Меню

Расчет модуля стока реки

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 Qcp – среднеарифметическая величина ежесуточных секундных расходов за определенный период времени (декаду, месяц, сезон, год)

где ΣQi – сумма секундных расходов за все дни рассматриваемого периода;

tд – 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

где 86 400 – число секунд в сутках.

Для объема годового стока формула (10.5) имеет вид

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

Для слоя годового стока (tд = 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,

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 tд, (10.12)

или для объема годового стока (tд = 365)

Wг = 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, объема стока W, высоты слоя стока h или модуля стока М. Чаще всего в качестве нормы стока пользуются среднемноголетним модулем стока М.

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:

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

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 = 45,6 м 3 /с.

Решение. 1. Объем годового стока

W = 31,536 · 10 6 Q = 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(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 ).

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Расчет модуля 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°.

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°.

Читайте также:  Угрюм река когда покажут по телевидению

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



Сток твердый, модуль – величина годового твердого стока рек (Mт) в тоннах с 1 км2 площади водосбора.

Расчет гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений – величины среднего многолетнего стока и коэффициента вариации следует определять интерполяцией между значениями полученными для рек-аналогов по данным наиболее продолжительных рядов гидрометрических наблюдений или приведенными к многолетнему периоду в рассматриваемом районе с учетом влияния местных факторов (карст выходы подземных вод особенности геологического строения бассейна характер почв (грунтов) промерзание и пересыхание рек различия в средних высотах водосборов и др.).

Величины среднего многолетнего годового стока и коэффициента вариации допускается определять по совместным картам этих параметров, опубликованным в официальных документах Госкомгидромета в области гидрологии.

Коэффициент вариации годового стока Сv определяется по формуле

Cv=a / 0 , 4 (A+1000) 0 , 1 ,

где a – параметр, определяемый по данным рек-аналогов, л/с;

– средний многолетний годовой модуль стока, л/(с×км 2 );

А – площадь водосбора реки до расчетного створа, км 2 .

Для определения внутригодового распределения стока воды при наличии данных гидрометрических наблюдений за период не менее 15 лет принимаются следующие методы:

— распределение стока по данным рек-аналогов,

— метод компоновки сезонов.

Форма водосбора реки-аналога должна быть по возможности подобна форме водосбора исследуемой реки; для этого должны быть выполнены следующие приближенные равенства:

где L, La – длина исследуемой реки и реки-аналога, соответственно;

I, Ia – уклон исследуемой реки и реки-аналога;

F, Fa – площадь водосбора исследуемой реки и реки-аналога.

Внутригодовое распределение стока рассчитывается по водохозяйственным годам, начиная с многоводного сезона. Границы сезонов назначаются едиными для всех лет с округлением до месяца. Деление года на периоды и сезоны производится в зависимости от типа режима реки и преобладающего вида использования стока. Продолжительность многоводного периода включает половодье за все годы. Период года и сезон, в котором естественный сток может лимитировать водопотребление, принимаются за лимитирующий период и лимитирующий сезон. В лимитирующий период входят два смежных сезона, из которых один является наиболее неблагоприятным в отношении использования стока (лимитирующий сезон).

Для рек с весенним половодьем за лимитирующий период принимаются два маловодных сезона: лето-осень и зима. При преобладании водопотребления на сельскохозяйственные нужды за лимитирующий сезон принимается лето-осень, а для гидроэнергетики и в целях водоснабжения – зима. Для высокогорных рек с летним половодьем при преимущественно ирригационном использовании стока за лимитирующий период принимается осень-зима и весна, а за лимитирующий сезон – весна.

Расчет испарения с водной поверхности и суши – довольно точным методом определения суммарного испарения за многолетний период (год или гидрологический год) выступает метод водного баланса. Испарение Е рассчитывается как замыкающий член уравнения X = Z + E, где X – годовые атмосферные осадки, Z – годовой суммарный сток. К преимуществам данного способа относится наличие массового материала Гидрометеослужбы страны по осадкам и стоку для бассейнов средних и малых рек. Метод позволяет получить данные по испарению для физико-географических зон, подзон, провинций, реже ландшафтов. Точность измерений, после введения поправок на осадки, достаточно велика. Недостатки водобалансового метода – невозможность получения данных по испарению за короткие периоды (декады, месяцы, сезоны года) и данных для локальных физико-географических единиц (фаций, подурочищ, урочищ). В 60-е гг. ХХ в. были введены поправки к показаниям осадкомера на испарения из осадкомерного ведра, на смачивание стенок прибора и на выдувание зимних осадков.

