Построение и анализ кривой расходов воды р. Хопер у г. Новохоперск за 1962 год

По значениям Q и H строится кривая расходов воды Q=f(H), или КР (рисунок 1). Вертикальный масштаб 1:20, горизонтальный для Q 1:50.

На этом же листе выполняется  построение кривых площадей водного  сечения W=f(H) и средних скоростей V_ср=f(H). Для построения кривой площадей водного сечения используются данные граф 5 и 7, а скоростей течения – 5 и 8 (таблица 1).

Кривые расходов, площадей и скоростей строятся с учетом только расходов, измеренных в период, свободный ото льда. Значения расходов зимнего периода и периода  зарастания наносятся для сопоставления, лежат левее основной кривой, так  как расходы воды при ледоставе, траве всегда меньше расходов при  свободном состоянии русла для  одного и того же уровня. При построении кривой расходов, площадей и скоростей  во внимание они не принимаются. Чертеж оформляется согласно общим требованиям.

 

 

2.2 Экстраполяция кривых

Кривая расходов воды должна охватывать полную амплитуду колебаний  уровня за тот период, для которого вычисляется сток воды. Если при  самых высоких и самых низких уровнях расходы не измеряются, то кривые Q=f(H), W=f(H), V_ср=f(H) экстраполируются вверх до высшего и вниз до низшего уровней воды. Кривая расходов считается надежной для подсчета стока, если экстраполяция не превышает 10%, вниз – 5% амплитуды уровней за год при условии, что профиль поперечного сечения не имеет резких переломов в пределах экстраполируемого участка, а шероховатость берегов изменяется незначительно.

В данной работе экстраполяция  кривой расходов произведена графическим  способом. Данный способ заключается  в том, что кривую графически продолжают до необходимого уровня воды (высшего  или низшего), руководствуясь общим  направлением кривой, построенной на основании измерений. Экстраполированная часть кривой показывается на чертеже пунктирной линией. Экстраполяция вверх составила 0,4 см (0,09%), вниз - 0,1 см (0,02%).

 

2.3 Увязка кривых

Построив кривые, производят их увязку. Для проверки, увязки и  анализа кривой по всей амплитуде  выбираются значения через равные интервалы уровня (440, 340, 240, 140) , также высший – 506, низший – 49. Для этих значений с соответствующих кривых снимают Q, W, V_ср. Затем сопоставляют произведения W·V_ср  со значением Q_кр, снятым с кривой. В данной увязке расхождения между Q_выч. и Q_кр менее 1%, следовательно кривые построены правильно.

 

2.4 Таблица плавности

О правильности построения кривых судят также по таблицам плавности.

Она составляется от УНВ  до УВВ через 1 см чертежа (таблица 4). В таблице ΔQ₂₀ м³/с – приращение расхода на 20 см согласно масштабу КР, величина ΔΔQ₂₀ м³/с – приращение между приращениями ΔQ₂₀. Приращение расходов в графе 3 все время увеличивается от низшего уровня к высшему. Второе приращение или постепенно увеличивается, или постепенно уменьшается.

 

2.5. Таблица координат

В ТГ-10 (таблица 5) выписывается период применения КР, который исчисляется  от даты начала половодья и до конца  календарного года. Таблица начинается с расхода для низшего уровня воды. Он вписывается в клетку, находящуюся  на пересечении строки 40 и графы 9, соответствующую уровню 49 см. Далее  с кривой расходов или таблицы  плавности снимают значения расходов через 1 см чертежа и записывают в  графу «0» таблицы 5. Эти величины называют опорными и подчеркиваются в таблице. Для промежуточных  значений уровня (на 1 см) Q вычисляются интерполированием между опорными значениями. Например, для уровней от 90 до 100 приращение расхода составило Q=50,0-45,0= 5,0 м³/с. На 1 см оно равно 0,50 м³/с. Следовательно, на 91 см Q=45,0+0,5=50,0 м³/с. Таблица координат заканчивается максимальным расходом на максимальный уровень, то есть

541 м³/с на 506 см.

 

2.6 Отклонения измеренных расходов воды

Только по выводам, сделанным  из таблицы 6, можно судить о правильности осреднения, о правильности проведения кривой. В графе 6 положительных и  отрицательных отклонений должна быть равна нулю, а сумма численных  значений, выраженная в % (графа 7), должна быть близкой к нулю или равна  нулю. Процентные отклонения считаются  с точностью до 0,1.

