П1_Гидрограф_Виды_питания_Фазы_водного_режима_1

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
Гидрология и гидротехнические сооружения
Тема 3 Реки и их характеристики.
Гидрограф. Виды питания. Фазы
водного режима
Федоров Святослав Викторович
к.т.н., доцент, доцент

2.

ГИДРОГРАФ
2
Расход в реке постоянно изменяется. Для прогноза и инженерного расчета необходимо
оценивать вероятность появления того или иного расхода.
Половодье
Ледостав
Ледостав
Многие реки имеют смешанное питание:
с преобладанием того или иного вида в
отдельные периоды года. Вид питания реки
определяет величину и характер изменения
уровней, расходов и других характеристик.
Паводок
Зимняя межень
Удельный вес отдельных источников питания неодинаков. Объемы воды каждого вида питания,
практически невозможно измерить, поэтому их определяют путем расчленения гидрографа общего стока на
составляющие

3.

ФАЗЫ ВОДНОГО РЕЖИМА РЕК
3
В водном режиме рек можно выделить несколько характерных фаз.
многоводные фазы
половодье
маловодные фазы
паводки зимняя межень
летняя межень

4.

ПОЛОВОДЬЕ
Половодье
- значительное и относительно длительное увеличение
водоносности реки, ежегодно повторяющееся в данных климатических условиях в
один и тот же сезон года, обычно сопровождающееся выходом воды из русла и
затоплением поймы.
Половодье вызывается:
-весенним таянием снега на равнинах
-летним таянием снега и ледников в горах
- сезонным максимумом осадков в областях муссонного климата
4

5.

ПАВОДОК
5
Паводок – сравнительно кратковременное, но интенсивное увеличение расходов и уровней воды,
возникающее в результате быстрого таяния снега при оттепели, обильных дождях, попусках воды из
водохранилищ.
В отличии от половодий могут кратковременно повторяться в любое время года

6.

МЕЖЕНЬ
Межень, меженный период – это фаза водного режима продолжительностью не менее 10дней,
ежегодно повторяющаяся в одни и те же сезоны, характеризующаяся малой водностью.
Межень обусловлена периодами сухой и морозной погоды, когда водность реки поддерживается главным
образом грунтовым питанием при сильном уменьшении поверхностного стока (различают летнюю и
зимнюю межень).
6

7.

ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА
Для построения гидрографа,
кривых частоты и продолжительности
используются
сведения
о
среднесуточных значениях расхода
воды
(м3/сек),
полученных
на
гидрометеорологических станциях.
Дата
Месяц
Наименование реки –
местоположение створа
Площадь водосбора, с
которой
формируется
сток в данном створе
р. Тверца - с. Медное
Площадь водосброса 5400 км2
Число
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
I
29
28,6
27,8
28,4
26,1
22,7
20,9
18,2
18,5
20,9
21,2
21,9
21,9
21,6
23,9
II
22,5
21,3
22,1
22,8
23,5
24,3
22
21,2
20,8
20,8
20,7
20,3
20,9
22,9
26,6
III
26,6
26,6
27,5
27,2
26,2
27,5
27,8
27,8
27,5
27,5
26,8
24,9
27,2
27,8
27,8
IV
28,2
25,9
28,2
29,5
29,5
30,6
30,9
30,9
30,2
31,6
34,1
38,5
47
58
92,4
V
130
108
93
77,2
68,7
61,8
55,8
51,3
47,1
42,2
38
36,8
37,4
35,6
35
VI
55
49,2
45
34,4
31,4
34,4
32
30,8
32
29
30,8
33,2
32,6
33,2
36,8
VII
49,9
42,9
37,4
34,4
35,6
33,2
36,8
38
46,4
58
67
61,8
54,2
47,8
39,4
VIII
38,7
39,4
40,8
41,5
40,8
39,4
39,4
38
36,8
35,6
36,2
29,6
24,9
29,6
29,6
IX
33,2
29,6
29,6
32,6
32
32
32
34,4
39,4
56,5
56,5
45
40,8
39,4
38,7
X
75,5
110
114
105
137
164
168
167
141
116
101
94,8
95,7
102
137
XI
137
172
258
317
289
208
180
172
172
234
272
359
375
330
216
XII
7
48,2
49
50,1
51
52,4
53,1
51,8
51,8
52
51,4
49,3
50
49,4
51,5
51,6
16
24,3
27,6
28,2
248,00
35,6
34,4
39,4
29
40,8
212
155
54,1
17
21,3
27,4
28,2
398,00
38
30,2
40,8
29,6
42,2
251
126
54,6
18
20,6
24,8
27,5
407,00
36,2
29,6
40,1
29,6
42,2
226
113
53,3
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
23,6
24,4
21
21
22,5
18,9
19,3
20,3
20,3
20,3
20,6
22,5
24,8
20,7
18,4
19,6
23,8
25
25,6
26,2
26
26
27,2
27,2
26,9
26,0
23,8
24,1
26,6
26,6
26,2
24,7
26,6
27,1
26,9
26,6
28,2
349,00
249
209
209
240
292
329
321
290
248
197
162
31,4
28,4
34,4
42,2
45
47,8
47,1
47,8
42,9
46,4
59,5
68,7
60,2
28,4
29
28,4
28,4
31,4
30,8
30,8
30,8
34,4
42,2
71,2
73,8
40,8
46,4
49,2
49,9
56,5
64,8
72,1
72,1
67
62,5
49,2
39,4
39,4
27,2
28,4
32,6
36,2
42,2
42,9
43,6
38
36,2
38,7
39,4
35,6
34,4
40,1
38
40,8
45
67
76,4
61
53,5
52
49,9
50,6
49,9
184
172
243
323
335
269
219
192
179
172
161
150
139
98,7
103
102
84,2
77
62,7
57,4
52,2
50,5
49,8
48,4
48,4
54,2
54,6
53,7
52,6
53,8
53,6
49,8
49
49
48,7
48,4
47,4
47,4
Средн.
Наиб.
Наим.
22,5
29
17,9
23,4
28
18,2
26,8
28,5
23,5
157
482
25
52,6
140
28,4
36,5
77,2
28,4
48,8
74,6
33,2
35,6
44,3
24,4
44,0
77,2
27,8
170
344
62,5
164,0
51,2
376
54,6
48,4 7 47,4

8.

ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА
8
По данным таблицы выполняется построение
гидрографа.
Гидрограф – график изменения расхода воды в реке за
определенный период времени (чаще всего год).
Ось абсцисс – дни.
Ось ординат – расходы.
После построения гидрограф расчленяется на области
по видам питания (подземное глубинное питание,
подземное поверхностное питание, дождевое питание,
снеговое питание).
Первоначально откладывается граница подземного глубинного питания
- по наименьшему расходу на графике проводится горизонтальная линия.
Далее необходимо провести границу между подземным
поверхностным и снеговым и дождевым питанием. Для этого
можно ориентироваться на расходы воды которые
наблюдаются в реке в период межени, поскольку в данный
момент река питается исключительно подземным стоком.
Поэтому руководствуясь расходом воды в межень делим
плавной линией площадь гидрографа в период половодья и
паводков. Эта линия может иметь различную конфигурацию в
зависимости от геологического строения русла.
8

9.

ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА
9
Между построенной границей между
поверхностным и глубинным подземным
питанием наносится штриховка под
противоположным углом.
Снеговое питание на европейской части
РФ наблюдается во время половодья
весной.
На
гидрографе
площадь
занимаемая
снеговым
питанием
показывается горизонтальной штриховкой.
Дождевое питание встречается во время
паводков в остальное время года и
показывается вертикальной штриховкой.
Также на графике осуществляется построение
кривых частоты и продолжительности
9

10.

ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА
10
Для построения кривых частоты и продолжительности первоначально вычисляется амплитуда
изменения расхода воды в реке в течение года – A.
Из данных выписывается наибольший и наименьший расход
Qнаиб. = 482 м3/с;
Qнаим. = 17,9 м3/с;
Вычисляется амплитуда расхода:
A = Qнаиб. - Qнаим. = 482 - 17,9 = 464,1 м3/с;
Далее определяем шаг интервалов a:
a = A/15= 464,1/16 ≈ 30 м3/с
(число в знаменателе можно изменять в большую сторону с целью получения в ответе числа
кратного 5 или 10).

11.