Величину испарения можно рассчитывать, определяя затраты тепла на испарение теплобалансовым методом. Он разработан в Главной геофизической обсерватории имени А. И. Воейкова. В основу расчета затрат тепла на испарение положены данные срочных наблюдений за температурой и абсолютной влажностью воздуха на двух высотах, в частности, для лугов на высотах 50 см и 200 см от поверхности. Одновременно фиксируется значение радиационного баланса и определяется поток тепла в почву. Когда (R – А) ≥ 0,10 кал/см 2 •мин, Δе 2 •мин, Δе

— количества и режима осадков, испарения, температурных условий;

— характера рельефа, который оказывает двоякое влияние на сток: изменяет абсолютную величину стока и перераспределяет его в пространстве. Выпуклые формы рельефа обычно способствуют увеличению стока, вогнутые – уменьшению его;

— геологического строения и почвенного покрова, что определяется мощностью влагоемкой толщи, механическим составом, стратификацией отложений различного механического состава, насыщенностью влагой и водными свойствами почв и грунтов;

— растительности территории. Растительный покров уменьшает сток.

Размер стока определяют по количеству воды, стекающей с условно выбранной единицы суши за какой-либо условно выбранный промежуток времени. Сток может быть выражен средним расходом воды. Сток – составное звено влагооборота на Земле.

Подземный сток – перемещение подземных вод в толще почв и горных пород под действием гидравлического напора и силы тяжести; составная часть круговорота воды на Земле. Подземный сток характеризует естественные ресурсы подземных вод, находящихся под дренирующим воздействием рек, озёр, морей или безводных отрицательных форм рельефа. Выражается в виде модуля (л/сек•км 2 ) или слоя воды (мм/год), а также в м 3 /сутки и км 3 /год. В практике гидрогеологических исследований обычно определяются модули и коэффициенты поверхностного стока, показывающие (часто в %), какая часть атмосферных осадков идёт на питание подземных вод.

Сток поверхностный– процесс перемещения воды по земной поверхности под влиянием силы тяжести. Поверхностный сток делится на склоновый и русловой. Склоновый сток образуется за счёт дождевых и талых вод, происходит на поверхности склона вне фиксированных путей. Русловой сток проходит по определённым линейным направлениям – в руслах рек, днищах оврагов и балок. Поверхностный сток характеризуется объёмом воды, стекающей по поверхности (модуль стока), выраженным в л/сек×км 2 или слоем мм в год или за какой-либо другой период.

Сток базовый –часть расхода речной воды, которая формируется в процессе медленного просачивания грунтовых вод в русло реки. Базовый сток является основным ресурсом речного стока в засушливые периоды. Он относительно постоянен по объему, хотя может несколько увеличиваться в дождливую погоду.

Сток подземный – см. Подземный сток.

Сток речной – см. Речной сток.

Сток твердый (сток наносов) – влекомые по дну, взвешенные и растворенные частицы. Определяется как суммарное количество наносов в тоннах, проно­симое рекой через живое сечение за длительный промежуток времени (сутки, месяц, год).

Сток твердый, модуль – величина годового твердого стока рек (Mт) в тоннах с 1 км2 площади водосбора.

Стока минимального расчет – см. Расчет минимального стока.

Стока норма – среднее значение водного стока за многолетний период.

Стока объем W (м 3 , км 3 ) – количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.); определяется по формуле:

где Q – средний расход за расчетный период времени, м 3 /с,

Т – число секунд в том же периоде времени.

Воднобалансовая площадка – участок склона, ограниченный от окружающей территории водонепроницаемой стенкой, заглубленной до водоупора, и оборудованный устройствами и приборами для измерения поверхностного и подземного стока. В районе такой площадки организуются наблюдения за всеми остальными элементами водного баланса.

Расход водыобязательный попусковый – наименьший расход воды из водохранилища, необходимый для удовлетворения условий водопотребления и водопользования в нижнем бьефе с учетом санитарного состояния реки, рыбного хозяйства, судоходства и других нужд экономики.

Водное законодательство – комп­лекс правовых норм, регулирующих отноше­ния, связанные с использованием и охраной водных ресурсов.

Водное сечение – поперечное сечение водного потока. Различают живое сечение, где скорость можно измерить, и мёртвое про­странство (с застоем воды).

Водное хозяйство – отрасль народного хозяйства, занимающаяся изучением, учётом, плани­рованием комплексного использования, регу­лированием водных ресурсов, охраной вод от загрязнения и истощения, транспортировкой их к месту назначения (потребления).

