Практична робота №2

Тема: Вивчення гідрографічних характеристик малих річок.

Мета: навчитися визначити коефіцієнт звивистості головної річки, гущину річкової мережі, коефіцієнт видовження басейну, ознайомитись з будовою річкової долини.

Хідр роботи

Поняття "мала річка".

Річкою, на відміну від струмка, балки, канави, прийнято називати постійно діючий водотік, первісно утворений природним шляхом, що має течію води протягом року (а якщо пересихає чи перемерзає, то на короткий час і не щороку). Оскільки в різних ландшафтних зонах розміри водотоків, що тимчасово пересихають чи перемерзають, дуже різняться між собою, різними будуть і розміри річки, яку за класифікацією відносять до малої.

В Україні існує два кількісних критерії, відповідно до яких річки класифікують за розмірами. За критерієм, в основу якого покладено площу водозбору, до категорії “мала річка” віднесені водотоки з площею басейнів не більше 2000 км² за умови, що річка розташована в одній фізико-географічній зоні з властивим для неї гідрологічним режимом. За критерієм, що базується на довжині водотоку, до малих належать річки, довжина яких не перевищує 100 км.

Малі річки містять у собі основну масу запасів прісних вод України і відіграють величезну роль в економіці проживаючого в їх басейнах населення. За оцінками спеціалістів, вони формують 60% сумарних водних ресурсів України. На Поліссі і в Лісостепу зосереджено 60% водних ресурсів цих річок, у Карпатах – близько 25%, у Степу – близько 12%.

Будова річкової долини.

 

Річки зазвичай течуть у вузьких витягнутих знижених формах рельєфу, що звуться річковими долинами.

Місце, з якого розпочинається річка, називають її витоком (зазвичай джерело, озерце, болото). Місце, де річка впадає до іншої водойми (річка, озеро, море тощо), – це гирло.

Частина поверхні суші, з якої та чи інша річка збирає свої води, називається її водозбором (або водозбірним басейном). Водозбір – ділянка суходолу і товща ґрунту й гірських порід, звідки природні води стікають у річкову систему, озеро та ін. водні об'єкти. Розрізняють водозбори поверхневі й підземні. Поверхневі водозбори розмежовуються лініями вододілів. Якщо площі підземних і поверхневих водозборів збігаються, то це поняття стає тотожним басейну річки (озера). Характеристика водозборів залежить від фізико-географічних умов (лісистості, заболоченості територій та ін.), які впливають на особливості формування стоку. До основних характеристик басейну річки, крім його площі, належать довжина, пересічна та найбільша ширина, похил, пересічна висота і коефіцієнт асиметрії басейну.

Ділянки, які відокремлюють території, вода з яких збігає у різні річки, називаються вододілами. Вододільні лінії проходять по найбільш підвищених точках поверхні між сусідніми річковими басейнами. Вододіл – межа між басейнами суміжних водних систем. Розрізняють вододіли поверхневі та підземні. Поверхневий вододіл проходить через найвищі точки земної поверхні, що лежить між двома водними системами. Територію України лінія вододілу розмежовує на південні та північні схили. Річки південного схилу (Дунай, Дніпро, Дністер, Південний Буг, Сіверський Донець) належать до басейну Чорного і Азовського морів. Річки північного схилу (басейн Вісли) – до басейну Балтійського моря (басейни цих річок становлять лише 4% площі республіки). 

Основними складовими річкової долини є:

• Русло (або водотік, річище) – ерозійна заглибина, вироблена водним потоком і заповнена його водами, які переміщують разом із собою мулисті і піщані частки (річкові наноси).

Річище, русло – найнижча ділянка річкової долини, якою тече водний потік, – утворюється внаслідок розмиваючої дії текучої води на підстилаючі породи. У природному стані річкове русло здебільшого звивисте, меандруюче залежно від рис рельєфу. На ньому чергуються залучини, плеса та бистрини. Розміри і форма змінюються по довжині річки залежно від її водності, будови долини. Для рівнинних річок характерна звивиста форма, наявність меандрів, рукавів, проток. Русла гірських річок більш прямі, вузькі, часто мають пороги та водоспади. Основними характеристиками русла є його ширина і глибина. Для більшої частини території України характерні рівнинні річки із звивистим руслом, подекуди розгалуженим на окремі рукави і протоки. Річки Українських Карпат і Кримських гір мають слабкозвивисті кам'янисті русла з порогами. Від витоку до гирла вода річищем рухається за рахунок перепаду висот. Відношення різниці висотних відміток рівня води до довжини русла називають похилом річки.

