W (км3) = 31,5 10-3 (1.14)
где в первом случае W в м3, во втором – в км3.
Заметим, что принятое количество секунд в году (31,5 106) вполне достаточная с точки зрения точности величина для многих гидрологических вычислений.
Слой стока образуется, если весь объем стока распределить равномерным слоем по всей площади бассейна, следовательно, слой стока – это количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади водосбора и выраженного в миллиметрах:
| у = | W (м3) 10 -3 | = | W (км3) 10 6 | (1.15) |
| F | F |
здесь у в мм, F в км2.
Слой стока применяют в гидрологических расчетах в уравнении водного баланса для какого-либо речного бассейна, в которое входят параметры, отражающие величины выпавших осадков, испарения и стока, выраженные в миллиметрах слоя, как выпавшее, испарившееся и стекшее количество воды для данной площади.
Модуль стока воды – это количество воды (в литрах), стекающее в секунду с квадратного километра площади бассейна (водосбора). Модуль стока воды обозначают через М, л/(с•км2), и рассчитывают по формуле:
| М = | Q 103 |
| (1.16) |
| F |
|
где Q – любой расход воды (как мгновенный, например максимальный, так и средний за интервал времени ∆t)
Сравнивая формулы (1.12), (1.15) и (1.16), легко получить соотношение между модулем и слоем стока:
у = М ∆t 10 -6 (1.17)
где у и М – слой и модуль стока за любой интервал времени ∆t. Если ∆t - год, то получим:
у = 31,5 М (1.18)
Коэффициент стока – отношение величины (объема или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков, обусловивших возникновение этого стока:
η = y/x = Y/X (1.19)
Здесь у и х в мм, Y и X в м3 или км3. Коэффициент стока обычно рассчитывают для средних многолетних величин слоя стока и слоя осадков, либо для гидрологического года. Иногда рассчитывают коэффициент стока и за половодье; в этом случае слой стока за половодье делят на слой воды, складывающийся из атмосферных осадков на период половодья и запасов воды в снежном покрове, накопившемся за предшествующую зиму. Напомним, что коэффициент стока – величина безразмерная, изменяющаяся от 0 до 1.
Модульный коэффициент К может быть получен из отношений:
Ki = Qi/Q0 = Mi/M0 = Wi/W0 = yi/y0(1.20)
где соответственно Qi, Mi, Wi, yi – сток за какой-либо период, Q0, M0, W0, y0 – сток за многолетний период, или норма стока. В маловодные годы К < 1, в многоводные К > 1.
Характеристики стока могут быть рассчитаны отдельно для подземной и поверхностной составляющих, например модуль поверхностного стока и модуль подземного стока.
Приведем пример расчета характеристик стока воды. Средний многолетний расход воды (норма стока) р. Волги у села Верхнее Лебяжье составил 10650 м3/с. Среднегодовой расход за 2002 год – 7780м3/с. Площадь бассейна Волги 1 360 000 км2, осадки на поверхность бассейна – 660 мм.
По (ф.1.14) рассчитываем объем стока за 2002 г.: W2002 = 245 км3 в год.
Средние годовые величины слоя стока и модуля стока определим по формулам (1.15), (1.16): они составят соответственно 180 мм и 5,7л/(с•км2). Коэффициент стока (формула 1.19), равен 0,27.
Модульный коэффициент (формула 1.20): K2002 = 7780/ 10650 ≈ 0,7; следовательно 2002 год был годом малой водности.
1. Ознакомиться с теоретической частью курсовой работы
2. Сделать согласно варианту выкопировку таблицы среднесуточных расходов воды и схемы расположения гидрометрического створа из Гидрологического ежегодника рек бассейна Карского моря
3. Описать физико-географические и гидрогеологические условия бассейна реки в выбранном створе
4. Построить гидрограф годового стока реки
5. Выполнить расчленение гидрографа на подземную и поверхностную составляющие
6. Определить объемы годового стока, поверхностных дождевого и снегового стока и объема грунтового стока
7. Определить тип реки по видам питания и водному режиму
8. Вычислить характеристики речного стока
9. Оформить отчет по курсовой работе с помощью стандартных средств Microsoft Office и доработать при необходимости
10. Защитить курсовую работу в установленный срок
2.2. Пояснения к выполнению работы
1. Отчет по курсовой работе должен представлять собой распечатанную твердую копию только в формате А4 с учетом следующих параметров оформления: поля страницы: верхнее – 20 мм, нижнее – 20 мм, левое – 30 мм, правое – 15 мм. Текст должен быть набран в текстовом редакторе Word для Windows, шрифт Times New Roman размер 12 pt, интервал междустрочный – полуторный. Отступ абзаца – 10 мм, одинаковый по всему тексту. Нумерация страниц оформляется внизу – по центру.