Построения кривой продолжительности и повторяемости
Используя шаг a, назначаем интервалы расходов в таблице.
Первый интервал начинается с наибольшего расхода Qнаиб. и заканчивается ближайшим меньшим расходом кратным 5 или 10.
Второй интервал начинается с расхода, который являлся нижней границей первого. Чтобы получить нижнюю границу второго
интервала необходимо из начальной вычесть шаг интервала a, который в данном случае равен 30 м3/с. Чтобы один и тот же расход не попадал
в конец одного интервала и в начало другого необходимо к нижней границе каждого интервала прибавлять число 0,1.
Интервал расхода
482
480
450
420
390
360
330
300
270
240
210
180
150
120
90
60
30
1
Итого:
480,1
450,1
420,1
390,1
360,1
330,1
300,1
270,1
240,1
210,1
180,1
150,1
120,1
90,1
60,1
30,1
17,9
Средний
расход
интервала
2
481,1
465,1
435,1
405,1
375,1
345,1
315,1
285,1
255,1
225,1
195,1
165,1
135,1
105,1
75,1
45,1
24,0
Число дней, в которых наблюдается расход
I
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
31
II
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
29
29
III
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
31
IV
6
0
0
0
2
0
1
2
2
3
1
3
1
0
1
0
9
5
30
V
7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
5
22
1
31
VI
8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
22
6
30
VII
9
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7
24
0
31
VIII
10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
22
9
31
IX
11
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
25
2
30
X
12
0
0
0
0
0
1
1
0
3
3
2
7
5
8
1
0
0
31
XI
13
0
0
0
0
1
1
2
2
1
2
1
5
2
4
3
6
0
30
Повторяем Продолжи
ость
тельность
расхода за расхода за
год
год
XII дней % дней %
14
15
16
17
18
0
0
0,00
0
0,00
0
0
0,00
0
0,00
0
0
0,00
0
0,00
0
2
0,55
2
0,55
0
1
0,27
3
0,82
0
3
0,82
6
1,64
0
5
1,37 11 3,01
0
4
1,09 15 4,10
0
7
1,91 22 6,01
0
6
1,64 28 7,65
0
6
1,64 34 9,29
0
13 3,55 47 12,84
0
8
2,19 55 15,03
0
15 4,10 70 19,13
0
21 5,74 91 24,86
31 161 43,99 252 68,85
0
114 31,15 365 100,0
31 365 100,0
11

12.

Построения кривой продолжительности и повторяемости
12
Далее все остальные интервалы подобно второму определяются с помощью шага a, кроме последнего, который также как и первый
будет нестандартным и закончится наименьшим расходом Qнаим..
После определения границ интервалов находим средний арифметический расход интервала (столбец 2). Затем в столбец с 3 по 14 по
всем месяцам напротив каждого интервала указывается количество расходов, которые попали в данный диапазон. Набор расходов по каждому
месяцу берется из исходной таблицы.
Интервал расхода
482
480
450
420
390
360
330
300
270
240
210
180
150
120
90
60
30
1
Итого:
480,1
450,1
420,1
390,1
360,1
330,1
300,1
270,1
240,1
210,1
180,1
150,1
120,1
90,1
60,1
30,1
17,9
Средний
расход
интервала
2
481,1
465,1
435,1
405,1
375,1
345,1
315,1
285,1
255,1
225,1
195,1
165,1
135,1
105,1
75,1
45,1
24,0
Число дней, в которых наблюдается расход
I
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
31
II
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
29
29
III
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
31
IV
6
0
0
0
2
0
1
2
2
3
1
3
1
0
1
0
9
5
30
V
7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
5
22
1
31
VI
8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
22
6
30
VII
9
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7
24
0
31
VIII
10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
22
9
31
IX
11
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
25
2
30
X
12
0
0
0
0
0
1
1
0
3
3
2
7
5
8
1
0
0
31
XI
13
0
0
0
0
1
1
2
2
1
2
1
5
2
4
3
6
0
30
Повторяем Продолжи
ость
тельность
расхода за расхода за
год
год
XII дней % дней %
14
15
16
17
18
0
0
0,00
0
0,00
0
0
0,00
0
0,00
0
0
0,00
0
0,00
0
2
0,55
2
0,55
0
1
0,27
3
0,82
0
3
0,82
6
1,64
0
5
1,37 11 3,01
0
4
1,09 15 4,10
0
7
1,91 22 6,01
0
6
1,64 28 7,65
0
6
1,64 34 9,29
0
13 3,55 47 12,84
0
8
2,19 55 15,03
0
15 4,10 70 19,13
0
21 5,74 91 24,86
31 161 43,99 252 68,85
0
114 31,15 365 100,0
31 365 100,0

13.

