовуємо у порядку зменшення. Координатиемпіричної кривої забезпеченості (Р) обчислюємо за формулою:
/>
Результатиобчислень наведено у таблиці, гр. .11. за цими даними на сітківку ймовірностейнаносимо точки емпіричної кривої. По вісі абсцис відкладаємо забезпеченість (масштаб:1 см — 5%), по вісі ординат — КР%. Для спрощення графік будуємо наміліметровому папері.
Побудуватитеоретичну криву три параметричного гама-розподіу забезпеченості річного стоку.
Дано: коефіцієнтваріації СV=0,7.
Розв'язок: координатитеоретичних кривих три параметричного гама розподілу визначаємо за додатком длякоефіцієнта асиметрії СS=1,5СV, СS=2СV,СS=2,5СV. Записуємо їх у таблицю.
Отриманікоординати теоретичних кривих наносимо на сітківку ймовірностей. Спів ставляючипобудовані теоретичні криві з емпіричною кривою забезпеченості встановлюємо, щокрива три параметричного гама розподілу при СS=2,5СVнайкраще узгоджується з емпіричною, тому її приймаємо за розрахункову.
Таблиця
Координатикривої забезпеченості три параметричного гама-розподілу середньорічних витратводи р. ТетерівЗабезпеченість Р% 0,1 1 5 10 25 50 75 80 95 97 99 Ординати кривої
СS=1,5СV
КР% 3,02 2,42 1,92 1,68 1,33 0,934 0,630 0,562 0,305 0,247 0,160
СS=2СV
КР% 3,27 2,51 1,94 1,67 1,28 0,918 0,634 0,574 0,342 0,288 0, 206
СS=2,5СV
КР% 3,51 2,59 1,95 1,66 1,33 0,906 0,640 0,585 0,373 0,325 0,248
Побудуватибіноміальну криву розподілу забезпеченості річного стоку.
Дано: коефіцієнтваріації СV=0,7 коефіцієнт асиметрії СS=2СV=0,8.
Розв'язок: координатибіноміальної кривої розподілу знаходимо за виразом КР%=ФР%*СV+1.Розрахунок проводимо у такому порядку: за таблицею додатку 3 знаходимонормоване відхилення ординати кривої забезпеченості ФР% відсереднього значення залежно від СS і обчислюємо значення КР%.результати розрахунків зводимо у таблицю.
Таблиця
Координатибіноміальної кривої забезпеченості річного стоку р. Тетерів
/>