Федеральное агентство по образованию

Федеральное агентство по образованию

Архангельский государственный технический университет

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕК

Методические указания по выполнению расчетно-графической и контрольной работ по дисциплине «Водный кадастр»

Архангельск 2009

Рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией факультета природных ресурсов Архангельского государственного технического университета 2008 года.

Составитель

В.А.Барабанов, доцент, кандидат технических наук

Рецензент

Н.С.Главатских, доцент, кандидат технических наук

УДК 536.048

Барабанов В.А. Гидрологические характеристики рек. Методические указания к выполнению расчетно-графической и контрольной работ по дисциплине «Водный кадастр». – Архангельск: Арханг. гос тех. ун-т,2009. - с.

Подготовлены кафедрой водного транспорта леса и гидравлики.

Дана методика выполнения расчетно-графической и контрольной работ по гидрологическим характеристикам рек, построению графика колебаня уровней и кривых продолжительности и обеспеченности

Предназначены для студентов специальности 120302 «Земельный кадастр» дневной и заочной форм обучения.

Табл.12. Ил.7 Библиогр. 6 назв.

© Архангельский государственный

технический университет, 2009

© Барабанов В.А., 2009

Введение

В дисциплину «Водный кадастр» входят, как составляющие разделы, основы гидрологии и гидрометрии.

Самостоятельная работа студентов по этим разделам,кроме подготовки к занятиям, предполагает для студентов дневного обучения выполнение расчетно-графической работы объемом затраченного времени 15 часов и для студентов заочного обучения выполнения контрольной работы с затратой времени 10 часов.

Основное содержание расчетно-графической работы:

Задание №1 Тема: Построение гидрографической схемы речной сети

Основное содержание: По карте (масштаба 1: 10000 или 1: 20000) измерить длину реки и её притоков. Определить морфологические коэффициенты (извилистости и разветвленности и др.). Построить гидрографическую схему речной сети и график нарастания водосборной площади.

Задание №2 Тема: Построение графика колебаний уровней.

Основное содержание: сделать выборку из ежегодника гидрологических данных числовых значений уровней заданной реки. Основные сведения обозначить условными знаками. Построить графики колебаний уровней и кривых их повторяемости и обеспеченности.

Объем РГР 10 страниц.

Основное содержание контрольной работы для студентов – заочников.

Контрольная работа (заочное обучение)

Тема: Построение гидрографической схемы речной сети и графика колебаний уровней.

Основное содержание: по карте масштаба 1: 100000 установить границы речного бассейна, определить длину реки и ее притоков. Определить коэффициенты извилистости и разветвленности и др. Построить гидрографическую схему речной сети. Сделать выборку из ежегодника гидрологических данных числовых значений уровней заданной реки за год. На клетчатой (миллиметровой) бумаге построить график колебаний уровней и кривые их повторяемости и обеспеченности.

Объем контрольной работы 10 страниц.

Варианты заданий для студентов –заочников выдает преподаватель на установочных занятиях.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ И ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕК

Исходные данные:карта бассейна реки в масштабе 1:100000 с прито­ками первого и второго порядков, болотами, озерами, населенными пунктами, мостами, водомерными постами; отметки истока и устья . Местность условно счита­ется плоской.

Требуется:

- измерить длину главной реки и ее притоков;

- построить гидрографическую схему;

- определить площадь бассейна и его элементы;

- построить график нарастания площади бассейна;

- определить, морфометрические характеристики бассейна: среднюю ширину,
коэффициент вытянутости, коэффициент асимметрии, коэффициент густоты речной сети, коэффициент извилистости главной реки, средний уклон;

- определить физико-географические характеристики бассейна: коэффициенты озерности, заболоченности, лесистости.

1.1. Подготовка схемы бассейна реки

На миллиметровой бумаге или листе обычной тетради в клетку изображается(копируется с карты) схема реки с тремя притоками первого порядка и несколькими притоками второго порядка. Присваивается название притокам или они нумеруются. Если есть озера, соединяющиеся с рекой, то они учитываются при определении длины реки или ее притоков. Прорисовываются контуры болот и озер. На главной реке наносят контуры населенных пунктов, мосты, водомерные посты при их наличии (рис.1.1).

1.2. Измерение длины реки и ее притоков

Длину реки измеряют по фарватеру или судовому ходу, или по средней линии (при изображении реки в две линии) по всем извилинам дважды - от устья к истоку и от истока к устью. Разница не должна превышать 2 %. За расчетное принимают среднее значение. Для измерения используют

Рис.1.1. Схема реки с водораздельной линией

курвиметр (ведут от себя), а при его отсутствии циркуль-измеритель с отложением постоянного раствора 1...2 мм, периодически про­веряют этот раствор. Измеряют длину между характерными створами и заносят резуль­таты в журнал (табл. 1.1). В журнал записывают целые и десятые доли делений шкалы курвиметра или отложений раствора циркуля.

Фактическая длина вычисляется по формуле

, (1.1)

где l - длина реки или ее участка, км;

а - цена одного деления курвиметра или одного отложения раствора циркуля, км;

п - отсчет делений или отложений.

Длина озера на реке входит в ее длину.

Таблица 1.1

Журнал измерения длины реки(цена деления курвиметра а = 0,1 км)

Место створа	Число делений курвиметра (отложений циркуля^*)	Измеренная длина участка, км	Расстояние от устья, км
от устья	между створами	среднее
1-е измерение	2-е измерение
Главная река
Устье	0,0	-	-	-	-	0,0
-	25,1	24,9	25,0	2,5	-
Р. Синяя	25,0	-	-	-	-	2,50
-	7,2	7,2	7,2	0,72	-
Мост	32,2	-	-	-	-	3,22
…
Исток	120,0	-	-	-	-	12,0
Притоки первого порядка
Устье р.Синей	0,0	-	-	-	-	0,0
…
Исток р.Синей	60,0	-	-	-	-	6,0
…
Притоки второго порядка
р. Светлая	-				3,0	3,0
…

^*Раствор циркуля 1 мм.

1.3. Построение гидрографической схемы реки

Гидрографическая схема реки строится в прямых линиях с использованием дан­ных табл. 1.1.

На горизонтальной линии откладывают длину главной реки в масштабе, разме­чают километраж, считая за начало отсчета устье, и отмечают характерные створы (места впадения притоков, мосты, населенные пункты, водомерные посты и др.). Под произвольным углом к этой линии проводят прямые линии притоков первого порядка, а к ним - второго, наносят на линиях название и длину рек в км, площадь водной по­верхности озера в км² (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Гидрографическая схема реки

1.4. Построение графика нарастания площади бассейна реки

Для построения графика нарастания площади бассейна реки по наивысшим отметкам местности проводят пунктиром водораздельные линии всего бассейна реки и ее притоков первого порядка. Нумеруют римскими цифрами водосборные площади притоков и арабскими - межприточные пространства от истока к устью вначале по правому берегу главной реки, а затем по левому (см. рис. 1.1). В рассматри­ваемом случае местность условно считается горизонтальной и водораздельные линии также условны.

Площади определяют графическим способом, планиметрированием или другими методами. При графическом способе используют прозрачную палетку с размерами сторон ячейки 2 мм. Палетку накладывают на измеряемый контур, опре­деляют дважды число полных и неполных (на глаз) ячеек. Если расхождение между двумя подсчетами не превышает 2 %, то средний результат умножают на цену деления палетки в км² и получают площадь контура. При выполнении задания вместо палетки можно использовать клетчатую бумагу, на которой изображена схема реки. Цена деления клетки миллиметровой бумаги со стороной 1 см - 1 км² (1 мм - 0,01 км²), одной клетки тетради - 0,25 км². Результаты измерения площадей записывают в ведомость (табл. 1.2). Для контроля определяют всю площадь бассей­на реки. При обнаружении расхождения в определении всей площади и суммы частных площадей больше 1 % невязку распределяют пропорционально частным площадям.

Таблица 1.2

Ведомость определения площади бассейна

Наименование площадей	Число клеток, ед.	Цена деления, км^2/ед.	Площадь F, км^2
1-й отсчет	2-й отсчет	Среднее
Межприточное пространство 1	Правый берег
р. Синяя…					-
				Итого	-
Межприточное пространство 3	Левый берег		-
р. Желтая …					-
				Итого	-
				Суммарная	-
Весь бассейн реки					-
Невязка					-

Для построения графика назначают горизонтальный 1 см = 1 км и вертикальный 1 см = 10 км² масштаб, проводят горизонтальную линию главной реки, разбивают километраж, намечают положение устьев притоков. Площади откладывают в масштабе от истока к устью для правого берега вниз, для левого - вверх. Суммарную площадь откладывают вверх, а интегральную линию проводят пунктиром, добавляя к площади каждого притока межприточную площадь, снятую в масштабе с графика в створе устья этого притока. Принцип построения графика показан на рис. 1.3.

