Главная Учебники - Геология Лекции (геология) - часть 1
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования ИРКУТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ КАФЕДРА ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА Расчетно-графическая работа ПО ДИСЦИПЛИНЕ "ГИДРОЛОГИЯ" Выполнил: студент третьего курса заочного отделения агрономического ф-та специальность: землеустройство Шифр 06404 Кобелева М.А. Проверил: д. т. н. профессор Иваньо Я.М. Иркутск 2008 Содержание 1. Характеристики водности рек
2.1 Определение испарения с малого водоема при отсутствии данных наблюдений
2.2 Определение испарения с 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
Список использованной литературы
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. 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 13суток. Наивысшая температура воды в году 21,9єС 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: 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 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. Исходные данные: площадь водоема, расположенного вблизи г. Иркутска S = 4,5 км2
, средняя глубина H Требуется: вычислить среднемноголетнее испарение. Порядок выполнения. Среднемноголетнее испарение с малых водоемов, расположенных в равнинных условиях определяют по выражению: где кн
, кз
, кΏ
- 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 Поправочный коэффициент кз
определяют в зависимости от отношения средней высоты (м) препятствий hр
к средней длине (м) разгона воздушного потока D, следовательно, Поправочный коэффициент на площадь водоема кΏ
для лесостепной зоны при Ω = 4,5 км2
равен 1,25. Находим среднемноголетнее испарение: Ев
= 350∙0,995∙0,98∙1,25 = 427 мм 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 350мм. 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 Ес
= 320 мм. 2. Для расчета испарения используют уравнение В.С. Мезенцева, которое имеет следующий вид: где 3. Для определения максимально возможного испарения используем формулу И.В. Карнацевича: Где Σt- сумма среднемесячных положительных температур воздуха за год. 4. Находим испарение для Ирбы Вывод: данные расчеты испарения приобретают важное значение в связи с оценкой водного баланса. В результате расчетов получили: среднемноголетнее испарение с поверхности воды Ев
= 427 мм; среднемноголетнее испарение с поверхности суши Ес
= 320 мм. 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 ( Порядок выполнения работы. Таблица. Вычисление расхода воды аналитическим способом № вертикалей Столбцы 1, 2, 3, 4, 9 - известны. Столбец 5 - глубина между промерными вертикалями - среднее значение между средними глубинами на урезе правого берега и первой промерной вертикалью и так далее. Столбец 7 - площадь между промерными вертикалями - произведение столбца 5 - глубина между промерными вертикалями, и столбца 6 - расстояние между промерными вертикалями. Столбец 8 - площадь между скоростными вертикалями - сумма площадей между соответствующими промерными вертикалями. Общая площадь водного сечения получена как сумма частичных площадей между промерными или скоростными вертикалями. Столбец 10 - скорость между скоростными вертикалями - между урезами воды и первой или последней промерной вертикалью это произведение средней скорости на вертикали и коэффициента 0,7; между остальными скоростными вертикалями - их среднее значение. Столбец 11 - расход воды между скоростными вертикалями -произведение значений столбца 8 - площадь сечения между скоростными вертикалями, и столбца 10 - средняя скорость между скоростными вертикалями. Общий расход определяется как сумма всех расходов между скоростными вертикалями. Ширина реки - расстояние между геодезическим прибором и урезом левого берега вычесть расстояние между геодезическим прибором и урезом правого берега: В = 24,7 м - 2 м = 22,7 м
Средняя скорость реки определяется по формуле: Среднюю глубину реки находим с помощью выражения: Смоченный периметр - ломаная линия по дну реки. Смоченный периметр всегда больше ширины реки (Ψ>В).
