Применение ускоренных методов расчета расходов воды (стр. 2 из 6)
Почвообразующими породами здесь служат четвертичные песчано-глинистые, кое-где щебенистые отложения, залегающие небольшим слоем на морском засоленном палеогене, или на размытом цоколе кристаллических пород Равнина на севере района покрыта мощной толщей отложений третичного и четвертичного возраста (в наиболее возвышенных местах они развиты слабее). Третичные отложения представлены переслаивающимися глинами и песками, а более поздние четвертичные отложения состоят из озерных аллювиальных глин, суглинков, галечников и песков. Тургайская столовая страна образованна глинистыми и песчаными уплотненными пластами морских засоленных отложений палеогена, залегающими горизонтально или со слабым уклоном к северу. Нижние слои этой толщи глинистые с прослойками мергелей, а верхние - песчаные с галькой и конгломератами. Местами толща палеогена покрыта более поздними четвертичными отложениями суглинков и супесей.
Почвообразующими породами здесь являются как засолоненные палеогеновые отложения, так и покрывающие их более позднее опресненное образование.
Тургай-Убаганская ложбина, проходящая меридионально по Тургайскому плату, в основном сложена гипсоносными песками и глинами, а также кварцевыми песками и лессовидными суглинками общей мощностью около 60 м. К югу мощность третичных отложений увеличивается, достигая в районе р. Улы-Жиланшик и озера Шубар-Тенгиз 100 м. Залегание пластов горизонтальное.
Западная окраина Казахской складчатой страны имеет более сложное геологическое строение по сравнению с рассмотренными выше орографическими районами. Она сложена породами палеозойского возраста, представленными солонцами и песчаниками, прорезанными мощными интрузиями гранитов. Пониженные части этой территории, покрытые третичными и четвертичными отложениями, последние представлены супесями и суглинками, а также элювиальными и песчано-глинистыми делювиальными, и щебенистыми образованиями.
Под толщей песчано-глинистых отложений Тургайской впадины сосредоточенны, как показали исследования последних лет громадные залежи ценнейших полезных ископаемых.
1.2.5 Осадки и снежный покров
Норма годовых осадков для крайней северной части района составляет 300-350 мм, а для южной её окраины 175 мм.
На западе и юго-востоке, в пределах возвышенных районов, широтная зональность распределение осадков заметно нарушается. Так, например, в предгорьях Южного Урала средняя годовая сумма осадков составляет 280-350 мм, а на этой же широте в различной части уменьшается до 200-225 мм. Изменчивость годовых сумм осадков относительно невелика (0,2-0,3). Большая часть осадков - 70-80 % годовой суммы - выпадает в теплый период - с апреля по октябрь.
Бездонные периоды в южной части, в зоне сухих и полупустынных степей, достигает 70 дней, а в северных, более увлажненных районах - 30-35 дней.
Распределение снежного покрова по территории носит в основном зональный характер. Это проявляется в первую очередь в довольно плавном уменьшении снегозапасов с убыванием широты местности. Постепенное изменение всех характеристик снежного покрова в направлении с севера на юг нарушается лишь у более возвышенных западной и восточной границ района, проходящих, с одной стороны, вдоль восточного склона Урала и с другой - вдоль западной стороны Казахского мелкосопочника, где широтное направление изолинии, характеризующих распределение снежного покрова, меняется на меридиональное.
Первый снег выпадает в северо-восточной части в среднем в последней декаде октября, а на остальной её территории - в первой декаде ноября. Максимальные запасы воды в снежном покрове накапливаются в среднем к середине марта в северной части и к 5-10 марта - в южной.
Максимальная высота снежного покрова перед началом весеннего снеготаяния обычно бывает незначительной, в среднем от 30-35 см в северной части до 18-20 см в южной. Плотность снежного покрова к началу весеннего снеготаяния чаще всего составляет около 0,30.
Максимальные запасы воды в снежном покрове перед началом весеннего снеготаяния изменяется в среднем от 70-80 мм на севере до 55-60 мм - на юге. Приведенные характеристики высоты снежного покрова и запасов воды в нем относятся ровной открытой степи.
Запасы воды в снежном покрове в речных руслах в зависимости от морфологических особенностей, ориентировки по отношению к преобладающему направлению зимних ветров и силы метелей превышают снегозапасы на прилегающих участках равной степи от 1,7 до 5,3 раза. Таяние снежного покрова весной начинается под влиянием солнечной радиации обычно ещё при отрицательных дневных температурах воздуха. Снежный покров на степных участках исчезает в среднем около 7-9/IV в северной половине и около 2-5/IV - в южной.