При гидрологических расчетах по графику нарастания площади водосбора определяют суммарную площадь водосбора в любом интересующем створе реки.

Рис. 1.3. График нарастания площади бассейна реки

1.5. Определение морфометрических и физико-географических характеристик реки

Наряду с длиной реки и водосборной площадью в гидрологических расчетах ис­пользуют другие морфометрические характеристики.

Средняя ширина бассейна

, (1.2)

где F- суммарная площадь бассейна, км² (табл. 1.2);

L₆ - длина бассейна (расстояние от устья до водораздельной линии по прямой).

Коэффициент вытянутости бассейна

, (1.3)

где - длина главной реки, км.

Коэффициент извилистости реки

, (1.4)

где L - расстояние по прямой от истока до устья, км.

Коэффициент асимметрии бассейна

, (1.5)

где F_л и F_n - соответственно площадь водосбора левого и правого берегов (табл. 1.2

или рис. 1.3).

Коэффициент густоты речной сети бассейна

, (1.6)

где - сумма длин всех поверхностных водотоков в бассейне (табл. 1.1), км.

Средний уклон главной реки

, (1.7)

где ΔН - падение реки,

. (1.8)

Обычно принимают ΔН в м, a L - в км, тогда уклон выражается в м/км, или промилле (‰), или в процентах (%): 1 м/км = 1‰ = 0,001 = 0,1 %.

Вычисляют физико-географические характеристики:

- коэффициент озерности

, (1.9)

где F_оз - площадь зеркала озер, км² (рис. 1.1).

- коэффициент заболоченности

, (1.10)

где F_бол - площадь болот, км² (рис. 1.1).

- коэффициент лесистости

, (1.11)

где F_лec - площадь лесов, км².

Площади F_оз и F_6oл определяют рассмотренными ранее методами. При вычис­лении коэффициента лесистости в задании условно можно принять за F_лес суммарную площадь водосбора за вычетом площади озер, болот и населенных пунктов.

Кроме приведенных характеристик, иногда определяют и другие, которые здесь не рассматриваются.

2 ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА КОЛЕБАНИЯ УРОВНЕЙ, КРИВЫХ ЧАСТОТЫ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СТОЯНИЯ УРОВНЕЙ

График колебания уровней воды строят по данным таблицы «Ежедневные уровни воды», которые приведены по водомерным постам в гидрологических ежегод­никах [1]. В таблице указаны среднесуточные уровни за каждый день года, а также наивысшие и наинизшие уровни по срочным наблюдениям. Явления ледового режима обозначены условными знаками:

) - забереги; || - вода течет поверх льда;

: - сало; или (- закраина;

х - редкий шугоход; П - подвижка льда;

* - густой шугоход; ▼- затор и зажор;

о - редкий ледоход; - первый и последний пароход;

● - густой ледоход; # - начало и конец лесосплава.
| - ледостав;

В прил. 1 приведены такие данные по водомерному посту Усть-Пинега на р.Северная Двина.

Из приложения или ежегодника переписывают отметку нуля графика водомер­ного поста () в Балтийской системе, уровни и условные обозначения в годовую таб­лицу уровней (прил. 2А), по данным которой на миллиметровой бумаге формата А4 или A3 (рис.2.1) строят плавный график колебания уровней, располагая шкалу времени по большей стороне листа.

Выше максимальных уровней горизонтальными жирными линиями обозна­чают период ледостава и параллельными линиями - периоды весеннего и осеннего ледохода.

На графике обозначают характерные уровни, а в пояснительной записке состав­ляют таблицу характерных уровней (табл.2.1) с указанием их наименования, даты, величины уровня (Н, см) и его отметки ( Н, м):

. (2.1)

На графике обозначаются характерные периоды: зимняя межень - длительное стояние низких уровней зимой; весеннее половодье - от начала интенсивного (5-10 см в сутки) подъема уровней (т.3) до конца спада (т.5); летние и осенние паводки; летняя межень - длитель­ные стояния низких уровней летом. Обозначают также отметки максимальных и минимальных уровней по срочным наблюдениям.