• Заплава (або перша річкова тераса) – частина річкової долини, яка утворена річковими наносами і заливається річковими водами під час повені. Вона лежить вище меженного рівня води і періодично затоплюється під час повені. Утворюються заплави майже на всіх рівнинних і гірських річках, за винятком ділянок з порогами і водоспадами та вузьких ущелин. Формуються внаслідок бокової ерозії річища. У будові заплави беруть участь різні типи алювіальних відкладів, потужність яких залежить від глибини річки і висоти рівня води під час повені. За морфологічними особливостями розрізняють заплаву прируслову, центральну і притерасну. Рельєф заплав ускладнений прирусловими валами, гривами, старицями, дюнами, останцями першої надзаплавної тераси та ін.

У малих річок ширина заплави переважно 300-500 м, до 1-2 км. В межах заплав є родовища піску, торфу, болотних залізних руд тощо. Рослинність переважно лучна, поширені чагарники; центральні і притерасні ділянки заплав великих річок часто вкриті ділянками заплавних лісів. Різноманітний тваринний світ заплав, особливо багато птахів. Використовують заплави як сіножаті, випаси, для вирощування овочів тощо. Значна частина заплав річок України меліорована.

• Річкові (берегові) тераси – схили річкової долини зі слідами врізування русла у дно долини в минулі епохи. Річкові тераси – це ті території, які в минулому також були заплавами. Тераса утворюється внаслідок циклічної акумулятивної та ерозійної діяльності води. Терасовані схили річкових долин мають східчастий профіль. Вищі тераси старші за віком. Вони разом з корінним берегом можуть утворювати вододіли. Другу терасу (першу надзаплавну) в лісовій та лісостеповій зоні ще називають боровою, оскільки природною рослинністю тут були бори. Утворена вона, переважно, пісками.

Визначення коефіцієна звивистості головної річки, гущину річкової мережі, коефіцієнт видовження басейну.

За міру звивистості річки приймають коефіцієнт звивистості (К_зв), який дорівнює відношенню довжини головної річки (L, км) до довжини прямої (L', км), яка поєднує ствір та витік річки:

=

Коефіцієнт гущини річкової мережі визначається з формули:

, км/км²

де - сумарна довжина усіх поверхневих водотоків басейну (головної річки та її притоків) у кілометрах;

F – площа басейну у квадратних кілометрах.

Коефіцієнт видовження басейну ( ) визначається з формули:

=

де L – довжина головної річки в кілометрах;

F – площа басейну в квадратних кілометрах.

Практична робота № 3

Визначення розмірів водосховищ

Хід роботи

Основні складові об'єму і нормативні рівні водоймищ

Параметри водоймища, що визначають його розміри, встановлюють на основі водогосподарчого розрахунку. При цьому об'єм води у водоймищі прийнято підрозділяти на мертвий і корисний.

Мертвий об'єм - це постійна частина повного об'єму водоймища, що у нормальних умовах експлуатації не спрацьовується й у регулюванні стоку не бере участь.

Рівень поверхні води, що обмежує цей об'єм зверху, називають рівнем мертвого об'єму (РМО). При наявності в греблі донних отворів мертвий об'єм ділиться на об'єм нижче порога отворів, що не спрацьовується самопливом, і об'єм вище отворів, що при необхідності (у виняткових умовах) може бути частково спрацьований.

Корисний об'єм - основний об'єм водоймища, який безпосередньо використовується для регулювання стоку. Він розташований вище РМО й обмежений зверху нормальним підпірним рівнем (НПР), тобто найвищим проектним підпірним рівнем верхнього б'єфа, що може підтримуватися в нормальних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень.

За допомогою штучної греблі створюється різниця рівнів води перед греблею і за нею.

Водний простір перед греблею називається верхнім б'єфом 1, а за греблею - нижнім б'єфом 2. Різниця рівнів б'єфів є напором установки. Чим вище гребля, тим більше напір.

Повний об'єм водоймища відповідає оцінці НПР і дорівнює сумі корисного і мертвого об'ємів.

Підпірний рівень вище нормального, що тимчасово допускається у верхньому б'єфі в надзвичайних умовах експлуатації гідротехнічних споруджень, називають форсованим підпірним рівнем (ФПР). Він обмежує зверху об'єм води, що знаходиться у водоймище вище НПР, що називають форсованим (або протиповіневим) об'ємом ФПР.

Головна задача водогосподарчого розрахунку водоймища - визначення корисного об'єму \/кор і вибір оцінки НПР. Корисний об'єм - це робочий об'єм водоймища, призначений для регулювання стоку з метою гарантованого забезпечення споживачів водою. Він залежить від призначення водоймища, тривалості регулювання (добове, сезонне, багаторічне) і знаходиться шляхом зіставлення розрахункового стоку і сумарного водоспоживання.

