Иваньо Я.М. Тулунова Е.С. Практикум по гидрологии

Величина qm формируется всей площадью бассейна F и слоем У'т при выполнении условия Т0=tP.

Пример выполнения задания

Исходные данные:

1) бассейн реки Вольная, размеченный изохронами (рис.7.2);

2) гидрограф притока (рис.7.3).

Рисунок 7.2 - Схема бассейна реки Вольная; а-а - замыкающий створ, 1-1, 2-2 - изохроны

стока

81

Рисунок 7.3 - Гидрограф притока q’t и стока qt ; I - действующий слой притока Уtp.

Требуется:

1)определить характер стока;

2)найти ординаты гидрографа в замыкающем створе и обобщить в виде формулы;

3)определить максимальную величину стока;

4)построить полученный в замыкающем створе гидрограф стока.

Порядок выполнения работы

Согласно рис. 7.2 наибольшее время добегания вод по руслу tp=3 .

Продолжительность притока Т0=5 ( рис. 7.3). Таким образом, на водосборе наблюдается развитый сток, Та > tP.

В первую единицу времени площади f1, f2, f3 покроет приток величиной q'1, во вторую - q'2, в третью - q'3 , в четвертую - q'4, и в пятую - q'5. Изобразим этот процесс в виде схемы (рис. 7.4).

82

Рисунок 7.4 - Схема добегания слоев притока до замыкающего створа за 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 единицы времени

В момент времени t=1 замыкающий створ пересечет слой притока q'1,

добежавший с площади f1 , т.е. первая ордината гидрографа стока.

За вторую единицу времени с площади f2 до створа а-а добежит слой q'1

, а c f1 – q'2. Величина стока q2=f2 q'1+ f1 q'2 . Аналогично определяются остальные ординаты гидрографа:

q3=f3 q'1+ f2 q'2+ f1 q'3 , q4=f3 q'2+ f2 q'3+ f1 q'4 , q5=f3 q'3+ f2 q'4+ f1 q'5 ,

83

>То).

Исходные данные:

1) бассейн р.Синь, размеченный изохронами (рис.7.5);

2) гидрограф притока (рис .7.6).

Рисунок 7.5 - Бассейн реки Синь, размоченным изохронами

84

Рисунок 7.6 - Гидрограф притока qt и стока qt ; и слой притока уm

Требуется:

1) определить характер стока;

2)найти ординаты гидрографа в замыкающем створе и обобщить в виде формулы;

3)определить максимальную величину стока;

4)построить полученный в замыкающем створе гидрограф стока.

Порядок выполнения работы

Поскольку время руслового добегания tp=5 (рис. 7.5) превышает продолжительность притока Т0=3 ( рис. 7.6), на водосборе формируется замедленный сток. В первую единицу времени площади f1, f2 , f3 f4, f5 и f6

покроет слой притока q'1, во вторую - q'2, и В третью - q'3 (рис.7.7). В момент времени t=1 замыкающий створ пересечет слой притока q'1 , добежавший с

q3=f3 q'1+ f2 q'2+ f1 q'3 , q4=f4 q'1+ f3 q'2+ f2 q'3 , q5=f5 q'1+ f4 q'2+ f2 q'3 , q6=f5 q'2+ f4 q'3 ,

85

q7=f3 q'3.

В общем виде закон определения ординат qt записывается в редакции

Рисунок 7.7 - Схема добегания слоев притока до замыкающего створа за 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 единицы времени

Формула (7.4) аналогична полученному выше аналитическому

выражению (7.1) и в пределе представляет собой интеграл свертки (7.2).

Продолжительность гидрографа

Тn=tp+T0-1=5+3-1=7.

Наименьшая ордината наблюдается в восьмую единицу времени и равна

нулю. Величины q3, q4, и q5 сформированы всем слоем притока уm= q'1+q'2+ q'3 и частью площади водосбора, которая называется действующей (fд).

Максимальная ордината гидрографа наблюдается в четвертую единицу времени

формуле

86

При равенстве Т0= tp для составления генетической формулы можно воспользоваться одной из приведенных в работе схем. В этом частном случае максимальная ордината гидрографа формируется всей площадью водосбора f

1.Осадки и слой водообразования.

2.Склоновое стекание.

3.Русловая трансформация склонового стекания.

4.Стадии стокообразования.

5.Развитый сток.

6.Замедленный сток.

7.Продолжительность склонового стекания.

8.Время доруслового добегания.

9.Гидрограф склонового притока.

10.Гидрограф стока реки.

11.Генетическая формула стока.

12.Формула определения максимальной ординаты гидрографа для развитого стока.

