Меню

Годовой модуль стока реки

Годовой модуль стока реки

Для определения расхода воды в реке нужно еще определить среднюю скорость течения реки. Это можно сделать различными способами:

Для определения стока реки в зависимости от площади бассейна, высоты слоя осадков и т.д. в гидрологии применяются следующие величины:

  • сток реки,
  • модуль стока
  • коэффициент стока.

Стоком реки называют расход воды за продолжительный период времени, например за сутки, декаду, месяц, год.

Модулем стока называют выраженное в литрах количество воды, стекающее в среднем в 1 секунду с площади бассейна реки в 1 км2:

Коэффициентом стока называют отношение стока воды в реке к количеству выпавших осадков (М) на площадь бассейна реки за одно и то же время, выраженное в процентах:

где а — коэффициент стока в процентах, Qr — величина годового стока в кубических метрах, М — годовое количество выпавших осадков в миллиметрах.

Для определения годового стока воды исследуемой реки нужно расход воды умножить на число секунд в году, т. е. на 31,5-106 сек.

Для определения модуля стока нужно знать расход воды и площадь бассейна выше створа, по которому определялся расход воды данной реки.

Площадь бассейна реки можно измерить по карте. Для этого применяют следующие способы:

  1. планиметрирование,
  2. разбивку на элементарные фигуры и вычисление их площадей;
  3. измерение площади посредством палетки;
  4. вычисление площадей по геодезическим таблицам.

Мы считаем, что учащимся легче всего будет использовать третий способ и производить измерение площади посредством палетки, т. е. прозрачной бумаги (кальки) с нанесенными на нее квадратиками (если нет кальки, то можно промаслить бумагу).

Имея карту исследуемого района в определенном масштабе, нужно изготовить палетку с квадратиками, соответствующими масштабу карты. Предварительно следует оконтурить бассейн данной реки выше определенного створа, а затем наложить на карту палетку, на которую перенести контур бассейна. Для определения площади требуется сосчитать сначала число полных квадратиков, расположенных внутри контура, а затем сложить данные квадратики, частично покрывающие бассейн данной реки. Сложив квадратики и умножив полученное число на площадь одного квадратика, узнаем площадь бассейна реки выше данного створа.

где Q — расход воды. Для перевода кубических метров в литры умножаем расход на 1000, S — площадь бассейна.

Для определения коэффициента стока реки нужно знать годовой сток реки и объем воды, выпавшей на площади данного бассейна реки. Объем воды, выпавшей на площади данного бассейна, легко определить. Для этого нужно площадь бассейна, выраженную в квадратных километрах, умножить на толщину слоя выпавших осадков (тоже в километрах).

Например, если осадков на данной площади выпало за год 600 мм, то толщина будет равна 0,0006 км и коэффициент стока будет равен

где Qp —годовой сток реки, а М — площадь бассейна; умножаем дробь на 100 для определения коэффициента стока в процентах.

Определение питания реки.

Нужно выяснить виды питания реки: грунтовое, дождевое, от таяния снега, озерное или болотное. Например, р. Клязьма имеет питание грунтовое, снеговое и дождевое, из них грунтовое питание составляет 19%, снеговое — 55% и дождевое — 26%.

Эти данные в процентах школьник сам вычислить не сможет, их придется взять из литературных источников.

Определение режима стока реки

Для характеристики режима стока реки нужно установить:

а) каким изменениям по сезонам подвергается уровень воды (река с постоянным уровнем, сильно мелеющая летом, пересыхающая, теряющая воду в понорах и исчезающая с поверхности);

б) время половодья, если оно бывает;

в) высоту воды во время половодья (если нет самостоятельных наблюдений, то по опросным сведениям);

г) продолжительность замерзания реки, если это бывает (по своим личным наблюдениям или же по сведениям, полученным путем опроса).

Определение качества воды.

Для определения качества воды нужно узнать, мутная она или прозрачная, годная для питья или нет. Прозрачность воды определяется белым диском (диск Секки) диаметром приблизительно 30 см, подведенным на размеченном лине или приделанным к размеченному шесту. Если диск опускается на лине, то внизу, под диском, прикрепляется груз, чтобы диск не сносило течением. Глубина, на которой этот диск становится невидимым, и является показателем прозрачности воды. Можно диск сделать из фанеры и окрасить его в белый цвет, но тогда груз нужно подвесить достаточно тяжелый, чтобы он вертикально опускался в воду, а сам диск сохранял горизон­тальное положение; или фанерный лист можно заменить тарелкой.