Водность – 1. наличие воды, степень накопления воды в водоемах; 2. относительная характеристика стока за определенный интервал времени по сравнению с его средней многолетней величиной или величиной стока за другой период того же года. Различают малую, среднюю и большую водность.

Водомер – прибор для измерения уровня или расхода воды.

Водомерный пост – устройство для систематического измерения уровня воды на реках, морях, озёрах, каналах. Состоит из приспособления для отсчёта уровня воды и реперов – геодезических сооружений, закрепляющих положение точки, высота которой определена. Реечные водомерные постыоборудованы деревянной или металлической рейкой с делениями, прикреплённой вертикально (рис., б) к сооружению (мосту, плотине и т.п.), а свайные водомерные посты – сваями, забитыми в одном створе перпендикулярно к берегу (рис., а). Сначала одна свая устанавливается на уровне нуля графика (5-ая на рис., а). Затем выше нее, через определенную высоту (0,5 м; 1 м) с помощью нивелира устанавливаются другие сваи. Головку верхней сваи располагают на 0,25. 0,50 м выше наивысшего уровня воды, а головку нижней – на такое же значение ниже самого низшего уровня. Сваи нумеруют по порядку, начиная с верхней, и для каждой отмечается ее высота относительно нуля графика. Уровни отсчитывают по переносной рейке (длиной около 1,5 м с делениями через 1 см), которую ставят вертикально на ближайшую к берегу сваю, находящуюся под водой. В этом случае отметка головки сваи будет нулем водомерных наблюдений. К относительной высоте сваи прибавляют измеренную высоту воды над сваей и получают отметку уровня воды. Например, свая № 4 находится на высоте 100 см над нулем графика и скрыта под водой на 12 см. Следовательно, уровень воды находится на отметке Н = 100 + 12 = 112 см.

Если подход к рейке затруднён (например, крутой берег), устанавливают передаточные водомерные посты, которые позволяют производить отсчёт на расстоянии. Для непрерывной записи колебаний уровня служат самопишущие приборы – самописцы уровня воды. Дистанционные водомерные посты оборудованы механическими, электрическими, радио- или другими системами, передающими показания уровня к месту отсчёта. Наблюдения на водомерных постах производятся ежесуточно в определённые, строго установленные сроки.

Водонепроницаемый горизонт – см. Горизонт водонепроницаемый.

Водоносность реки –то же, что и средний многолетний расход воды или средний многолет­ний объём годового стока с её бассейна.

Самые полноводные реки мира

№ п/п Название реки Местонахождение Годовой сток (км 3 )
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Амазонка Конго Янцзы Ориноко Парана Енисей Миссисипи Лена Меконг Иравади Южная Америка Африка Евразия Южная Америка Южная Америка Евразия Северная Америка Евразия Евразия Евразия 6 915 1 419

Водосбор (водосборная площадь, водосборный бассейн) – часть поверхности суши, с которой поверхностные воды стекают в какой-либо водоем, для которого определена данная водосборная площадь. Таким водоемом может быть озеро, ручей, река, море. Границами водосбора являются водораздельные линии, проходящие по наивысшим отметкам между соседними водными объектами, и ограничивающие территорию с которой вода поступает в водный объект.

Вода дренажная вода, поступающая из почвенного слоя в дре­нажную сеть и транспортируемая ею за пределы осушаемого ландшафта.

Вода минерализованная вода, содержащая в растворенном состо­янии более 1 г/л солей. Выделяют воды:

а) слабосоленые (солоноватые) с минерализацией до 3 г/л,

6) среднесоленые с минерализацией 3-10 г/л,

в) сильносоленые с минерализацией 10-35 г/л.

г) рассолы – при минерализации более 35 г/л.

Подземные воды, содержащие соли и газы, используемые для лечебных целей, называются минеральными.

Минеральные воды – (обычно подземные) воды с повышенным содержанием некоторых биологически активных компонентов (СО2, H2S, As и др.) и часто обладающие повышенными температурой и радиоактивностью. По составу выделяют углекислые, сероводородные, железистые и другие минеральные воды. Границей между пресными и минеральными водами обычно считают общую минерализацию 1г/л. В зависимости от химического состава и физических свойств минеральные воды используют в качестве наружного или внутреннего лечебного средства.