13. Формула определения максимальной ординаты гидрографа для замедленного стока

87

8 Расчѐт максимального стока

Цель работы – изучить процесс формирования максимального стока и

методы его расчета

Задачи

1)изучить факторы формирования максимального стока дождевых паводков и весеннего половодья;

2)ознакомиться с методами расчета максимального стока при наличии, недостаточности и отсутствии данных наблюдений;

3)рассчитать максимальный сток дождевого паводка и весеннего половодья заданной вероятности превышения.

Краткая справка

Наибольший максимальный расход воды наблюдается в половодье или паводок. Максимальным расчетным расходом называется расход, на пропуск которого рассчитывают отверстия гидротехнических сооружений. От этого расхода зависят размеры плотин, водосборных сооружений, отверстия железнодорожных мостов и т.д.

Максимальные расходы по происхождению делят на три группы:

снеговые максимумы, или максимумы талых вод; ливневые или дождевые максимумы; смешанные максимумы.

Основные факторы, влияющие на формирование весеннего половодья -

запасы воды в снеге и характер распределения его на площади водосбора,

интенсивность и продолжительность снеготаяния, степень осеннего увлажнения и промерзания почвогрунтов. Кроме того, на весеннее половодье оказывают влияние площадь и форма бассейна, рельеф, характер почв,

геологическое строение бассейна, наличие в бассейне озер, лесов, болот.

88

Перечисленные факторы в той или иной мере вызывают аккумуляцию и регулирование образовавшихся от снега талых вод.

Количество воды, поступающей на водосбор в период половодья,

определяется главным образом запасами воды в снеге и интенсивностью снеготаяния.

Сток талых вод на поверхности водосбора происходит с запозданием относительно начала снеготаяния. Снег обладает влагоемкостью -

способностью удерживать воду в виде пленочной или капиллярной воды.

Поэтому водоотдача из снега, то есть поступление (не удерживаемой снегом)

талой воды на почву, не равна интенсивности снеготаяния как по величине, так и по времени.

Вода, образующаяся в начале снеготаяния, просачивается и увлажняет нижние слои снежного покрова. До тех пор, пока снег не насытится водой до максимальной влагоемкости, порции талой воды удерживаются снегом и не достигают почвы. В дальнейшем, наоборот, водоотдача из снега становится несколько больше того количества воды, которое образуется от снеготаяния за рассматриваемый период. К концу половодья интенсивность водоотдачи может значительно превышать интенсивность снеготаяния. Существенное увеличение водоотдачи происходит под влиянием весенних дождей, которые уменьшают аккумулирующую способность снега, изменяя его структуру; дождями разрушаются снежные капилляры, вследствие чего содержащаяся в снеге капиллярная и пленочная вода переходит в гравитационную, быстро стекающую вниз.

Косновным факторам дождевого (ливневого) стока относятся:

интенсивность дождя, его продолжительность и площадь, охватываемая ливневым дождем, инфильтрация воды в почву, добегание дождевых вод по русловой сети бассейна. Главное значение в формировании максимальных расходов на малых водосборах имеет максимальная интенсивность водоотдачи,

а в формировании максимальных расходов на больших водосборах слой стока

89

за паводок. В соответствии с этим при исследовании ливневого стока важен расчет интенсивности ливня и слоя дождевых осадков.

Ливни и ливневые дожди отличаются большой изменчивостью интенсивности во времени. В начальный период интенсивность дождя сравнительно небольшая и почти вся вода расходуется на увлажнение почвы и заполнение неровностей рельефа. В формировании максимумов дождевых паводков основное значение имеет центральная часть гидрографа ливневого

дождя с наибольшей интенсивностью.

Следует иметь в виду, что слой осадков зависит не только от продолжительности, но и от площади, которую захватывает ливневый дождь.

Чем больше площадь бассейна, тем менее часто она полностью покрывается дождем, но даже при полном охвате площади дождем слой осадков уменьшается с увеличением площади их распространения. Отношение среднего слоя осадков на площади F (ХF) к осадкам в одном пункте наблюдений (в

особенностями. В этом расчете представляют интерес наиболее высокие расходы воды, крайне редко повторяющиеся и поэтому слабо или совсем не представленные в материалах наблюдений. Вследствие недостаточно продолжительных периодов наблюдений над стоком расходы редкой повторяемости рассчитывают на основе методов математической статистики.

При наличии гидрометрических данных по максимальному стоку за достаточно длительный период наблюдений расчетные максимальные расходы талых (снеговых) и дождевых вод определяют по аналитической функции распределения, построенной по гидрологическому ряду.

Статистической обработке данных по максимальному стоку предшествует тщательная проверка и анализ исходных материалов.

Детальной проверке следует подвергать так называемый исторический максимум, то есть наибольший максимальный расход за продолжительный

90