Определение температуры воды в реке

Температуру воды в реке определяют родниковым термометром, как на поверхности воды, так и на разных глубинах. Держать термометр в воде нужно в течение 5 минут. Родниковый термометр можно заменить обычным ванновым термометром в деревянной оправе, но, для того чтобы он опускался в воду на разные глубины, следует привязать к нему груз.

Можно определить температуру воды в реке при помощи батометров: батометра-тахиметра и бутылочного батометра. Батометр-тахиметр состоит из гибкого резинового баллона объемом около 900 см3; в него вставлена трубочка диаметром 6 мм. Батометр-тахиметр закрепляют на штанге и опускают на разные глубины для взятия воды. Полученную воду выливают в стакан и определяют ее температуру.

Батометр-тахиметр нетрудно сделать самому школьнику. Для этого нужно купить небольшую резиновую камеру, на нее надеть и привязать резиновую трубочку диаметром 6 мм. Штангу можно заменить деревянным шестом, разделив его на сантиметры. Штангу с батометром-тахиметром нужно опускать вертикально в воду до определенной глубины, так чтобы отверстие батометра-тахиметра было направлено по течению. Опустив на определенную глубину, штангу необходимо повернуть на 180° и держать примерно 100 секунд, для то­го чтобы набрать воды, после чего опять повернуть штангу на 180°. Вынимать ее следует так, чтобы из батометра вода не вылилась. Перелив воду в стакан, определяют термометром температуру воды на данной глубине.

В результате турбулентности движения воды в реке температура придонного и поверхностного слоя почти одна и та же. Например, придонная температура воды 20,5°, а на поверхности 21,5°.

Читайте также:  Какая из перечисленных рек россии имеют преимущественно дождевое питание

Полезно одновременно измерить термометром-пращом температуру воздуха и сравнить ее с температурой речной воды, записав обязательно время наблюдения. Иногда разность температуры достигает нескольких градусов. Например, в 13 часов температура воздуха 20°, температура воды в реке 18°.

Исследование на определенных участках характера русла реки

При исследовании на определенных участках характера русла реки необходимо:

а) отметить главнейшие плесы и перекаты, определить их глубины;

б) при обнаруживании порогов и водопадов определить высоту падения;

в) зарисовать и по возможности измерить острова, отмели, осередки, побочные протоки;

г) собрать сведения, в каких местах река размывает берега, и на местах, особенно сильно размываемых, определить характер размываемых пород;

д) изучить характер дельты, если исследуется приустьевой участок реки, и нанести ее на глазомерный план; посмотреть, соответствуют ли отдельные рукава изображенным на карте.

Ознакомление с внешним видом русла реки

При изучении внешнего вида русла реки следует дать его описание и сделать зарисовки разных участков русла, лучше всего возвышенных мест.

Общая характеристика реки и ее и с пользование

При общей характеристике реки нужно выяснить:

а) в какой части река является главным образом эродирующей и в какой аккумулирующей;

б) степень меандрирования.

Для определения степени меандрирования нужно узнать коэффициент извилистости, т.е. отношение длины реки на изучаемом участке к кратчайшему расстоянию между определенными пунк­тами исследуемой части реки; например, река А имеет длину 502 км, а кратчайшее расстояние между истоком и устьем всего 233 км, следовательно, коэффициент извилистости

где К — коэффициент извилистости, L — длина реки, l — кратчайшее расстояние между истоком и устьем, а потому

в) не производят ли отжимания реки конусы выноса, образуемые в устьях притоков ре­ки или временных потоков.

Узнать, как используется река для судоходства и сплава леса; если река несудоходная, то выяснить почему, что служит препятствием (мелководная, порожистая, есть ли водопады); есть ли на реке плотины и другие искусственные сооружения; не используется ли река для полива; какие преобразования нужно сделать для лучшего использования реки в народном хозяйстве.

Если были сделаны фотографические снимки или рисунки разных участков русла реки, следует приложить их к описанию.

