Вычисление ежедневных расходов воды реки Малиновка

Таблица 2

Месячное и  годовое количество осадков (мм).

В/пост Ракитное	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII	Год	Периоды
														Тёплый	Холодный
мм	2,0	18,9	6,5	54,2	69,8	77,8	77,0	171,6	88,4	109,3	68,5	22,7	766,7	648,1	118,6
%	0,3	2,5	0,8	7,0	9,1	10,1	10,0	22,4	11,5	14,3	9,0	3,0	100	85,0	15,0

1.5 Описание реки и данного участка поста

Река Малиновка –  наибольший приток р. Большой Уссурки. Длина реки Малиновки от её начала 111 км, от наиболее удалённой точки  речной системы – 274 км; площадь водосбора 6490 км2, средняя высота бассейна 310 м, общее падение реки 784 м, средний уклон 2,9%.

Основные притоки: Лазаревка (л. б., 89-й км, длина 26 км), Желудёвка (л. б., 85-й км, длина 28 км), Добрышанка (п. б., 64-й км, длина 24 км), Озёрная (п. б., 29-й км, длина 33 км), Кедровка (л. б., 5-й км, длина 49 км).

Около 12% площади водосбора  занято болотами, особенно в нижней, равнинной его части. Гидрографическая сеть бассейна хорошо развита; коэффициент  густоты речной сети в среднем  составляет 0,6 км/км2.

Режим реки почти полностью  определяется режимом составляющих её рек, и характеризуется следующими чертами.

Основное питание реки осуществляется за счет дождевых вод, хотя в отдельные годы доля талых  вод составляет около 40% общего объема годового стока; на грунтовые воды приходится до 10%.

Весеннее половодье формируется  снего-дождевыми водами и характеризуется наличием двух-трех пиков; нередко оно усиливается дождями. Половодье обычно начинается в первой половине апреля и длится 1-1,5 месяца. Подъем уровня над условным уровнем воды составляет 1-4 м.

Дождевые паводки (2-4 за сезон) проходят с июня по октябрь; между  собой они разделяются кратковременными (до 20-30 суток) и неустойчивыми периодами  летней межени. Подъем уровня воды происходит в течение 2-15 дней, спад растягивается  до 16-30 суток. Высота подъема 0,9-4,5 м. Большие  паводки сопровождаются катастрофическими  наводнениями, в течении которых подтопляются селения, пашни, сенокосы. Глубина слоя воды на пойме во время наводнений колеблется в пределах 1,7-2,6 м.

Летняя межень в среднем  имеет продолжительность около 45 дней (наибольшая 131 день). В октябре  начинается спад уровня воды; зимой  уровень совершает небольшие  колебания.

Вода в реке ниже слияния  её составляющих значительно холоднее, чем в устье. Так, по данным наблюдений на водпосту у с. Ракитного средняя температура за самый теплый месяц, август, равна 19,80, а у с. Веденка – 22,10. Переход температуры весной через 0,20 в верховье реки совершается обычно в первой декаде апреля, в устье – на 4-5 дней позднее. Осенью переход через 0,20, в устье наблюдается в первой половине ноября, а в начале реки – во второй половине того же месяца.

Появление ледяных образований  приурочено к первой декаде ноября. Средние сроки наступления осенних  ледовых явлений по длине реки почти не меняются. Ледостав происходит в третьей декаде ноября. В феврале-марте  в русле реки наблюдаются наледи мощностью до 20-30 см.

Толщина льда к концу  зимы составляет 0,6-0,8 м, в наиболее суровые  зимы – 0,9-1,1 м. Вскрытие наблюдается  в первой половине апреля. Ледоход  длится 2-9 дней.

Пост расположен в 3,0 км к северу от села, в 6,0 км ниже впадения р. Ореховка.

Прилегающая к долине реки местность крупнохолмистая, поросшая лесом, пересечена долинами рек и  ручьев. Долина реки трапецеидальной  формы, шириной по дну 2,5 км. Склоны ее крутые, местами обрывистые (скалы, осыпи), поросшие лесом и кустарником.

Пойма на участке поста  односторонняя, левобережная, шириной  до 2,1 км, пересечена ложбинами, балками, протоками, действующими в высокую  воду, открытая. Выход воды на пойму  начинается при уровне 550 см.

Русло в районе поста  прямолинейное, каменисто-галечное, устойчивое. В 0,7 км выше и 1,0 км ниже поста расположены  перекаты. Дно реки галечное.

Берега крутые, высотой 2,0 - 3,0 м, сложены суглинистыми и хрящеватыми  грунтами, покрыты кустарником, размываемые [4].