Морская вода – вода на земной поверхности, сосредоточенная в морях и океанах. Характеризуется постоянством солевого состава, в котором основную массу составляют ионы Cl — , Na + , SO4 2- , Mg 2+ , Ca 2+ , K + , растворенные газы и незначительное количество органических веществ. В открытых частях океана морская вода, в среднем, содержит солей 35 г/кг. Соленость морской воды обычно выражается в промилле (‰).

Среднее содержание химических элементов в морской воде

Элемент % Элемент % Элемент %
H 10,7 Co 5·10 –8 Ce 1,3·10 –10
He 5·10 –10 Ni 2·10 –7 Pr 6·10 –11
Li 1,5·10 –5 Cu 3·10 –7 Nd 2,3·10 –11
Be 6·10 –11 Zn 1·10 –6 Sm 4,2·10 –11
B 4,6·10 –4 Ga 3·10 –9 Eu 1,1·10 –10
C 2,8·10 –3 Ge 6·10 –9 Gd 6·10 –11
N 5·10 –5 As 1·10 –7 Dy 7,3·10 –11
О 85,8 Se 1·10 –8 Ho 2,2·10 –11
F 1,3·10 –4 Br 6,6·10 –3 Er 6·10 –11
Ne 1·10 –8 Kr 3·10 –8 Fm 1·10 –11
Na 1,035 Rb 2·10 –5 Yb 5·10 –11
Mg 0,1297 Sr 8·10 –4 Lu 1·10 –11
Al 1·10 –6 Y 3·10–8 W 1·10 –8
Si 3·10 –4 Zr 5·10 –9 Au 4·10 –10
P 7·10 –6 Nb 1·10 –9 Hg 3·10 –9
S 0,089 Mo 1·10 –6 Tl 1·10 –9
Cl 1,93 Ag 3·10 –3 Pb 3·10 –9
K 0,038 Cd 1·10 –8 Bi 2·10 –8
Ca 0,04 In 1·10 –9 Ra 1·10 –14
Sc 4·10 –9 Sn 3·10 –7 Ac 2·10 –20
Ti 1·10 –7 Sb 5·10 –8 Th 1·10 –9
V 3·10 –7 I 6·10 –6 Pa 5·10 –15
Cr 2·10 –9 Cs 3,7·10 –8 U 3·10 –7
Mn 2·10 –7 Ba 2·10 –6
Fe 1·10 –6 La 2,9·10 –10

Состав солевой массы морской воды регулируется растворимостью, сносом осадков с материков, процессами обмена с атмосферой и осадками дна (в основном карбонатными и силикатными равновесиями), а также жизнедеятельностью морских организмов.

Элементы, содержание которых в морской воде не превышает 1 мг/л, называются микроэлементами. Вследствие отсутствия в океане условий, способствующих накоплению микроэлементов в воде, огромные их количества переходят из растворенного состояния в осадок, образуя крупные рудные месторождения на дне. Микроэлементы оказывают большое влияние на биологические процессы в океане – на фотосинтез и обмен веществ растений и животных. Некоторые микроэлементы служат индикаторами многих процессов в океане, в частности, используются для выяснения генезиса и структуры водных масс, их циркуляции. Данные о распределении микроэлементов в океане необходимы для решения ряда практических вопросов – поиска и использования минеральных ресурсов морского дна, контроля загрязнения морских вод тяжелыми металлами и т. д.

Морская вода, агрессивные свойства – свойства, вызывающие коррозию и разрушение погруженных в нее инженерных сооружений. Морская вода является природным раствором, занимающим одно из первых мест по агрессивности воздействия на металлы, железобетон и другие материалы. Агрессивные свойстваморской воды обусловливаются сравнительно высоким содержанием растворенных в ней солей и вследствие этого высокой ее электропроводностью, растворенным кислородом, концентрацией водородных ионов и щелочностью среды.

Морская вода, плотность – отношение массы единицы объема морской воды при температуре, которую она имела в море, к массе такого же объема дистиллированной воды при температуре 4°С. Это определение, принятое в океанологии, отличается от используемого в технике. Но поскольку плотность дистиллированной воды при 4°С равна 1 г/см 3 (1000 кг/м 3 ), то плотность морской воды численно равна плотности ее в общепринятом понимании и имеет ту же размерность. Для определения плотности морской воды обычно пользуются океанологическими таблицами.

