Гидрологические расчеты. Расчет минимальных расходов воды. (Лекция 5)

1.

Для студентов III курса
гидрологического факультета РГГМУ
к.г.н., доц. Сикан Александр Владимирович

2.

В годовом цикле изменения водности рек отчетливо
выделяются многоводные и маловодные сезоны.
На большинстве рек России наблюдаются два маловодных
сезона: летне-осенний и зимний.
При этом во избежание разделения зимнего сезона
рассматривается не календарный, а гидрологический год.
Речной сток, наблюдающийся в маловодные сезоны при
отсутствии значительных паводков, принято называть
меженным, а время, в течение которого он наблюдается, –
меженным периодом.
2

3.

К числу основных характеристик минимального стока относятся
минимальные суточные и
минимальные 30-суточные
расходы за зимний и летне-осенний периоды.
Под минимальным 30-суточным расходом конкретного года
понимается средний расход за 30 суток в период наиболее
низкого стока в зимний или летне-осенний сезоны.
Под минимальным суточным расходом конкретного года
понимается наиболее низкий среднесуточный расход за
зимний или летне-осенний сезон.
Обычно требуется рассчитать минимальные расходы
обеспеченностью P = 75 – 97 %;
3

4.

Данные о минимальном и меженном стоке используются
при разработке проектов питьевого и хозяйственнобытового, а также промышленного водоснабжения, в
горнодобывающей промышленности, при проектировании
ГЭС, ТЭЦ и АЭС.
Большое значение меженный и минимальный сток имеют
для орошения, на которое расходуется до 75 % всех
потребляемых вод.
Вопросы охраны вод от загрязнения и истощения также не
могут решаться без данных о минимальных расходах воды.
4

5.

Для расчетов используют:
• минимальные среднесуточные расходы воды;
• минимальные 30-суточные расходы воды
за зимний и летне-осенний сезоны
Вместо минимальных 30-суточных расходов воды допускается использовать
минимальные среднемесячные расходы воды, если они отличаются не
более чем на 10%.
Для Росси допустимо использовать минимальные среднемесячные расходы
воды за зимний период для рек, расположенных восточнее линии:
Ладожское озеро - верховья рек Днепра и Оки - среднее течение Дона - устье Волги;
за летне-осенний период для рек, расположенных южнее линии:
Санкт-Петербург – Пермь – Магнитогорск – Тюмень – Новосибирск - Барнаул,
исключая реки Северного Кавказа.
5

6.

Определение расчетных минимальных расходов воды при наличии данных
гидрометеорологических наблюдений производят с использованием кривых
обеспеченностей: Крицкого – Менкеля или Пирсона III типа.
Допускается применять и другие распределения, имеющие предел простирания
случайной переменной от нуля или положительного значения до бесконечности.
При надлежащем обосновании допускается применять двухпараметрические
распределения, если эмпирическое отношение Cs/Cv и аналитическое отношение Cs/Cv,
свойственные данной функции распределения, приблизительно равны.
6

7.

a) При частых паводках и коротких межпаводочных периодах 30-суточный
период допускается сокращать до 24 суток.
b) Эффект генетической неоднородности ряда
25
Эмпирическая
5,0
20
Пирсона III типа
Расход воды, м 3/с
Модульный коэффициент
6,0
4,0
3,0
2,0
10
5
1,0
0,0
15
0,01
0,1
0,5 1
3 5
10
20 30 40 50 60 70 80
90 95 97
Обеспеченность, P %
9999,5 99,9
99,99
0
1956 1966 1976 1986 1996 2006
7

8.

При неоднородности ряда допускается применение
усеченных кривых обеспеченностей.
16
Эмпирическая
Усеченная Гумбеля
14
Расход воды, м 3/с
12
10
Усеченными называют кривые
обеспеченностей,
аппроксимирующие не всю
эмпирическую кривую, а только ее
часть.
8
При расчете минимальных расходов
строится только нижняя часть
кривой обеспеченностей.
6
4
2
0
0,01
0,1 0,5 1
3 5 10 20 3040506070 80 90 95 97 99 99,5 99,999,99
Обеспеченность, P %
8

9.