 

3. ПОДСЧЁТ СТОКА

3.1 Подсчёт стока за период ледяных образований

Для периода ледяных образований для вычисления стока применяется метод переходных коэффициентов К_зим.=f(T), который характеризует степень нарушения связи между уровнем и расходом в результате суммарного влияния ледяных образований. Метод переходных коэффициентов применим в том случае, когда река покрывается устойчивым ледоставом, не нарушаемым в период оттепелей.

Численная величина К_зим. Рассчитывается по формуле

К_зим.=Q_зим.:Q_св.

По данным графы К_зим. Таблицы 7 вычерчивается хронологический график К_зим.=f(T) в координатных осях К_зим (ось у) и Т (ось х), где Т – дата измерения расхода воды, взятая из таблицы ТГ-8 (рисунок 2).

Ежедневные и срочные  расходы воды получаются путем умножения  значений расходов, снятых с кривой свободного состояния для соответствующих  данных датам уровням, на величины ежедневных переходных коэффициентов, определяемых по графику, с использованием формулы:

Q_зим= Q_св.· К_зим

Вычисление ведется в  таблице 8 специального образца (формата  ТГ-9).

 

 

 

3.2 Подсчет стока за период, свободный ото льда

В таблицу ежедневных расходов вносятся расходы воды при свободном  состоянии русла, которые находятся  из расчетной таблицы координат  по среднесуточному уровню воды за данное число. Заполняется таблица 9.

 

По данным таблицы Ежедневных расходов воды составляется упорядоченная  таблица расходов воды. В ней все  среднесуточные расходы за год располагаются  в порядке убывания их величин. По данным этой таблицы в таблицу  Ежедневных расходов воды помещаются расходы воды с вероятностью превышения в 30,90,180,270,355 суток (таблица 10).

 

 

 

3.3 Подсчет стока  за календарный год

В таблице 9 вычисляются характеристики стока за календарный год: объем  стока (W), модуль стока (М), слой стока (Н).

Объем стока определяется по формуле

W=Q_год×Т,

где Q=80,8 м³/с, Т=31,54×10⁶с.

Модуль стока – количество воды в литрах, стекающее в секунду с квадратного километра площади. Он подсчитывается по формуле:

М=( Q_год×10³):А,

где А=34800 км², Q=80,8 м³/с.

Слой стока образуется при равномерном распределении по площади водосбора объема стока. Он выражается в миллиметрах и рассчитывается по формуле:

Н=(W×10³):А.

 

3.4 Характеристики  стока

В работу помещается таблица  освещенности кривой расходов (таблица 11). Здесь указываются следующие сведения: период действия кривой данного года, период действия кривой прошлого года, количество расходов, принятых для построения КР, освещенность КР фактическими измерениями, процентная характеристика экстраполированного участка, период применения переходного коэффициента для подсчета стока.

Также в работу вкладывается словесное описание схемы подсчета стока. Для р. Хопер у г. Новохоперск схема несет следующие сведения. Расходы воды вычислены 1/I-8/III КР₁₉₆₂×К_зим; 9/III-2/IV КР × К_зим; 3/IV-6/XII КР; 7/XII-31/XII КР × К_зим.

Для построения кривой использовано 30 измерений расхода, освещающих 99,89% амплитуды колебаний  уровней за период действия КР. Точки  Q=f(H) на кривой расходов лежат согласно. Кривая экстраполирована вверх на 0,4 см (0,09%) для Q>541м³/с и вниз на 0,2 см (0,02%) для Q<27,6 м³/с.

Хронологический график К_зим для периода 1/I-1/IV и 6/XII-31/XII построен соответственно по 9 расходам. Наименьшее значение К_зим в начале года 0,59, а в конце года - 0,28.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа исходной гидрологической  информации по измеренным расходам воды (таблица ТГ-8), уровней воды (таблица 1.2). описания поста построены кривая расходов воды КР для реки  Хопер у поста Новохоперск за 1962г. год и вспомогательные кривые площадей и скоростей.

Для данного года рассчитаны ежедневные расходы воды и определены характерные расходы воды.

Для подсчета стока был  выбран метод переходных коэффициентов  для периода ледостава и кривая расходов свободного состояния для  остального промежутка времени.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Быков В. Д. Гидрометрия / В. Д. Быков, А. В. Васильев. – Л. : Гидроме-теоиздат, 1977. – 448 с.
2. Дмитриева В. А. Практическая гидрометрия: учеб. пособие / В. А. Дмит-

риева. – Воронеж: ИПЦ Воронеж. гос. ун-т, 2008. – 200 с.

3. Лучшева А. А. Практическая гидрометрия / А. А. Лучшева. – Л. : Гидрометеоиздат, 1983. – 209 с.