На том же графике строят гистограмму распределения и кривую повторяемости (частоты), а также кривую обеспеченности (продолжительности) уровней воды, для чего обрабатывают ежедневные уровни в специальной таблице (прил. 2Б).

Всю амплитуду колебания уровней от наивысших до наинизших разбивают

на интервалы через 20, 40 или 50 см и выписывают в таблицу число дней

стояния уровней в пределах каждого интервала по месяцам. Разбивку на

интервалы рекомендуется начинать со значения величины уровня примерно

на половину интервала больше наибольшего наблюденного уровня. В графе

«Повторяемость» суммируют дни стояния по горизонтали и вычисляют

процент суммы этих дней от общего числа дней в году. В графе

«Продолжительность» последовательно суммируют дни стояния уров­ней и

проценты по вертикали, используя данные графы «Повторяемость». В

табл.2.2 приведен пример разбивки уровней на интервалы

Таблица 2.1

Характерные уровни

№ точки	Наименование	Дата наступления	Н, см	, m
	Начало графика	01.01.01
	Минимум зимней межени
	Начало интенсивного подъема весенних уровней
	Наивысший уровень весеннего половодья (пик весеннего половодья)
	Конец спада уровней весеннего половодья
	Начало летнего паводка
	Наивысший уровень летнего паводка
	Конец летнего паводка
	Минимум летней межени
	Начало осеннего паводка
	Наивысший уровень осеннего паводка
	Конец осеннего паводка
	Конец графика	31.12.01
	Начало весеннего ледохода (конец ледостава)
	Конец весеннего ледохода
	Начало осеннего ледохода
	Конец осеннего ледохода (начало ледостава)

Таблица 2.2

Пример обработки уровней воды по интервалам

Интервалы уровней, см	Месяцы	Повторяе­мость	Продолжи­тельность
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Дни	%	Дни	%
360-341														0,5		0,5
340-321														1,4		1,9
													-	-	-	-
40-21														1,4
Всего

По данным графы «Повторяемость» строят ступенчатую гистограмму распреде­ления, откладывая число дней стояния уровней в пределах каждого интервала вправо от начала года. Соединяют плавной линией середины ступеней гистограммы и получают кривую повторяемости уровней (кривую частоты).

Повторяемостью уровня называют число суток (случаев) появления уровня в пределах какого-то интервала. Повторяемость, выраженную в процентах от общего числа дней наблюдения (случаев), называют частотой.

По данным графы «Повторяемость» строят кривую по точкам, соответствующую числу дней (процентов) и середине соответствующего интервала уровней. Построенная кривая соответственно называется кривой повторяемости (в днях) или кривой частоты (в процентах).

Продолжительностью стояния уровня называют число суток (случаев) в период наблюдения (в рассматриваемом примере 365 дней), когда наблюдались уровни, равные рассматриваемому или больше него. Продолжительность, выраженную в про­центах, называют обеспеченностью рассматриваемого уровня. По данным графы «Продолжительность» строят кривую по точкам, соответствующим числу дней (процентов) и нижней границе соответствующего интервала уровней. Построенная кривая соответственно называется кривой продолжительности (в днях) или кривой обеспечен­ности (в процентах).

На оси уровней обозначают три точки:

А - центр распределения, соответствующий среднему арифметическому значе­нию уровня :

, (2.2)

где H_i - уровень за какой-то день;

п - число дней наблюдения (n = 365);

В - мода, соответствующая наиболее часто наблюдаемому уровню (модальному уровню);

С - медиана, соответствующая обеспеченности уровня 50 % (медианному уров­ню). Медианная частота делит площадь, описанную кривой повторяемости, на две равные части (верхняя и нижняя).

В практических расчетах обычно используют кривые частоты, например, для определения характерных уровней (модального или медианного, более объективно характеризующего среднее положение уровня, чем его среднеарифметическое значе­ние), и кривые обеспеченности, например для оценки вероятности высоких, средних или низких уровней.

Дата добавления: 2015-09-29