При неоднородности ряда допускается использование
сглаженных эмпирических кривых обеспеченностей
Эмпирическая и сглаженная эмпирическая кривые обеспеченностей минимальных 30-суточных зимних
расходов воды в модульных коэффициентах в створе р. Обнора – с. Шарна; Qср = 2,59 м3/с, Cv = 0,28.
9

10.

c) Наличие в ряду нулевых значений
Если ряд содержит нулевые значения – строится кривая
обеспеченностей для ряда без нулей.
Затем для любого расхода можно определить ежегодную
вероятность превышения (обеспеченность) по формуле:
P
n1P1
(n1 n2 )
n1 – число ненулевых членов ряда;
n2 – число нулей;
P1 – обеспеченность расхода по кривой обеспеченностей без нулей.
10

11.

При недостаточности данных гидрометрических наблюдений за
минимальными расходами воды – используется метод
гидрологической аналогии.
При небольшом числе лет совместных наблюдений (до 6 лет) с рекойаналогом для более надежного выявления связи в условиях
меженных периодов длительностью более двух месяцев
рекомендуется использовать среднемесячные расходы воды за все
месяцы межени.
11

12.

Метод А.М. Владимирова
1,6
Расчет минимального стока малых
и средних рек производится по
разным методикам.
1,2
1,0
0,8
0,6
Для средних рек q30,80% картируется.
Критическая площадь Fk
0,4
0,2
0,0
0
2000
4000
6000
8000
10000
Для малых рек Q30,80%
рассчитывается по формулам:
Q30,80% = f(F) или Q30,80% = f(H).
Площадь водосбора, км2
СНИП 2.01.14-83
q30,80% л/с км2
1,4
12

13.

Карты изолиний минимальных 30-суточных модулей стока обеспеченностью P = 80%
Зимний сток
Летне-осенний сток
СНИП 2.01.14-83
СНИП 2.01.14-83
13

14.

Формулы СНИП 2.01.14-83 для расчета минимального стока малых рек
Для равнинных рек
Q30,80% 10 3 a( F f ) n
(1)
Для горных рек
Q30,80% a( H ) n
f>0
f<0
Расход воды Q, м3/с
f=0
(2)
0
0
Площадь водосбора F, км2
14

15.

СНИП 2.01.14-83
СНИП 2.01.14-83
15

16.

Q p p Q80%
СНИП 2.01.14-83
СНИП 2.01.14-83
16

17.

Qсут k Q30
СНИП 2.01.14-83
СНИП 2.01.14-83
17

18.

Qmin aF n
(1)
Qmin aF n P m
(5)
Qmin a( F f ) n
(2)
Qmin aF nQ0m
(6)
Qmin a( H ) n
(3)
Qmin aD n
(7)
Qmin a( H ) n F k
(4)
Qmin aG n
(8)
Qmin
–
минимальный средний многолетний или заданной обеспеченности расход воды;
F
–
площадь водосбора реки, км2;
H
–
средняя высота водосбора, м;
Р
–
норма годовых осадков, мм;
Q0
–
норма годового стока, м3/с;
D
–
густота речной сети (отношение суммарной длины речной сети к площади бассейна);
G
–
глубина эрозионного вреза.
18

19.

T d ( F 1) m
(1)
T
–
максимальная или средняя многолетняя продолжительность ежегодного пересыхания или
перемерзания (в сутках);
F
–
площадь водосбора реки, км2;
dиm
–
районные параметры.
В криолитозоне (зоне многолетней мерзлоты) ежегодно перемерзают реки с
площадью водосбора до 5000 км2. Здесь рекомендуется использовать формулу:
T d1 ( L 1) m1
(2)
T
–
максимальная или средняя многолетняя продолжительность ежегодного перемерзания, сут.;
L
–
длина реки, км;
d1 и m1
–
районные параметры.
19