6 Внутригодовое распределение стока

Цель работы – рассчитать внутригодовой сток реки

Задачи

1) определить расчетное внутригодовое распределение расходов воды методом реального года;

2) определить расходы воды заданной обеспеченности не лимитирующего периода, лимитирующего периода (не лимитирующего и лимитирующего сезонов);

3) построить расчетные гидрографы с заданной вероятностью превышения.

Краткая характеристика

Установление закономерностей внутригодового хода стока рек по периодам, сезонам и внутри сезонов ведется, так как на его основе планируется использование водных ресурсов для различных водохозяйственных целей. На внутригодовой сток влияет целый ряд физико-географических факторов. В первую очередь распределение стока зависит от изменения в течения года осадков и температуры воздуха, площади и рельефа бассейна, гидрогеологических условий, озерности, залесенности, заболоченности.

Климатические факторы определяют общий характер распределения стока в том или другом географическом районе. Остальные факторы (азональные), которые характеризуют особенности конкретного бассейна могут в значительной мере изменять внутригодовое распределение стока, что особенно сказывается на водности малых рек. Известны различные классификации рек, которые отражают распределение годового стока.

Б.Д. Зайков все реки России делит на три группы: с весенним половодьем, с половодьем в теплую часть года и с паводочным режимом. Реки с половодьем наиболее распространены и в зависимости от характера половодья и размера стока в остальную часть года реки делится еще на пять типов.

Казахстанский - характеризуется очень высокой волной половодья и низким (до полного пересыхания) стоком в остальную часть года. Сток дает почти исключительно зимние осадки, быстрое таяние которых вызывает высокое, но непродолжительное половодье.

Восточноевропейский - характеризуется высоким весенним половодьем, летней меженью, прерываемой эпизодически ливнями, низкой зимней меженью и повышенным осенним стоком. Некоторые реки этого типа имеют два максимума: первый (главный) - весной и второй - осенью.

Западносибирский — имеет небольшое, растянутое поло­водье, повышенный летне-осенний сток и низкую зимнюю ме­жень. Наличие в бассейнах рек этого типа болот, озер, обшир­ных, заливаемых пойм оказывает регулирующее влияние на сток.

Восточносибирский - характеризуется высоким половодьем, систематическими летне-осенними паводками и очень низким зимним стоком. Этот тип рек связан с обильными дождями летом и осенью и ограниченностью подземного питания.

Алтайский - отличается невысоким, растянутым, гребенча-товидным половодьем, повышенным летне-осенним и низким зимним стоком.

Для рек Ангарского бассейна характерен Восточносибирский.

Внутригодовой сток связан с расчетами по сезонам и месяцам, ряды которых представляют собой случайные величины. Следовательно, расчет внутригодового стока заключается в определении за сезоны и за месяцы с заданной вероятностью превышения.

Для определения внутригодового стока реки используются различные методы. Их суть сводится к вычислению расходов воды заданной вероятности превышения по сезонам, месяцам, декадам и суткам.

Кроме этого, возможны два способа предоставления характеристик внутригодового распределения стока: календарное – по различным интервалам времени (сезон, месяц, декада, сутки) и некалендарное – в порядке убывания расходов (месячных, декадных или суточных).

При расчетах внутригодового стока реки рассматриваются следующие ситуации: наличие данных, их недостаточность и отсутствие.

При наличии данных наблюдений для расчета внутригодового стока реки используют метод компоновки и метод реального года. Метод компоновки делится на две части: межсезонное и внутрисезонное распределение. Такое деление вызывается тем, что распределение стока внутри какого-либо гидрологического сезона зависит от водности.

Рассмотрим более подробно метод реального года, который применяется при наличии длины ряда не менее 25 лет.

Суть метода состоит в том, что из числа фактических гидрографов в качестве расчетного выбирают тот, у которого обеспеченность годового стока, лимитирующего периода и сезона близки к расчетной обеспеченности.

Для расчета внутригодового стока реки вводится следующие понятия: некалендарный год, лимитирующий период, нелимитирующий период, лимитирующий сезон, нелимитирующий сезон. Задача сводится к расчету расхода воды с заданной вероятностью превышения лимитирующего и нелимитирующего периода, лимитирующего и нелимитирующего сезона и по месяцам. Некалендарный год связан с работой водохозяйственных сооружений. В частности, для рек Ангарского бассейна, таковым является апрель. Продолжительность некалендарного периода соствляеь 12 месяцев.

Для решения поставленной задачи нам необходимо знать расход воды при вероятности превышения 80% ( ) и коэффициенты ( ). Имея значения этих параметров, определяются месячные расходы воды по формуле:

. (6.1)

На основе выражения рассчитаны значения расходов воды вероятности превышения 80% по месяцам, начиная с нелимитирующего периода.

Для расчетов лимитирующего периода(ЛП) и сезона (ЛС) используются формулы.

, (6.2)

, (6.3)

где , - расходы воды заданной вероятности превышения (Р) за лимитирующий период и сезон, , - коэффициенты распределения годового стока по лимитирующим сезонам и периодам.

Используя формулы 6.2 и 6.3 определены расходы воды с заданной вероятностью превышения (Р=80%) для лимитирующего периода и сезона.

Расходы воды в нелимитирующий период и сезон считаются по формулам:

, (6.4)

, (6.5)

По полученным данным строим расчетные гидрографы.

Пример выполнения задания

Исходные данные: годовой расход воды реки Ия у г. Тулун (131 м³/с) при заданной вероятности (в примере Р=80%); коэффициенты размещения годового стока по месяцам, периодам и сезонам (%), продолжительности лимитирующего периода (X-III), лимитирующего сезона (XII-III), нелимитирующего периода (IV-IX), нелимитирующего сезона (X-XI)/

Требуется: 1) определить расчетное внутригодовое распределение расхода воды методом реального года; 2) определить расходы воды заданной обеспеченности нелимитирующего периода, лимитирующего периода (нелимитирующего и лимитирующего сезонов); 3) построить расчетные гидрографы с заданной вероятностью превышения.

Порядок выполнения задания

Для решения поставленной задачи нам необходимо знать расход воды при вероятности превышения 80% ( ) и коэффициенты ( ). Имея значения этих параметров, определяются месячные расходы воды по формуле (6.1)

На основе выражения рассчитаны значения расходов воды вероятности превышения 80% по месяцам, начиная с нелимитирующего периода.

Для расчетов лимитирующего периода(ЛП) и сезона (ЛС) используются формулы (6.2)-(6.3).

Определены расходы воды с заданной вероятностью превышения (Р=80%) для лимитирующего периода и сезона. Результаты вычислений приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Месячные расходы воды

Месяцы	4	5	6	7	8	9	10	11	12	1	2	3	ЛП	ЛС	НП	НС
kiр	5	11,3	17	25,2	17,3	10,9	6,4	2,7	1,5	1,1	0,8	0,8	13,3	4,2
Q, м3/с	6,55	14,803	22,27	33,012	22,663	14,279	8,384	3,537	1,965	1,441	1,048	1,048	11,921	5,502	113,6	6,4

Расходы воды в нелимитирующий период и сезон считаются по формулам (6.5)-(6.6):

По полученным данным строим расчетные гидрографы.

Рисунок 6.1 – Расчетный гидрограф при Р=80% реки Ия г. Тулун по месяцам

Рисунок 6.2 - Расчетный гидрограф при Р=80% реки Ия г. Тулун по периодам

Вопросы для самопроверки