Корисний об'єм має визначальне значення при обчисленні оцінки нормального підпірного рівня, на вибір якої впливають особливості створу греблі і ложа водоймища. Стосовно до НПР розраховують гідротехнічні спорудження, що забезпечують роботу водоймища, їхні габарити і розміщення, встановлюють економічні показники регулювання стоку, збиток, що наноситься народному господарству затопленням, підтопленням і переробкою берегів. Остаточно НПР приймають у результаті техніко-економічного зіставлення різних варіантів.

Мертвий об'єм і відповідний йому РМО визначають з обліком ряду умов. На річках, що транспортують велику кількість наносів, мертвий об'єм необхідний для акумуляції твердого стоку, щоб запобігти зменшенню корисного об'єму протягом розрахункового терміну служби водоймища.

На водоймищах, використовуваних для комунально-побутового водопостачання і рибного господарства, головними чинниками, що визначають мертвий об'єм і РМО, є санітарно-технічні вимоги й умови забезпечення необхідної якості води. Відповідно до цих умов, середня глибина води у водоймищі при РМО повинна бути більше 2,5 м, а площа мілководдя з глибинами менше 2 м - не більше 30 .35% поверхні води водоймища.

При транспортному використанні водоймища РМО визначають, як мінімальний навігаційний рівень, що забезпечує необхідні глибини для судноплавства.

У водоймищах для комунального і промислового водопостачання, зрошення, обслуговування ТЕС і АЕС РМО визначають з умов нормальної безперебійної роботи водозабірних споруджень при мінімальних рівнях води.

Для гідроелектростанцій РМО відповідає глибина спрацювання водоймища, при якій забезпечується максимальне вироблення електроенергії.

Форсований об'єм Vфпр створюється шляхом форсування рівня води у водоймище вище НПР в період високих повеней або водопілля, щоб запобігти повені в нижньому б'єфі. Тому його називають іноді противоповеневим. Оцінка форсованого підпірного рівня (ФПР) залежить від максимальних витрат води розрахункової забезпеченості, гідрографа повені, розмірів і розміщення скидних споруд. Звичайно перевищення НПР при форсуванні складає 20-70 см, при проходженні ж повеней розрахункова повторювальність яких у середньому складає 1 раз у 1000 років (р=0,1%) або 1 раз у 10000 років (;про=0,01%), форсування може досягти 1-3 м. Необґрунтоване перевищення НПР приводить до додаткового, хоча й короткочасного, затоплення і підтоплення території, завдає шкоди сільському господарству, несприятливо відбивається на роботі гідротехнічних споруд і об'єктів народного господарства, що виявляються в зоні впливу водоймища. Тому розмір і тривалість форсування рівня води у водоймищі повинні бути економічно обґрунтовані.

При регулюванні стоку змінюється режим водотоку не тільки вище греблі, але й у її нижньому б'єфі: зростають межені і зменшуються витрати і рівні в період паводків і водопілля, збільшуються амплітуда і частота коливань рівнів, особливо при добовому і тижневому регулюванні, змінюються термічний і зв'язаний із ним льодовий режими нижче греблі, більш інтенсивно протікають руслові процеси і т.д. У зв'язку з цим при водогосподарчих розрахунках нормуються також витрати і рівні в нижньому б'єфі водоймищ.

У період пропуску водопілля та повеней у нижньому б'єфі лімітують максимальний рівень, щоб не допустити повені. У той же час у цей період повинно бути передбачене надходження в нижній б'єф таких витрат води, при яких забезпечується і підтримується протягом визначеного терміна затоплення заплавних косовиць, а також нерестовищ риби.

Нормують мінімальні добові рівні води нижче греблі в створах промислово-питних і зрошувальних водозаборів, при яких забезпечується не тільки безперебійний забір води, але і необхідна її якість.

Підвищене спрацьовування води з водоймища, добова і тижнева нерівномірність у його роботі погіршують умови сільськогосподарського використання земель, наносячи збиток рибному господарству, утрудняють роботу водного транспорту, активізують руслові процеси в нижньому б'єфі. Для згладжування цих негативних наслідків передбачають обмеження внутрішньодобових коливань рівня нижнього б'єфа і питомих скидових витрат.

Основні параметри водоймища, що визначають його розміри, повинні бути технічно й економічно обґрунтовані. Оптимальні параметри вибирають на основі зіставлення народногосподарського ефекту регулювання стоку з капітальними вкладеннями на будівництво гідротехнічних споруджень, заходи щодо інженерного підготування території, відшкодування збитку від затоплення і підтоплення, перенос або нове будівництво житлових будинків, виробничих і інших об'єктів, переселення населення і т.д. При цьому обов'язково повинні бути враховані питання комплексного використання водяних ресурсів і їхньої охорони, соціологічні й екологічні аспекти наслідків регулювання стоку, можливості зміни режиму і розширення функцій водоймища в перспективі.