Источник

Проект регулирования речного стока с помощью Ивановского водохранилища, страница 2

86400– число секунд в одних сутках.

Для характеристики годового стока используем модуль стока. Модуль стока q – это расход воды реки, приходящийся на 1 км 2 её бассейна. Он выражается формулой:

где q – модуль стока, л/с·км 2 ;

Q o – среднегодовой расход реки, м 3 /с;

F – площадь водосбора, км 2 .

Сток также может быть выражен величиной слоя у, мм (предположение, что весь сток распределен ровным слоем по площади бассейна)

Нормой стока называется среднее многолетнее значение стока (модуля , слоя стока или среднего многолетнего расхода воды ).

За расчетный период принимаем сток маловодного года 80%-ой обеспеченности.

определяется средний многолетний слой стока

Коэффициент вариации годового стока определяется по формуле Д.Л. Соколовского:

Приняв C s =2 C v , определяем модульный коэффициент 80%-ой обеспеченности k 80% = 0,615, а модуль и слой стока 80%-ой обеспеченности:

Объем годового стока W, м 3 , рассчитывается по формуле:

W = у 80% · F 10 3 = 69 ·216 ·10 3 = 14904· 10 3 м 3 .

Объем годового стока по месяцам рассчитываем в соответствии с заданным процентом распределения стока от годового (таблица 1).

Таблица 1 – Распределение стока по месяцам

Объем стока в январе в водохранилище (2,22% от годового) выражается величиной (14904· 10 3 : 100) · 2,22 =330,87 тыс. м 3

При сравнении видно, что в отдельные месяцы года потребление больше притока.

3 Определение параметров водохранилища

Возможность создания водохранилищ в проектируемом створе реки или временном водотоке зависит от ряда факторов, из которых сток и топография являются основными.

Параметры водохранилища – площади водной поверхности и емкости зависят от топографических условий и связаны с отметками горизонталей местности, района строительства подпорного гидроузла.

Определение параметров водохранилища проводят путем обработки планов и топографических карт, масштабы которых и сечение рельефа горизонталями зависят от рельефа, почвенных условий и площади.

Характеристики используют при проектировании для выбора оптимальных отметок нормальных уровней и сооружений, для определения границ затоплений и сопоставления технико-экономических расчетов.

Топографическая характеристика представляет собой серию кривых, связывающих параметры водохранилища с отметками горизонталей или уровней. Если связь представлена в функции от емкости водохранилища, характеристика называется объемной.

Источник



Понятие о стоке воды, наносов, растворенных веществ. Количественные характеристики стока воды: расход воды, объем стока, слой стока, модуль стока, коэффициент стока

Сток в широком смысле – это главный элемент материкового звена глобального круговорота вещества и энергии. Сток включает поверхностную и подземную части. Поверхностный сток, в свою очередь, состоит из речного стока и стока льда покровных ледников.

Речной сток включает сток воды, сток наносов, сток растворенных веществ и сток теплоты.

Сток воды (водный сток) – это одновременно и процесс стекания воды в речных системах и характеристика количества стекающей воды. Сток воды – один из важнейших физико-географических и геологических факторов; изучение стока воды – главная задача гидрологии суши. Называть сток воды «жидким стоком» не рекомендуется.

Сток наносов – это процесс перемещения наносов в речных системах и характеристика количества перемещающихся в реках наносов. Сток наносов состоит из стока взвешенных наносов (наносов, переносимых в толще речного потока во взвешенном состоянии) и стока влекомых наносов (наносов, переносимых потоком по речному дну во влекомом состоянии). Сток наносов называть «твердым стоком» не рекомендуется.

Сток растворенных веществ – это процесс переноса в речных системах растворенных в воде веществ и характеристика их количества. Растворенные в речных водах вещества – это ионы солей, биогенные и органические вещества, газы и др. Иногда сток растворенных веществ называют ионным стоком или стоком солей (при этом имеется в виду лишь сток растворенных минеральных веществ).

Читайте также:  Поезд эмтрек упавший в реку

Сток теплоты (тепловой сток) – это процесс переноса вместе с речными водами теплоты и его количественная характеристика.