С повышением солености, увеличением глубины и понижением температуры воды плотность морской воды увеличивается. Только в распресненных водах в диапазоне от температуры наибольшей плотности до температуры замерзания (например, от 4 до 0°С для пресной воды) с понижением температуры плотность морской воды уменьшается. Пределы изменения плотности морской воды в Мировом океане от 1,000 до 1,028 на поверхности и до 1,076 г/см 3 на глубине 11 тыс. м. С увеличением глубины плотность морской воды растет не монотонно, а так, что на промежуточной глубине наблюдается слой скачка, с которым связаны такие явления, как внутренние волны, жидкий грунт, мертвая вода, звукорассеивающий слой. Плотность поверхностных вод убывает от 1,028 г/см 3 в субполярных и полярных районах Мирового океана до 1,022-1,023 г/см 3 на экваторе.

Плотность морской воды как функция температуры и солености

Морская вода, соленость – см.Соленость воды.

Морская вода, теплоемкость – см.Теплоемкость морской воды.

Морская вода, теплопроводность – см.Теплопроводность морской воды.

Морская вода, удельный объем – физическая величина, обратная плотности морской воды и равная отношению объема, занимаемого водой, к ее массе. Измеряется в куб. см/г. Почти всегда меньше единицы, причем 1-я цифра после запятой обычно равна девяти. Значения удельного объема в зависимости от температуры, солености и давления морской воды приводятся в океанологических таблицах.

Морская вода, цвет – см. Цвет морской воды.

Морская вода, щелочность –свойство морской воды, определяемое содержанием в ней анионов слабых кислот и катионов, эквивалентных этим кислотам. Щелочность морской воды зависит, главным образом, от ее солености и содержания в воде углекислого газа. Общая щелочность практически определяется двумя составляющими – карбонатной щелочностью, зависящей от суммарного содержания карбонатных и бикарбонатных ионов, и боратной щелочностью, зависящей от содержания ионов борной кислоты. Вклад ионов фосфорной, кремниевой, сероводородной и органической кислот в общую щелочность морской воды незначителен. Установление обшей щелочности морской воды и ее составляющих имеет большое значение для расчетов карбонатной системы океана.

Морские течения – поступательные движения масс воды в морях и океанах, обусловленные различными силами (действием силы трения между водой и воздухом, градиентами давления, возникающими в воде, приливообразующими силами Луны и Солнца). На направление морских течений большое влияние оказывает сила вращения Земли, отклоняющая течения в Северном полушарии вправо, в Южном – влево.

Общая схема течений в океане

Основные течения на поверхности Мирового океана: 1 – Прибрежное антарктическое; 2 – Антарктическое циркулярное (2а – южная ветвь Антарктического циркулярного течения). Атлантический океан: 3 – Фолклендское; 4 – Южноат­лантическое; 5 – Игольное; 6 – Бразильское; 7 – Бенгельское; 8– Южное пассатное; 9 – Ангольское; 10 – Гвианское; 11 – Экваториальное противотечение; 12 – Гвинейское; 13 – Зелено­го Мыса; 14 – Антильское; 15 – Северное пассатное; 16 – Ка­нарское; 17 – Гольфстрим; 18 – Североатлантическое; 19 – Лаб­радорское; 20 – Ирмингера; 21 – Баффиново; 22 – Западно-гренландское. Индийский океан: 23 – Южноиндоокеанское; 24 – Мадагаскарское; 25 – Западноавстралийское; 26 – Южное пас­сатное; 27 – Сомалийское; 28 – Экваториальное противотече­ние; 29 – Западноаравийское; 30 – Восточноаравийское; 31 – Западнобенгальское; 32 – Восточнобенгальское. Тихий океан: 33 – Западноновозеландское; 34 – Восточноновозеландское; 35 – Восточноавстралийское; 36 – Южнотихоокеанское; 37 – Перуанс­кое; 38 – Южное пассатное; 39 – Перу-Чилийское; 40 – Эквато­риальное противотечение; 41 – Минданао; 42 – Северное пас­сатное; 43 – Мексиканское; 44 – Калифорнийское; 45 – Куросио; 46 – Северотихоокеанское; 47 – Ойяси; 48 – Алеутское; 49 – Аляскинское; 50 – Восточноберинговоморское. Северный Ледовитый океан: 51 – Норвежское; 52 – Нордкапское; 53 – Восточногренландское; 54 – Западное арктическое

Морские течения различаются:

1) по происхождению – вызываемые

— трением ветра о поверхность моря (ветровые, или дрейфовые, течения),

— неравномерным распределением температуры и солености воды (плотностные течения),

— наклоном уровня (стоковые течения),

— приливообразующими силами Луны и Солнца и т.д.;

2) по характеру изменчивости

— постоянные (устойчивые) – Северные и Южные Пассатные, Гольфстрим и др.,

— временные – муссонные течения северной части Индийского океана, которые меняют направление в зависимости от летнего и зимнего муссонов и др.,

— периодические (приливного происхождения);

3) по расположению

— поверхностные – перераспределяют верхний слой воды в Океане, во взаимодействии с атмосферой перемещают тепло и влагу, осуществляют кислородный обмен между Мировым океаном и атмосферой,

— глубинные – мощные холодные глубинные потоки идут от полюсов к экватору, обуславливая перемещение воды в Океане,

Читайте также:  Снять дом у реки в свердловской области

— придонные – способствуют полному перемешиванию воды. Поднимаясь на поверхность, они выносят холодные придонные массы, богатые органическими веществами – пищей для рыб;

4) по физико-химическим свойствам

— холодные. Тёплым течение называют, если температура воды течения выше температуры окружающих вод, если ниже – холодным. Тёплые течения движутся из низких широт в высокие (Гольфстрим), а холодные – из высоких в низкие (Лабрадорское). Течения с температурой окружающих вод называются нейтральными,

Вода поверхностная– воды, постоянно или временно находящиеся на поверхности Земли. К ним относятся воды рек, озер, болот, временных водотоков, ледников, снежного покрова и др.

Вода подземная – см. Подземные воды.

Вода почвенная см. Влага почвенная.

Вода пресная – см. Пресные воды.

Водные объекты, ассимилирующая способность – см. Ассимилирующая способность водного объекта.

Водные пути – водные пространства, исполь­зуемые для судоходства и сплава леса; наиболее экономичный для перевозки грузов и пасса­жиров вид путей сообщения.

Водные ресурсы – пригодные для ис­пользования в народном хозяйстве воды рек, озёр, ка­налов, водохранилищ, морей и океанов, под­земные воды, почвенная влага, вода (льды) ледников, водяные пары атмосферы. Общий объём (единовременный запас) водных ресурсов приблизительно 1390 млн. км 3 , из них около 1340 млн. км 3 – воды Мирового океана. Менее 2% относится к пресным водам (35,8 млн. км 3 ), а доступны для использования всего 0,3%. Теоретически водные ресурсы неисчерпаемы, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновля­ются в процессе влагооборота. Однако потреб­ление воды растёт такими темпами, что во многих странах ощущается недостаток водных ресурсов, усили­вающийся с каждым годом. Большую опас­ность вызывает загрязнение природных вод, вызванное сбросом в них сточных вод.

Водный баланс – см. Баланс водный.

Водный баланс суши – характеризуется основной зависимостью: количество атмосферных осадков, выпадающих на данной территории, равно сумме испарения, стока и накопления (или расхода) воды в верхних слоях литосферы. Для всего земного шара за годичный период и для средних многолетних условий его отдельных территорий последний член водного баланса равен нулю.

Водный баланс России по бассейнам морей

Бассейны морей Площадь, тыс.км 2 Элементы водного баланса Коэффициент водного стока
Объем, км 3 Слой, мм
Осадки Сток Испарение Осадки Сток Испарение
Белого и Баренцева 0,48
Балтийского 0,34
Черного и Азовского 0,18
Каспийского 0,21
Карского 0,36
Лаптевых, Восточно-Си­бирского и Чукотского 0,49
Берингова, Охотского и Японского 0,42

Водный кадастр – систематизированный свод сведений о водных ресурсах стран. Включает гидрологическую изученность основных гидрологических характеристик и ресурсы поверхностных вод.

Водный периметр – полная протяженность речного ложа и речных берегов, находящихся в постоянном контакте с водой, если рассматривать их в поперечном разрезе.

Дата добавления: 2015-08-11 ; просмотров: 2816 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Расчет гидрологических характеристик речного стока

Графический способ определения нормы среднегодового модуля стока реки с коротким рядом наблюдений. Расчет нормы мутности воды и нормы твердого стока взвешенных наносов. Параметры водохранилища и время его заиления, определение минимального стока реки.

Рубрика Геология, гидрология и геодезия
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 16.12.2011

1. Определение нормы среднегодового модуля стока реки с коротким рядом наблюдений

1.1 Графический способ

В гидрологическом расчете воспользуемся данными реки-аналога. Обозначим индексом «у» расчетные величины опорной реки, индексом «х» реки-аналога. Определим норму модуля стока Муn опорной реки с использованием значения Мxn реки-аналога; по величине Муn по формулам связи другие параметры стока.

Среднегодовые модули речного стока, л/с•кмІ

Отклонение точки от прямой

базовой реки My

Пункт с. Елшанка норма годового стока

Мxn=2,3 л/с•кмІ коэффициент вариации

1.2 Расчет гидрологических характеристик речного стока

По формулам связи последовательно вычисляем для базовой реки:

Норма расхода воды

Норма объема стока

Норма слоя стока

Основные расчетные величины:

1.3 Метод корреляции

Корреляция — взаимосвязь или вероятностная зависимость между явлениями. В функцинальной зависимости y=f(x)переменных величин каждому значению аргумента x соответствует лишь одно, вполне определенное значение функции у. В корреляционной зависимости каждому значению независимой переменной х соответствует множество другой величины у(функции). Такая взаимосвязь описывается кривой распределения.

Обозначим модуль стока опорной реки Мyi=yi, а реки-аналога — Мxi=xi.

В основу метода корреляции положен вывод уравнения регрессии вида:

где Ry/x-коэффициент регрессии по расчетному ряду yi для опорной реки по отношению к статистическому ряду xi реки-аналога:

xo yo — средняя арифметическая величина рассматриваемого ряда наблюдений соответственно опорной реки и реки-аналога:

уy, уx — среднеквадратичное отклонение расчетного ряда и реки-анаога:

n — число членов ряда(лет наблюдений);

r — коэффициент корреляции:

Определяем среднеарифметические значения модулей стока реи аналога хо и опорной реки уо с коротким рядом наблюдений:

r=0.85>0.8 — прямолинейная корреляционная связь между переменными xi и yi удовлетворительная.

Вычисляем средние квадратичные отклонения(ошибку) коэффициента корреляции рядов xi и yi:

Определяем коэффициент регрессии Ry/x, представляющий собою угловой коэффициент наклона прямой регрессии к оси абсцисс:

Составляем уравнение прямой регрессии у по х, с помощью которого можно рассчитать сток опорной реки yi (Myi) с коротким рядом наблюдений:

Линейные уравнения (1) и (2) близко совпадают.

Выполним оценку достоверности рассчитанного коэффициента r корреляции, который равен отношению коэффициента корреляции r к средней квадратичной ошибке:

Kd=10,07>3 — вычисленный коэффициент корреляции достоверный.

По уравнению (2) для нормы модуля стока Мxn=2.3 л/с•км 2 реки-аналога определяем Муn опорной реки и другие расчетные гидрологические параметры:

2. Определение гидрологических параметров речного стока по теоретически заданной кривой обеспеченности

Кривой обеспеченности в гидрологии называют интегральную кривую распределения вероятностной частоты(nx) повторяемости величин какой-либо характеристики речного стока.

2.1 Аналитический метод Фостера

Метод Фостера заключается в подборе теоретической кривой обеспеченности зависимости кр=f(р%, Cv,Cs) для фактических значений модуля Му,i стока короткого ряда наблюдений опорной реки.

Теоретическую кривую обеспеченности методом Фостера удобно строить в безразмерном виде, используя вместо модуля УМyi=Mi стока модульный коэффициент кi:

Где ki — модульный коэффициент i-го члена ряда.

У ki=n, где n — число членов ряда

Определяем для каждого члена ряда фактический процент обеспеченности по формуле Н. Чагодаева:

где m — номер члена ряда, расположенного в убывающем порядке,

n — общее число членов ряда.

Вычисляем коэффициент вариации по формуле:

И коэффициент асимметрии:

Определяем ординаты теоретической кривой обеспеченности по формуле:

C использованием таблицы Фостера-Рыбкина.

Кривая обеспеченности занимает среднее положение по отношению к фактическим точкам, поэтому кривая обеспеченности построена правильно и корректировка величины

Определяем по заданной обеспеченности (р=60%) гидрологические расчетные параметры речного стока Мр=60%, Qp=60%, Wp=60%, hp=60% для кр=60%=0,89:

2.2 Графоаналитический метод Г. Алексеева

Графоаналитическим способом Г. Алексеева можно выполнить расчет нормы модуля и колебание среднегодового стока опорной реки Сорока (пункт с. Марковка), используя данные реки-аналога Самара (пункт с. Елшанка), затем построить кривую обеспеченности и ее очертание сравнить с ТКО, построенной методом Фостера(кривые обеспеченности должны совпасть или быть близкими по очертанию).

По заданию за аналог реки принята река Самара с пунктом наблюдения в с. Елшанка:

площадь водосбора А=232км 2 ,

норма модуля стока Мxn=2.3 л/с·км 2 ,

коэффициент вариации Cvx=0.56.