Мертвий об’єм (V_МО) це, в основному, місткість для розташування мулу. Він протягом тривалого періоду (50-100 років) замулюється повністю. Тому в водогосподарських розрахунках він не враховується, а всі водозабірні і водоскидні споруди розташовуються вище горизонту МО.

Виходячи з такого положення, мертвий об’єм слід визначати за формулою Є.О.Замаріна, яка дозволяє вирахувати кількість мулу (W_мо), який надійде з водозбірної площі за певний період часу (50 – 100 років)

= = 64248109 (17)

Де J – уклон річки; V – річної об’єм притоку до водосховища, м³; Т – 100-річний період експлуатації водосховища (100 років – це Т = 1); а і в – коефіцієнти, які залежать від площі і еродованості басейну (табл.6, 7); с – коефіцієнт, який залежить від ступеню зарегулювання стоку (табл.8); γ – питома вага мулу, що відклався в МО, т/м³ – цей параметр визначається за допомогою формули (2) і таблиці 9.

А

γ = ______ + С Т + В (2)

L

γ

Де L – відсоток органічних речовин у відкладаннях мулу (5-20%).

Корисний об’єм (КО) представляє собою об’єм всіх витрат, за винятком санітарної витрати. Корисний об’єм розташовується вище мертвого об’єму V_МО. Цей об’єм протягом року змінюється від нуля до V_КО. Тобто, водосховище то наповнюється, то випорожнюється.

Значення коефіцієнта а

Характеристика схилів і прилеглої частини басейну	Суглинок, ліс	Глина	Пісок
Річка з широкою заболоченою заплавою, плоска рівнина	1	0,7	0,5
Схили, зарослі лісом і чагарником, задерновані	3	2	1
Те ж, схили круті	6	5	4
Схили пологі, відкрити, розорані	10	8	6
Схили круті, розорані	15	13	10

Значення коефіцієнта в

Характеристика схилів і прилеглої частини басейну	Суглинок	Глина	Пісок
Відсутність глибинної ерозії	1	1	1
Вибої, канави, вимоїни	2	1,5	1,2
Слабо розгалужені яри з неглибоким заляганням базису ерозії	6	4	2,5

Значення коефіцієнта с

Ступень зарегулювання стоку	Значення коефіцієнта с
0	1
0,1	0,85
0,1 –0,2	0,75
0,2 - 0,3	0,50
0,3 – 0,4	0,40
0,5	0,30

Значення параметрів А, В, С

Найменування грунтів	А	В	С
Піщані	2,30	0,25	0,0020
Суглинки і леси	2,00	0,45	0,0070
Глинисті важкі	2,25	0,35	0,0041

Корисний об’єм призначається для того, щоб забезпечити усі витрати води з водосховища на господарські цілі. Крім господарських витрат є ще витрати на випаровування з дзеркала води і фільтрацію крізь дно, берега і греблю водосховища.

Найперше – це забезпечення потреб водокористувачів. В нашому випадку це водопостачання тваринницької ферми і подача води на зрошення сільськогосподарських культур. Розрахунок виконується за формулою:

V_г = q^ґN + M F_зр, м³ (20)

Де q' – норма водопостачання, м³/сут; N – поголов’я тварин на фермі, шт; М – зрошувальна норма, м³/га; F_зр – поливна площа, га.

V_г= 0,065 * 2900 * 365 + 850 * 150 = 188,5 * 365 + 127500 = 68802,5 + 127500 = 196302,5

Друга стаття витрат – це випаровування води з поверхні водосховища. Як відомо, в Лісостепній і Поліської зонах України середньорічна величина випаровування з відкритої водної поверхні дорівнює d = (6000-8000) м³/га. Для визначення всього об’єму випаровування слід помножити цю величину на площу дзеркала води водосховища (F_дзер.) тобто

V_в = d F_дзер. (21)

Де V_в - об’єм води, що випаровується з 1 га, м³; F_дзер. – площа дзеркала води у водосховищі (км²), яка визначається шляхом наближення і розподілу еліптичної поверхні дзеркала до простіших геометричних фігур, обчислення їх площ з послідуючим додаванням. За розрахункову горизонталь приймається горизонталь, яка розташована від ∆ РМО на відстані 4-6 м.

V_в = 6000 * 131,5 га = 789000 м³

F_дзер = 526 *2500 = 1315000 м²

Практична робота № 4

Тема: Оцінювання придатності підземних вод для питного водопостачання.

Мета: Ознайомитись з підземними джерелами водопостачання та властивостями води, вивчити основні вимоги до якості води для питного водопостачання.