Построения кривой продолжительности и повторяемости
13
Повторяемость расхода в столбце 15 определяется путем суммирования всех расходов, попавших в конкретный диапазон по всем месяцам.
В столбце 16 вычисляется процентное содержание повторяемости каждого диапазона от года (365 дней).
Продолжительность в столбце 17 определяется вычисляется путем последовательного суммирования повторяемостей в отдельных интервалах
начиная с наивысшего. Столбец 18 рассчитывается аналогично 16.
Интервал расхода
482
480
450
420
390
360
330
300
270
240
210
180
150
120
90
60
30
1
Итого:
480,1
450,1
420,1
390,1
360,1
330,1
300,1
270,1
240,1
210,1
180,1
150,1
120,1
90,1
60,1
30,1
17,9
Средний
расход
интервала
2
481,1
465,1
435,1
405,1
375,1
345,1
315,1
285,1
255,1
225,1
195,1
165,1
135,1
105,1
75,1
45,1
24,0
Число дней, в которых наблюдается расход
I
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
31
II
4
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
29
29
III
5
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
31
31
IV
6
0
0
0
2
0
1
2
2
3
1
3
1
0
1
0
9
5
30
V
7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
5
22
1
31
VI
8
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2
22
6
30
VII
9
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
7
24
0
31
VIII
10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
22
9
31
IX
11
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
25
2
30
X
12
0
0
0
0
0
1
1
0
3
3
2
7
5
8
1
0
0
31
XI
13
0
0
0
0
1
1
2
2
1
2
1
5
2
4
3
6
0
30
Повторяем Продолжи
ость
тельность
расхода за расхода за
год
год
XII дней % дней %
14
15
16
17
18
0
0
0,00
0
0,00
0
0
0,00
0
0,00
0
0
0,00
0
0,00
0
2
0,55
2
0,55
0
1
0,27
3
0,82
0
3
0,82
6
1,64
0
5
1,37 11 3,01
0
4
1,09 15 4,10
0
7
1,91 22 6,01
0
6
1,64 28 7,65
0
6
1,64 34 9,29
0
13 3,55 47 12,84
0
8
2,19 55 15,03
0
15 4,10 70 19,13
0
21 5,74 91 24,86
31 161 43,99 252 68,85
0
114 31,15 365 100,0
31 365 100,0

14.

Построения кривой продолжительности и повторяемости
Интервал расхода
482
…
30
1
…
Итого:
480,1
…
17,9
Средний
расход
интервала
2
481,1
…
24,0
Число дней, в которых наблюдается расход
I
3
0
…
31
31
II
4
0
…
29
29
III
5
0
…
31
31
IV
6
0
…
5
30
V
7
0
…
1
31
VI
8
0
…
6
30
VII
9
0
…
0
31
VIII
10
0
…
9
31
IX
11
0
…
2
30
X
12
0
…
0
31
Для построения кривой продолжительности используются данные
граф 1 и 17.
Построение кривой повторяемости (частоты) в днях производится по
данным граф 2 и 15.
Построение кривых выполняется на графике гидрографа разными
цветами или штриховками с расшифровкой в условных обозначениях
чертежа.
Кривая повторяемости показывает закон распределения случайной величины и
характеризует частоту или повторяемость появления того или другого значения
случайной величины
Кривая продолжительности выражает вероятность того, что расход Q>Qi будет
наблюдаться в течение времени от 0 до ti. Если продолжительность (шкалу времени)
выразить в процентах общей длительности периода, которая принимается за 100%, то
получим кривую обеспеченности.
XI
13
0
…
0
30
Повторяем Продолжи
ость
тельность
расхода за расхода за
год
год
XII дней % дней %
14
15
16
17
18
0
0
0,00
0
0,00
…
…
…
…
…
0
114 31,15 365 100,0
31 365 100,0
14

15.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
Авторы:
Федоров Святослав Викторович
water@spbgasu.ru