 

 

Глава II. Построение кривых и вычисление ежедневных расходов воды

2.1 Принцип построения кривых

Построение кривых расходов и вычисление средних суточных расходов воды является наиболее сложным и  ответственным разделом гидрометрии, так как от этого зависит установление объема стока, его распределение  внутри года и определение величин  характерных расходов, которые имеют  большое научное и практическое значение.

Независимо от способа  построения и экстраполяции кривой расходов необходимо в первую очередь  произвести тщательный анализ исходных материалов, таблицы измеренных расходов, ознакомиться с характеристикой  участка реки и створа. Таблица  измеренных расходов должна быть тщательно  просмотрена, и все сомнительные характеристики проверены по полевым  книжкам измерения расходов воды. По записям, имеющимся в паспорте поста, в актах инспекции и  книжках водомерных наблюдений, необходимо выяснить вопросы об устойчивости русла  реки на участке станции, его зарастаемости в летний период, условиях зимнего режима и о возможных изменениях уклона водной поверхности.

Выбору способа построения кривой расходов должно предшествовать нанесение на график точек расходов, площадей живых сечений и средних  скоростей в зависимости от уровней. При нанесении точек на график возможны три случая:

1​ точки расходов, площадей и скоростей хорошо группируются около своих кривых или расположены на них;

2​ точки скоростей образуют правильно расположенную систему, а точки площадей и расходов разбросаны или же образуют несколько систем;

3​ точки площадей живого сечения группируются около кривой или лежат на ней, а точки скоростей и расходов разбросаны в поле координат или же образуют несколько систем.

Изучая совместное размещение точек на графиках расходов, площадей водного сечения и средних  скоростей, можно получить представление  о причинах, вызывающих их отклонение от кривых.

Если точки расходов, площадей и скоростей образуют на графике правильно распложенные системы, то это свидетельствует  об устойчивости русла и отсутствии явления переменного подпора. В  этом случае построение кривой расходов ведется обычным графическим  способом. Отдельные точки расходов, отклоняющиеся от кривой, следует  проверить по кривым площадей и скоростей, а в случае необходимости –  по журналам измерения расходов воды.

Кривая расходов воды Q = f(H) строится на миллиметровой бумаге в прямоугольной системе координат  совместно с кривыми F = f(H) и  vср = f(H). Масштабы для построения кривых подбираются в зависимости от амплитуды уровней, расходов, площадей и скоростей течения с таким расчетом, чтобы хорда кривой расходов расположилась примерно под углом 45о, а хорды кривых площадей и средних скоростей под углом 60о к оси абсцисс. Чтобы кривые не пересекались, нули шкал площадей и скоростей сдвигаются вправо. Точки с координатами (Q, H), (F, H) и (vср, H) обводятся кружками диаметром 1,5-2,0 мм; против точек расходов на расстоянии 3-5 см от них (по горизонтали) выписываются даты измерения. Кривая расходов воды проводится посредине полосы рассеивания точек (Q, H) сначала от руки, а затем по лекалу. При наличии большого количества измеренных расходов кривая Q = f(H) может быть проведена по центрам тяжести групп точек. Таким же способом проводятся кривые F = f(H) и vср = f (H).

Если на участке гидрометрического  створа при определенном уровне начинают действовать пойма, протоки и  рукава, то кривые Q = f(H), F = f(H) и vср = f(H) для них строятся сначала отдельно, а затем вычерчивается суммарная кривая Q = f(H). Значения расходов для этой кривой получаются суммированием расходов, снятых с кривых для основного русла, поймы, проток при одной высоте уровня для всех кривых.

При значительной амплитуде  расходов, когда отношение наибольшего  расхода к наименьшему составляет 20 и больше, нижняя часть кривой расходов в пределах 20-30% амплитуды уровней вычерчивается в увеличенном масштабе (обычно в 5-10 раз крупнее). Такое построение позволяет вычислять сток воды при низких уровнях значительно точнее.

Кривые Q = f(H), F = f(H) и vср = f(H) связаны между собой равенством Q = Fvср, по которому производится их увязка. Для этого через каждые 10% амплитуды уровня, а на более изогнутых отрезках чаще с кривых снимаются значения расходов воды, площадей и скоростей и подставляются в формулу Q = Fvср. Если расхождение между произведением Fvср и расходом, снятым с кривой, не более 1%, то кривые проведены правильно. Если расхождение больше, нужно исправить ту из кривых (или все кривые), которая отклоняется от среднего положения. Чтобы получить правильный результат, обычно требуется несколько раз вводить исправления и увязывать кривые.

Для подсчета ежедневных расходов воды по построенной кривой расходов составляется таблица координат Q = f(H). Таблица составляется следующим образом. Сначала в нулевую графу выписываются координаты опорных точек, за которые принимаются значения расходов, снятые с кривой Q = f(H) при высшем и низшем уровнях, и значения расходов через 2, 1 или 0,5 см на графике (в зависимости от кривизны отдельных участков кривой и масштабы уровня). Обычно значения расходов снимаются с кривой через интервалы уровня от 5 до 20 см, а при мелком масштабе и при пологой кривой эти интервалы можно увеличить до 50 см. Затем путем прямолинейной интерполяции вычисляются промежуточные значения расходов для каждого сантиметра уровня. Расходы, вычисленные путем интерполяции, не должны отклонятся от кривой более чем на 1,5% в верхней и средней частях и на 3% в её нижней части. При снятии координат опорных точек необходимо следить, чтобы приращение расхода для каждого последующего интервала уровня было больше предыдущего или оставалось без изменения.

Построение кривой расходов заканчивается проверкой найденной  зависимости. Эта проверка выполняется  путем вычисления отклонений (в процентах) измеренных расходов от кривой Q = f(H). Полученную зависимость можно считать удовлетворительной, если среднее отклонение измеренных расходов находится в пределах 2-4% [5,2].

2.2 Экстраполяция кривых и виды экстраполяций

Кривая расходов воды должна охватить полную амплитуду колебаний  уровня за тот период, для которого вычисляется сток воды. Если при  самых высоких и самых низких уровнях расходы не измерялись, то кривая проводится (экстраполируется) вверх до высшего уровня и вниз до низшего уровня. Кривая расходов считается достаточно надежной, если экстраполяция вверх не превышает 15-20%, а вниз – 5% амплитуды уровней.

Экстраполяция кривой расходов до высшего уровня может быть произведена  следующими способами:

1​ непосредственным продолжением обоснованной части кривой расходов (графический метод);

2​ по элементам расхода;

3​ по способу Стивенса;

4​ по способу Стивенса-Великанова;

5​ с помощью формулы Шези.

Выбор способа экстраполяции  зависит, прежде всего, от формы русла  и гидравлических сопротивлений  на участке гидроствора.

Экстраполяция непосредственным продолжением обоснованной части кривой расходов допускается при условии, что неосвещенный измерениями участок кривой расходов не превышает 10% амплитуды колебаний уровней и профиль поперечного сечения в пределах этого участка не имеет резких переломов, а шероховатость склонов берегов по высоте изменяется несущественно. Кривая расходов воды продолжается до высшего уровня по общему её направлению. При этом следует учитывать характер изменения поперечного профиля и шероховатости склонов берегов в пределах экстраполируемого участка. Если крутизна склонов берегов уменьшается, то пологость кривой должна увеличиваться; при увеличении шероховатости пологость кривой должна уменьшаться.

Экстраполяция по элементам расхода производится с помощью кривых F = f (H) и vср = f (H). Сначала достраивается до высшего уровня кривая площадей. Площади в пределах экстраполируемого участка определяются по профилю поперечного сечения. Затем экстраполируется кривая скоростей соответственно направлению обоснованной части с учетом шероховатости склонов берегов. После этого для разных уровней в пределах экстраполируемого участка с кривых F = f (H) и vср = f (H) снимаются значения F и vср; необходимые для экстраполяции расходы воды вычисляются по формуле Q = Fvср. Точки (Q, H) наносятся на график, и по ним кривая расходов плавно продолжается до высшего уровня.

Данный способ экстраполяции  применяется при условии, что  паводочные расходы измерялись в одном гидрометрическом створе и профиль поперечного сечения в пределах экстраполируемого участка не имеет резких переломов.

Экстраполяция по способу Стивенса применяется для больших равнинных рек с правильной корытообразной формой русла при средней глубине в пределах экстраполируемого участка не менее 3,5-4 м. Этот способ основан на том, что кривую расходов воды можно изобразить линией, близкой к прямой, если выразить зависимостью

Q = f (F√h_ср),

где F – площадь водного  сечения; hср – средняя глубина.

Q = FC√RI = F√ RC √I

При средней глубине, большей 3,5 – 4,0 м, произведение C√I практически  можно принять постоянным, а гидравлический радиус для широких рек может быть заменен средней глубиной. Принимая C √I = K и R= hср, получим Q = KF√h_ср. Поскольку K постоянно, то расход воды зависит лишь от F и √h_ср, т.е. Q = f (F√h_ср). Эта зависимость графически выражается прямой линией, которую легко экстраполировать до любого значения F√h_ср.

Экстраполяция по этому  способу производится следующим  образом. Сначала обычным способом строится кривая Q = f (H) по всем расходам, измеренным при открытом русле. Затем  на одном графике с ней строится кривая Q = f (F√h_ср) с использованием только паводочных расходов.