2. Данные, скопированные из Гидрологического ежегодника должны содержать следующее: таблицы ежедневных расходов воды для выданного согласно варианту нижнего створа и выбранного самостоятельно верхнего створа, схему расположения верхнего и нижнего створа на реке, расстояние между створами, расстояние от нижнего створа до верховьев бассейна.
3. Построение гидрографа годового стока реки можно выполнять вручную или используя компьютер, например, с помощью электронных таблиц EXCEL (возможно использование других программ, например AutoCad, где возможности программы позволяют определять размеры выделенных площадей). При построении гидрографа по оси ординат необходимо откладывать значения среднесуточного расхода воды согласно варианту, по оси абсцисс – время в сутках, отмечая границы месяцев для более удобного определения дат половодья.
3.1. Построение гидрографа вручную ведется на листе миллиметровой бумаги (размер 60х40 см). Определение масштаба предшествует остальным работам. Вертикальный масштаб выбирается в зависимости от амплитуды колебаний и величины расхода воды, например:
Длина вертикальной оси (Q) на графике 45 см, максимальный расход воды Q составляет 900 м3/с. Тогда масштаб вертикальной оси Мв определяется как:
Мв = 900/45 = 20 м3/с,
т.е. в 1 см – 20 м3/с.
Масштаб по оси абсцисс 1мм – 1 сутки – итого 365 мм.
3.2. При использовании компьютера создается твердая копия графика формата А2, затем определяется его масштаб (если позволяют возможности программы, масштаб может определяться перед построением) по пропорциям между размерами рисунка и фактическими величинами, например:
Длина вертикальной оси (Q) на графике 30 см, максимальный расход воды Q составляет 3000 м3/с. Тогда масштаб вертикальной оси Мв определяется как:
Мв = 3000/30 = 100 м3/с
т.е. в 1 см – 100 м3/с.
Аналогично определяется масштаб оси времени (в сутках).
4. Расчленение гидрографа (пример в пункте 1.4 теоретической части) на подземную и поверхностную составляющие необходимо произвести двумя способами:
а) предположив высокое стояние воды на крупной реке при постоянной гидравлической связи поверхностных и подземных вод методом Б.И. Куделина (п. 1.4.1.);
б) предположив наличие подземного питания во время половодья (п. 1.4.3. формула 1.9).
5. Определение типа реки по видам питания и водному режиму необходимо производить, используя классификации Б.Д. Зайкова, М.И. Львовича и П.С. Кузина согласно пункту 1.5 теоретической части;
6. Вычисление характеристик поверхностного речного стока выполняется согласно пункту 1.6 теоретической части.
1. Что такое гидрограф?
2. Перечислите типы и поясните взаимодействие речных и грунтовых вод в зависимости от гидрогеологического строения прилегающей к водному объекту территории
3. Как выполняется расчленение гидрографа на подземную и поверхностную составляющие
4. Поясните возможные схемы расчленения гидрографа
5. Опишите классификации рек по видам питания и водному режиму Б.Д. Зайкова, М.И. Львовича и П.С. Кузина
6. Дайте определение основным количественным характеристикам речного стока
ЛИТЕРАТУРА
1. Гидрология: учебник для вузов / Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. – 2-е, 3-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2007, 2008. – 463 с.
2. Гидрология и геоэкология рек Томской области: учебное пособие / Савичев О.Г., Паромов В.В., Решетько М.В. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 106 с.
3. Рассказов Н.М., Шварцева Н.М. Учение о гидросфере: Учебное пособие. – Томск, Изд-во ТПУ, 2005г. – 105 с.
4. Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 351с.
5. Лучшева А.А., Чаповской А.Е. Сборник задач и руководство к практическим занятиям по основам гидравлики и гидрометрии. – М.: Недра, 1990. – 171 с.
6. Гавич И.К., Лучшева А.А., Семенова-Ерофеева С.М. Сборник задач по общей гидрогеологии: Учеб. пособие для вузов – М.: Недра, 1985. – 412 с.
7. Основы гидрологии. Методические указания и варианты задач для выполнения лабораторной работы по теме: «Построение и расчленение гидрографа. Определение характеристик поверхностного стока» для студентов специальностей 280302 и 130302 / Составители Н.М. Шварцева, О.Г. Савичев. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 44 с.