В Тургайской впадине, по геологическому строению относящейся к так называемым "закрытым районом Южного Зауралья" главная рудоносная полоса имеет ширину несколько десятков км и простирается в меридиональном направлении на 450-500 км. На территории района имеются также богатые залежи угля (Жиланшикский бассейн). Амангельдинский район богат месторождениями бокситов.
2. Описание сокращенных способов измерения
Многоточечные измерения расходов воды вертушками требуют значительных затрат времени. Конечно, в условиях изменчивости расходов воды при этом достигается наименьшая погрешность измерений, чем и окупается их большая продолжительность. Иначе обстоит дело, когда наблюдается явно выраженное неустановившееся движение воды, которое свойственно как естественным паводкам, так и попускам из водохранилищ. В таком случае большая продолжительность измерений порождает дополнительные погрешности, связанные с изменчивостью расходов воды. В этих условиях ускорение измерений обеспечивает не только экономию времени, но и повышение точности получаемых данных. Способы ускоренных измерений весьма многообразны: наряду с точечными наблюдениями они включают такие сложные, как f - интеграционные, акустические и аэрогидрометрические. Рассмотрим основные виды ускоренных измерений, как широко распространенные в настоящее время, так и предназначенные для внедрения в ближайшей перспективе.
При сокращенных способах измерения уменьшается количество скоростных вертикалей до одной - трех при условии, что среднее квадратическое отклонение получаемых при этом расходов от результатов измерения основным способом не превышает 5 %. Существует два варианта сокращенных измерений:
1) применение интерполяционно-гидравлической модели
2) использование его репрезентативных элементов
Интерполяционно-гидравлическая модель расхода воды основывается на представлении измеренной средней скорости на вертикали в виде суммы двух составляющих
(1)где vi- это компонент, измеренной скорости, гидравлически обусловлена глубиной на вертикали. Если считать уклон свободной поверхности и коэффициент шероховатости неизменным по ширине потока, то
(2)Причем
Вторая в общем случае знакопеременная компонента w зависит от особенностей кинематической структуры потока и поэтому названа структурной составляющей средней скорости на вертикали (она включает также средние случайные погрешности измерения).
Значения wiне следует за изменением глубин. Поэтому для среднего по ширине отсека допустима их линейная интерполяция. На основе чего можем представить себе вид следующей формулы
(3)На основе приведенных предпосылок И.Ф. Карасевым и В.А. Реминюком синтезирована следующая модель расхода воды, названная интерполяционно-гидравлической:
(4)где hs – средняя глубина в отсеке между скоростными вертикалями; Ps – весовой коэффициент: Ps= 0,5 для прибрежных отсеков (s = 1; s = N) ; Ps– 0,5 для всех остальных отсеков (1<s<N).
Значения а0 устанавливаются по характерным фазам режима на основе специальных многоточечных (детальных) измерений. Вместе с тем а0 вполне допустимо вычислять непосредственно по данным каждого конкретного измерения элементов расхода воды.
(5)где Nb – количество скоростных вертикалей.
Достоинство интерполяционно-гидравлической модели расхода воды по сравнению с моделью состоит в том, что она практически исключает систематическую погрешность – занижение расхода воды при сокращении числа скоростных вертикалей. Такой эффект достигается тем, что интерполяция средних скоростей на вертикалях vi(j) по ширине отсека между ними ведется с учетом распределения глубин. Отметим, что этим интерполяционно-гидравлическая модель превосходит и графический способ обработки расхода воды, в котором средние скорости на вертикалях интерполируются линейно.
При использовании интерполяционно-гидравлической модели достаточно измерять скорости всего на трех-четырех вертикалях, размещенных на равных расстояниях.
При устойчивом русле, когда площадь живого сечения F становится однозначной функцией уровня, все измерения расхода воды сводятся к определению средней скорости потока v. Но давно замечено, что её значение тесно связано со скоростями течения в какой-либо точке или со средней скоростью на вертикали, которые и носят название репрезентативных.
В качестве репрезентативной скорости принимается максимальная скорость в поперечном сечении потока или в точке стержневой вертикали на глубине 0,2h. При этом по данным предшествующих многоточечных измерений строится зависимость vcp=f(uмакс) или vcp=f(u0,2h), которая может аналитически быть представлена в виде уравнений регрессии: