25141 (Характеристики водности рек)

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ИРКУТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА

Расчетно-графическая работа

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРОЛОГИЯ»

Иркутск 2008

Содержание

Введение

1. Характеристики водности рек

2. Расчеты испарения

2.1 Определение испарения с малого водоема при отсутствии данных наблюдений

2.2 Определение испарения суши с помощью карты изолиний испарения

2.3 Определение испарения с суши по уравнению связи теплового и водного балансов

3. Вычисление расхода воды аналитическим способом

4. Расчет годового стока

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Значение гидрологии, гидрометрии и регулирования стока определяется главными задачами водного хозяйства как отрасли науки и техники, охватывающей учет, изучение, использование, охрану водных ресурсов, а также борьбу с вредным действием вод.

Гидрология – это наука, изучающая гидросферу, включая океаны и моря, реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды, снег и ледники, влагу атмосферы, а также ее свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой (земной корой) и биосферой.

Вода – основная среда, обеспечивающая обмен веществ и развитие организмов. С древнейших времен жизнь человека и развитие культуры связаны с водой. Она широко используется в промышленности, энергетике, сельском и рыбном хозяйстве, в медицине и т.д. Вода – объект изучения физики, химии, механики и других наук.

Гидрология тесно связана с метеорологией – наукой об атмосфере и происходящих в ней процессах, и в первую очередь с той ее частью, которая исследует влагооборот и испарение с поверхности воды. Взаимосвязь гидросферы с литосферой наиболее отчетливо проявляется в процессах формирования земной поверхности под влиянием деятельности воды. В свою очередь, рельеф земной поверхности оказывает существенное влияние на образование водных потоков. Поэтому гидрология имеет много общего с геоморфологией – наукой, изучающей закономерности возникновения и развития форм земной поверхности.

Раздел гидрологии, изучающий поверхностные воды, называется гидрологией суши или континентальной гидрологией. Раздел гидрологии по изучению воды океанов и морей называют гидрологией океанов и морей или океанологией.

Гидрология грунтовых (подземных) вод называется гидрогеологией. В гидрологию входят те разделы гидрогеологии, которые изучают взаимодействие поверхностных и подземных вод, питание рек грунтовыми водами и др. Разделы гидрогеологии, изучающие способы поиска и добычи грунтовых вод, их взаимодействие с горными породами, относят к геологии.

Различают гидрологию рек (речная гидрология, или потамология), озер (лимнология), болот (тельматология), водохранилищ, ледников (гляциология). Речная гидрология и речная гидравлика, изучающие движение воды в речных руслах и их формирование, дополняют друг друга. Речную гидравлику можно рассматривать как раздел гидрологии суши и как раздел гидравлики.

Гидрология, занимающаяся решение различных инженерных задач (в гидротехнике, гидромелиорации, гидроэнергетике, водоснабжении, строительстве мостов, автомобильных и железнодорожных дорог и т.д.) называется инженерной.

В результате широкого применения в гидрологии теории вероятностных процессов сформировалась стохастическая гидрология.

Гидрометрия – это наука о методах и средствах определения величин, характеризующих движение и состояние жидкости и режим водных объектов. В задачу гидрометрии входят определения: уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; напоров и давлений; скоростей и направлений течения жидкости, пульсаций скоростей и давлений; параметров волн; гидравлических уклонов; расходов жидкости; мутности потока; расходов наносов и пульпы; элементов термического и ледового режимов потоков.

Регулирование речного стока – это наука о перераспределении (увеличение или уменьшение) во времени объемов речного стока в замыкающем створе реки по сравнению с ходом поступления воды на поверхность водосбора.

1. Характеристики водности рек

Цель занятия – изучить и определить основные характеристики речного бассейна, связанные с ее гидрологическим режимом.

Задачи:

• освоить основные понятия гидрологических характеристик бассейна реки;

• изучить основные характеристики, отображающие водный режим реки.

Исходные данные:

• река и пункт наблюдений (р. Мура – п. Ирба);

• площадь водосбора (F=9320 км²);

• расход воды (Q=24,3 м³/с);

• высота годового слоя осадков (x=405 мм).

Требуется: вычислить модуль стока (q, л/с∙км²); определить высоту слоя стока (y, мм); рассчитать объем годового стока (V, км³); найти коэффициент стока (η).

Порядок выполнения работы:

Река Мура впадает в Ангару, являясь её левым притоком. Площадь водосбора – 9320 км². Высший уровень воды за год – 537 см, низший – 209 см, средний уровень воды за год – 388 см. Наибольший расход воды за год 33,9 м³/сек, наименьший – 13,1 м³/сек, средний расход воды за год – 23,7 м³/сек. Годовой слой стока – 81 мм. Средняя продолжительность половодья 55 суток, за это время стекает 84% от годового стока вод. Паводок длится 13 суток. Наивысшая температура воды в году 21,9ºС приходится на 17 июля. С первой декады ноября по последнюю декаду апреля река находится под ледяным покровом, толщина которого достигает 112 см.

Модуль стока:

Слой стока:

Объём стока:

Коэффициент стока:

Выводы

В 4 варианте дана р. Мура в пункте наблюдения Ирба. Имея данные: площадь водосбора – 9320 км², расход воды – 24,3 м³/сек, высота годового слоя осадков – 405 мм, мы получили следующие характеристики водности рек:

• модуль стока – 2,61 л/с∙км²;

• высота слоя стока – 82,22 мм;

• объем годового стока – 0,77 м³;

• коэффициент стока – 0,203.

Последний показатель отражает, в районе с какой влажностью находится пункт наблюдения, в данном случае с. Ирба. Исходя из полученных данных можно сказать, что район относится к засушливым, так как в таких районах коэффициент стока уменьшается до нуля, а в районах избыточного увлажнения возрастает до 0,7. В данном случае =0,203.

2. Расчеты испарения

Цель – рассчитать испарение с поверхности воды и с поверхности суши различными методами.

Задача – определить испарение:

1) с малого водоема при отсутствии данных наблюдений.

2) с суши с помощью карты изолиний испарения.

3) с суши по уравнению связи водного и теплового балансов.

2.1 Определение испарения с малого водоема при отсутствии данных наблюдений

Исходные данные: площадь водоема, расположенного вблизи г. Иркутска

S = 4,5 км², средняя глубина H = 3,0 м, средняя длина разгона воздушного потока D = 4,5 км, средняя высота препятствий на берегу h = 12 м.

Требуется: вычислить среднемноголетнее испарение.

Порядок выполнения.

Среднемноголетнее испарение с малых водоемов, расположенных в равнинных условиях определяют по выражению:

,

где – среднемноголетнее испарение с эталонного бассейна площадью 20 м², мм;

к_н, к_з, к_Ώ – поправочные коэффициенты соответственно на глубину водоема, на защищенность водоема от ветра древесной растительностью, строениями, крутыми берегами и другими препятствиями, а также на площадь водоема.

Среднемноголетнее испарение с бассейна площадью 20 м² находят на карте изолиний. Так, для Муры Е₂₀ = 350 мм.

Поправочный коэффициент на глубину водоема находят в зависимости от местоположения водоема и средней глубины. Для р. Мура, расположенной в лесостепной зоне, при = 3,0 м, к_н = 0,995.

Поправочный коэффициент к_з определяют в зависимости от отношения средней высоты (м) препятствий h_р к средней длине (м) разгона воздушного потока D, следовательно,

; К = 0,98

Поправочный коэффициент на площадь водоема к_Ώ для лесостепной зоны при Ω = 4,5 км² равен 1,25.

Находим среднемноголетнее испарение:

Е_в = 350∙0,995∙0,98∙1,25 = 427 мм

2.2 Определение испарения с суши с помощью карты изолиний испарения

Исходные данные: карта среднегодового слоя испарения с суши.

Требуется: определить среднемноголетнее годовое испарение.

Порядок выполнения.

По карте находим расположение Иркутского района и замечаем, что изолиния проходит на отметке 350 мм. Следовательно, для Иркутского района среднемноголетнее годовое испарение (норма) равно 350 мм.

2.3 Определение испарения с суши по уравнению связи теплового и водного балансов

Исходные данные: среднемноголетний слой осадков х = 405 мм, радиационный баланс R = 120 кДж/см², сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год равна 54,3 .

Требуется: определить среднемноголетнее годовое испарение.

Порядок выполнения.

1. По номограмме находим, что при х = 405 мм и R = 120 кДж/см² среднемноголетний слой испарения Е_с = 320 мм.

2. Для расчета испарения используют уравнение В.С. Мезенцева, которое имеет следующий вид:

,

где – максимально возможное испарение, мм;

– общее увлажнение, мм;

– параметр, учитывающий гидравлические условия стока.

3. Для определения максимально возможного испарения используем формулу И.В. Карнацевича:

Где Σt – сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год.

мм

4. Находим испарение для Ирбы

мм

Вывод: данные расчеты испарения приобретают важное значение в связи с оценкой водного баланса. В результате расчетов получили:

• среднемноголетнее испарение с поверхности воды Е_в = 427 мм;

• среднемноголетнее испарение с поверхности суши Е_с = 320 мм.

3. Вычисление расхода воды аналитическим способом

Цель – найти основные гидрометрические характеристики реки.

Задача: вычислить расход воды.

Исходные данные: выписка из книжки для записи измерения расхода воды на реке.

Требуется: найти ширину реки (В, м); найти среднюю скорость реки ( , м/с); найти максимальную глубину (h_max, м); найти среднюю глубину ( , м); найти расход воды (Q, м³/сек); найти смоченный периметр (ψ, м); найти гидравлический радиус (R, м); найти максимальную скорость реки (V_max, м/сек); найти площадь живого сечения (ω, м²).

Порядок выполнения работы.

Таблица. Вычисление расхода воды аналитическим способом

Столбцы 1, 2, 3, 4, 9 – известны.