В нашем случае: ψ1
=2,15 м, ψ2
=2,28 м, ψ3
=2,04 м, ψ4
=2,00 м, ψ5
=2,01 м, ψ6
=2,05 м, ψ7
=2,01 м, ψ8
=2,01 м, ψ9
=2,02 м, ψ10
=4,98 м Гидравлический радиус определяем по формуле: Выводы: из работы видно, что: расход воды на реке (Q) равен 22,14 м3
/сек; площадь водного сечения (ω) - 38,01 м2
; ширина реки (В) - 22,7 м.; средняя глубина ( максимальная глубина (hmax
) - 2,65 м.; средняя скорость течения ( максимальная скорость (V
max
) - 0,73 м/сек; смоченный периметр (ψ) - 23,55 м.; гидравлический радиус (R) - 1,61 м. Цель: изучить закон вероятности гамма-распределения. Задачи: построить эмпирическую кривую; найти статистические параметры ряда; построить аналитические кривые обеспеченности гамма-распределения. Задание 1 Построение эмпирической кривой обеспеченности среднегодовых расходов воды. Исходные данные: среднегодовые расходы воды на реке по данным наблюдений за 28 лет. Требуется: построить эмпирическую кривую обеспеченности среднегодовых расходов воды. Порядок выполнения работы. Чтобы построить эмпирическую кривую нужно заполнить таблицу. Таблица 1 Вычисление эмпирической обеспеченности среднегодовых расходов воды Модульный коэффициент К
i
находим по формуле: Для каждого модульного коэффициента вычисляем соответствующую ему эмпирическую обеспеченность Р
по формуле: Эмпирическая кривая представляет собой зависимость Кр
от Р
. Задание 2. Определение статистических параметров ряда. Исходные данные: среднегодовые расходы воды на реке по данным наблюдений за 28 лет. Требуется: найти среднеарифметическое Порядок выполнения работы. Находим статистические параметры. Таблица 2 Статистические параметры Из последней таблицы следует: среднеарифметическое Qi
:
стандартное отклонение σ
: коэффициент асимметрии С
S
: коэффициент вариации С
V
: Задание 3. Построение аналитических кривых обеспеченности гамма-распределения. Исходные данные: эмпирическая обеспеченность и ранжированный в порядке убывания модульный коэффициент. Требуется: построить аналитическую кривую обеспеченности и вычислить расход воды при 75-процентной и 95-процентной обеспеченности при гамма-распределении. Порядок выполнения работы. Для построения аналитических кривых заполняем таблицу ниже. Таблица 3 Кр
-
ранжированный в порядке убывания модульный коэффициент. Р
- эмпирическая обеспеченность. РГ
- значения обеспеченности при гамма-распределении, которое определяется формулой: Для нахождения РГ
в Excel пользуемся функцией ввода формул: гаммарасп.При этом x
- первое значение kp
; альфа - Пользуясь диаграммой, расположенной ниже, мы находим значение расхода воды при 75-процентной и 95-процентной обеспеченности, но данные значения не совсем точные, поэтому для определения расхода воды при 75-процентной и 95-процентной обеспеченности пользуемся следующими формулами: Теперь мы находим К75Г
и К95Г.
Получаем, что: К75Г
=0,82,
а К95Г
=0,63.
Следовательно: Выводы: используя данные значения, мы построили эмпирическую кривую обеспеченности, а также аналитическую кривую обеспеченности при гамма-распределении среднегодовых расходов воды реке. Нашли расход воды при 75-процентной и 95-процентной обеспеченности гамма-распределения: Q75Г
= 19,93 м3
/сек
, Q95Г
= 15,31 м3
/сек.
Также получили статистические параметры: Из первой выполненной работы 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 ɳ=0, 203. Во второй работе данные расчеты испарения приобретают важное значение в связи с оценкой водного баланса. В результате расчетов получено: среднемноголетнее испарение с поверхности воды Ев
= 427 мм; среднемноголетнее испарение с поверхности суши Ес
= 320 мм. Из третьей работы видно, что: расход воды на реке равен 22,14 м3
/сек; площадь водного сечения - 38,01 м2
; ширина реки - 22,7 м.; средняя глубина - 1,67 м.; максимальная глубина - 2,65 м.; средняя скорость течения - 0,58 м/сек; максимальная скорость - 0,73 м/сек; смоченный периметр - 23,55 м.; гидравлический радиус - 1,61 м. В четвертой работе используя данные значения, мы построили эмпирическую кривую обеспеченности, а также аналитические кривые обеспеченности при гамма-распределении среднегодовых расходов воды. Нашли расход воды при 75 - и 95-процентной обеспеченности гамма-распределения: Q75Г
= 19,93 м3
/сек
, Q95Г
= 15,31 м3
/сек.
1. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока: Учебники и учебные пособия для высших сельскохозяйственных учебных заведений/ Г.В. Железняков, Т.А. Неговская, Е.Е. Овчаров. - М. "Колос", 1984. 2. Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока: Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений/ под редакцией Е.Е. Овчарова. - М. ВО"Агропромиздат", 1988. 3. Статистика с применением Exsel: Учебное пособие. / Под ред. Я.М. Иваньо, А. Ф Зверева. - Иркутск, 2006. - 137 с.
|