Очевидно, что из перечисленных четырех составляющих речного стока главнейшая – сток воды, без которого невозможны и другие виды стока. Сток воды – процесс, определяющий все другие виды перемещения веществ и энергии в речных системах, их движущая сила. Сток же наносов, растворенных веществ и теплоты зависит как от стока воды (носителя других компонентов речного стока) и его количественных характеристик, так и от содержания наносов, растворенных веществ и теплоты в единице стока воды.

Об основных природных и антропогенных факторах, опреде­ляющих сток воды, уже много говорилось выше, в частности, когда речь шла о питании рек. Это прежде всего факторы кли­матические, а также факторы подстилающей поверхности и хозяй­ственная деятельность человека Рассмотрим 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, м 3 /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, как, например, на рис.

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 At (декаду, месяц, сезон, год, ряд лет). Такие расходы воды рассчитывают по формулам вида (1)

где Q, — средние суточные расходы воды; п — 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.

Точно так же средний многолетний расход воды (его часто называют «нормой стока» и обозначают через Q 0) определяют по формуле

(2) где Qi— средние годовые расходы воды; N— число лет.

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.

Объем стока воды рассчитывают по формуле (3)

где W— объем стока, м 3 ; Q — средний расход воды за интервал времени Δt (Q в м 3 /с, Δt в с). Для больших рек W часто удобнее выразить в км 3 (особенно если речь идет о годовых величинах). В этих условиях применяют формулу (4)

В тех случаях, когда интервал времени Δt— год (в году 31,5* 10 6 с), вместо формул (3) и (4) записывают

(5)

(6)

где в первом случае W в м 3 , во втором — в км 3 .

Заметим, что принятое количество секунд в году (31,5 • 10 б ) вполне достаточная с точки зрения точности величина для многих гидро­логических вычислений. Но в тех случаях, когда требуется большая точность, надо учитывать, что в обычном году 31,54•10 6 с, в висо­косном — 31,62•10 б с, в «среднем» — 31,56• 10 б с. Точно так же по­лезно помнить, что в январе, марте, мае, июле, августе, октябре, декабре 2,68 •10 б с, в апреле, июне, сентябре, ноябре 2,59•10 б с, в феврале в обычный год 2,42•10 б с, в високосный—-2,51•10 6 с, а в сутках 8,64 • 10 4 с.

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:

Здесь у в мм, F в км 2 .

Модуль стока воды— это количество воды, стекающее с едини­цы площади водосбора в единицу времени. Модуль стока воды обозначают через М, л/(с*км 2 ), и рассчитывают по формуле

(8)

где Q— любой расход воды (как мгновенный, например макси­мальный, так и средний за интервал времени Δt).

Сравнивая формулы (4), (7) и (8), легко получить со­отношение между модулем и слоем стока:

(9)

где у и М— слой и модуль стока за любой интервал времени Δt. Если Δt — год, то получим

Читайте также:  Составить рассказ про иву у реки

(10)

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

(11)

Здесь у к х в мм, Y и X в м 3 или км 3 . 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.

Источник

Основные характеристики и единицы измерения стока

При изучении водного режима рек и выполнении различных гидрологических расчетов используют следующие основные характеристики речного стока:

1. Расход воды Q, м 3 /с, характеризующий водность реки в интересуемом пункте в любой момент времени.

2. Средний расход воды Q cp – среднеарифметическая величина ежесуточных секундных расходов за определенный период времени (декаду, месяц, сезон, год)

, (10.4)

где ΣQ i – сумма секундных расходов за все дни рассматриваемого периода;

t д – число дней в периоде.

Средний расход за месяц называется среднемесячным, за год – среднегодовым и т. п.

3. Объем стока W – объем воды, который стекает с бассейна в реку и протекает по ней в интересуемом пункте за определенный период времени

W = 86400 Q ср t д, (10.5)

где 86 400 – число секунд в сутках.

Для объема годового стока формула (10.5) имеет вид

W г = 31,536 · 10 6 ∙Q ср , (10.6)

где 31,536 · 10 6 – число секунд в году (в високосном году 31,622 ·10 6 с).

4. Высота слоя стока h – высота такого слоя воды, которым можно покрыть площадь бассейна реки выше рассматриваемого пункта, если распластать на ней равномерно весь объем стока за изучаемый период времени:

где F — площадь бассейна реки, км 2 ;

10 6 – число квадратных метров в квадратном километре;

10 3 – число миллиметров в метре.