По точкам Мxi, Mуi строим граыик прямой связи равнообеспеченных модулей опорной реки Муи реки-аналога Мx: на графическом поле проводим осредненную прямую линию.

Для ряда реки-аналога определяем опорные значения модулей стока Мхрхр·Мхn 10,50 и 90 — процентной обеспеченности:

По графику прямой связи определяем, что:

Определяем коэффициент скошенности по формуле Г. Алексеева:

По величине коэффициента скошенности S=0.08 по таблице Г. Алексеева находим:

Определяем среднеквадратичное отклонение расчетного ряда от его среднего значения:

Норма модуля стока расчетного ряда:

По величине Сvy определяем ординаты кр теоретической кривой обеспеченности, используя таблицу Фостера-Рыбкина.

Определяем среднегодовой модуль стока и среднегодовой расход воды 60% обеспеченности:

Полученные величины сравниваем с расчетным значениями в методе Фостера.

Теоретические и расчетные кривые обеспеченности, рассчитанные по методу Фостера и Г. Алексеева почти совпадают.

Расчетные гидродогические параметры модуля стока, расхода, объема и слоя стока близки по величине в обоих методах расчета.

3. Расчет нормы модуля речного стока при отсутствии наблюдений

3.1 Метод изолиний

Река м.Уран, пункт с.Никольское,

площадь водосбора А=2230 кмІ;

центр тяжести ВС площади — широта — 52 о 35ґ, долгота — 53 о 42ґ;

слой осадков Хyn=494 мм/год;

Река — аналог Сорока, пункт с. Марковка с площадью водосбора А=232кмІ.

Определяем норму модуля стока Мyn,используя изолинии региональной карты №1 Северного Заволжья:

По формулам связи рассчитываются другие параметры:

Норма секундного расхода воды

Норма объема стока

Норма слоя стока

3.2 Эмпирический метод

Величину нормы модуля стока Мyn опорной реки можно определить по эмпирическим формулам, если известны в данном бассейне реки величина слоя осадков и коэффициент стока б. Коэффициент стока представляет собой отношение высоты слоя стока к слою осадков Хyn:

б — коэффициент среднегодового стока реки, определяется по региональной карте №2 по координатам водосборной площади; б=0,26

Хyn — норма среднегодовых осадков, Хyn=494 мм/год.

Высота слоя стока

Норма модуля стока

Норма объема стока

Норма секундного расхода воды

Сравнение расчетных параметров речного стока

величина нормы модуля стока

Параметры кривой обеспеченности

По графику прямой связи

По методу корреляции

По карте изолиний

4. Расчет нормы мутности воды и нормы твердого стока взвешенных наносов

4.1 Определение нормы мутности воды по карте и нормы твердого стока

Данным расчетом определяют среднегодовой расход взвешенных насосов и сроки заиления Т, водохранилища, для чего необходимо знать норму твердого стока Ryn (кг/с) опорной реки можно определить графическим способом, построив кривую зависимости Ri=f(Qi) по фактическим данным или с использованием карты №10 Северного Заволжья.

Норма твердого стока взвешенных насосов, кг/с:

Где = норма мутности воды, г/м 3 ;

= норма расхода воды, м 3 /с.

Принимаем способ расчета Ryn по карте Северного Заволжья. По карте №10 =г/м 3 , тогда

По величине нормы твердого расхода можно определить среднегодовой твердый сток опорной реки

Удельный вес насосов в воде гn? тс/м 3 , их среднегодовой объем составит

4.2 Расчет параметров водохранилища и времени его заиления

Число лет заиления водохранилища

Где — мертвый объем водохранилища, предназначенный для аккумуляции (накопления) насосов.

Известно, что полный объем воды водохранилища делят на полезный, используемый в хозяйственных целях, и мертвый объем. Полезный объем воды находится между отметками vНПУ (нормальный подпорный уровень) и vУМО (уровень мертвого объема); мертвый объем воды ограничен отметками vУМО и ложем реки. Чем выше vУМО, тем больше мертвый объем в водохранилище. Полный объем воды водохранилища зависит от среднегодового объема речного стока, вида его регулирования (годовое, многолетнее) и высоты Н1 накопленной воды в верхнем бьефе.

Полный объем водохранилища годового регулирования составляет 30-50% (в=0.3-0.5) от среднегодового стока малой (средней) реки

С другой стороны

По батиграфической характеристике водохранилища при

5. Определение минимального стока реки

Источник