Если подставить в последнее соотношение значение для W по формуле (10.5), получим

. (10.8)

Для слоя годового стока (t д = 365):

5. Коэффициент стока η – отношение высоты слоя стока к высоте слоя осадков х за один и тот же период времени:

6. Модуль стока М – расход воды в л/с, который стекает в реку с каждого квадратного километра площади бассейна,

л/(с ∙ км 2 ), (10.11)

где 1000 – число литров в 1 м 3 .

Если подставить в зависимость (10.5) значение для среднего расхода из формулы (10.11), получим

W = 86,4 М F t д, (10.12)

или для объема годового стока (t д = 365)

W г = 31 536 М F. (10.13)

7. Норма стока – среднее значение любой из характеристик стока за многолетний период. Норму стока можно выразить в виде среднемноголетних значений расхода воды Q 0, объема стока W 0, высоты слоя стока h 0 или модуля стока М 0. Чаще всего в качестве нормы стока пользуются среднемноголетним модулем стока М 0.

Среднемноголетнее значение любой характеристики определяется путем деления суммы ее среднегодовых величин на число лет n, по которым устанавливают норму стока. Например, среднемноголетний расход

Связь между среднемноголетними значениями различных характеристик стока устанавливают по таким же формулам (10.11), (10.6) и (10.13), что и соотношения между их среднегодовыми величинами:

; (10.15)

W 0 = 31,536 · 10 6 Q 0 ; (10.16)

W 0 = 31 536 М 0 F. (10.17)

8. Модульные коэффициенты К – отношения средних величин любой из характеристик стока за рассматриваемый период времени к их среднемноголетним или среднегодовым значениям:

. (10.18)

Модульные коэффициенты представляют собой отвлеченные числа, показывающие относительную величину водности данного года или периода по сравнению со среднемноголетней или среднегодовой водностью реки.

Различают модульные коэффициенты годовые, сезонные, месячные, максимальных расходов и др.

Годовые модульные коэффициенты характеризуют отношение водности различных лет к среднемноголетней водности реки. В многоводные годы модульные коэффициенты имеют значения больше единицы, а в маловодные – меньше единицы.

Сезонные, месячные и декадные модульные коэффициенты выражают относительную величину водности соответствующего периода по сравнению со среднегодовой водностью данного года.

Пример. Определить среднемноголетние характеристики годового стока р. Птичь (притока р. Припять), если известны площадь водосбора реки в расчетном створе F = 9470 км 2 и среднемноголетний расход Q 0 = 45,6 м 3 /с.

Решение. 1. Объем годового стока

W 0 = 31,536 · 10 6 Q 0 = 31,536 · 10 6 · 45,6 = 1438 млн.м 3 .

2. Высота слоя стока

Карты изолиний нормы стока.Для общей характеристики водности рек, протекающих в различных географических районах, составлены специальные карты, на которые нанесены линии равных значений среднемноголетнего модуля стока М 0(изолинии нормы стока). Такие карты составлены для всей территории бывшего СССР и отдельно в более крупном масштабе для географических регионов. В качестве примера на рис.10.1 приведена карта изолиний нормы стока (в л/с·км 2 ) для территории Беларуси.

Рис. 10.1. Карта изолиний среднемноголетнего годового стока рек Беларуси л/(с·км 2 )

Распределение стока носит зональный характер. Для преобладающей части европейской территории СНГ и Западной Сибири модуль стока уменьшается с севера на юг от 10–12 в северных районах до 0,5–1,0 л/(с·км 2 ) в засушливых южных и юго-восточных районах. Уменьшение стока наблюдается также и в направлении с запада на восток.

В районах Урала, Восточной Сибири и Приморского края изолинии нормы стока проходят в меридиональном направлении вдоль горных хребтов и побережья Охотского и Берингова морей.

Существенное влияние на величину стока оказывает рельеф местности. В районах возвышенностей (Хибинской, Валдайской, Приволжской и др.) норма стока заметно повышается по сравнению с близлежащими равнинными территориями.

Горные районы Кавказа характеризуются очень большими значениями нормы стока, достигающими на юго-западном склоне Большого Кавказского хребта 75–100 л/(с·км 2 ).

Источник