авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОЛОГИЯ

Определение расчетных гидрологических

характеристик

Учебно-методическое пособие

Красноярск

СФУ

2012

УДК 556.048 (07)

ББК 26.22я73

И 621

Рецензенты: И.Я. Богданов, канд. техн. наук, доцент кафедры автомобильных

дорог и городских сооружений СФУ В.К. Витер, канд. техн. наук, доцент кафедры инженерных сис тем зданий и сооружений СФУ Составители: Татьяна Валентиновна Гавриленко Юрий Евгеньевич Гавриш И 621 Инженерная гидрология. Определение расчетных гидрологических характеристик: учебно-методическое пособие [Текст]: для студентов специальности 270205.65 – «Автомобильные дороги и аэродромы» / сост.

Т.В. Гавриленко, Ю.Е. Гавриш. – Красноярск: Сиб.федер. ун-т, 2012. – Излагается методика проведения лабораторных работ по определению основных гид рологических характеристик водных потоков, использующихся при проектировании и экс плуатации мостовых переходов.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности (270205.65) – «Автомобильные дороги и аэродромы» направление подготовки (270200.65) – «Транспортное строительство».

УДК 556.048 (07) ББК 26.22я Сибирский федеральный уни верситет, Учебное издание Подписано в свет 31.01.2012 г. Заказ 6099.

Уч.– изд. л. 1,9, 0,8 Мб.

Тиражируется на машиночитаемых носителях.

Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, Тел/факс (391) 2062149. E-mail rio@sfu-kras.ru http://rio.sfu.kras.ru ОГЛАВЛЕНИЕ Общие сведения.……..……………………………………………………..…….… Лабораторная работа 1. Построение гидрографа и определение источников питания реки…………...…………………...………………………………..…..….. Лабораторная работа 2. Построение графиков уровней воды, графиков связи бытовых уровней и расходов воды ……….………………...…………….… Лабораторная работа 3. Построение кривой обеспеченности максимальных расходов воды при наличии многолетних данных гидрометрических наблю дений.………………………….…………………………………………..………... Лабораторная работа 4. Определение характеристик твердого стока реки……. Лабораторная работа 5. Определение характеристик зимнего режима реки….. Список использованных источников…………………….……………………….. Приложение А……………………………………………………………………… Приложение Б………………………………………..…………………………….. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Автомобильные дороги, а также сооружения на них испытывают воздейст вие естественных водотоков, формируемых выпадающими на землю осадками.

Для обеспечения безотказной работы проектируемых транспортных сооруже ний необходимо надежное гидрологическое обоснование принимаемых инже нерных решений [1]. Гидрология – это обширная наука о режиме гидросферы земли. Специалисты дорожно-строительного профиля изучают раздел этой науки – инженерную гидрологию, а в нем те вопросы, которые относятся к гид рологии суши. В гидрометрии – другом разделе гидрологии – рассматриваются методы наблюдения и измерения гидрологических характеристик водных пото ков [2,3].

Цель дисциплины «Инженерная гидрология» – ознакомление с основными законами и формами движения природных вод, изучение способов расчета гид рологических характеристик (расходов воды, наносов, ледовых явлений и т.д.), приобретение навыков их использования в методиках определения параметров отверстий мостов и деформаций подмостовых русл.

Задача лабораторных работ, выполняемых в рамках дисциплины «Инже нерная гидрология», – помочь будущим инженерам приобрести навыки обра ботки результатов натурных измерений для определения расчетных характери стик водотоков и использования их в проектировании транспортных сооруже ний.

В процессе выполнения лабораторных работ необходимо научиться стро ить гидрографы, графики уровней воды, графики связи бытовых уровней и рас ходов, кривые обеспеченности максимальных расходов воды;

оценивать источ ники питания реки;

определять характеристики зимнего режима реки и пара метры твердого стока реки. Графические материалы выполняются на милли метровой бумаге формата А4 карандашом или черной тушью и вставляются в отчет по лабораторным работам.

В качестве исходных данных используются результаты наблюдений сети Среднесибирского межрегионального территориального управления Федераль ной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Сред несибирское УГМС) [4]. В отчете приводится краткая характеристика водомер ного поста, включающая: название реки и поста, номер и географические коор динаты поста, расстояние до устья реки, высоту нуля графика поста и размер площади водосбора, например:

Река - Тапса.

Станция - Кара-Хак.

Водомерный пост - № 49.

Географические координаты - 92в. д. и 55 с. ш.

Расстояние от устья реки – 56 км.

Высота нуля графика поста - 675,87 м Балтийской системы.

Площадь водосборного бассейна – 567 км.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПОСТРОЕНИЕ ГИДРОГРАФА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ РЕКИ Порядок выполнения работы 1 Сбор данных. Из таблицы «Ежедневные расходы воды» ежегодника вы писывают значения среднедекадных расходов воды за весь год. Данные зано сят в табл. 1.

2 Построение гидрографа. По данным табл. 1 строят подекадный гидро граф - график, представляющий собой изменение среднедекадных расходов в течение года (рис. 1). По нему производят анализ формы гидрографа и с учетом географического расположения исследуемого водотока на кривой выделяют ха рактерные фазы водности (половодье, паводок, межень) и приближенно опре деляют их длительность.

3 Определение объемов стока. По среднедекадным значениям расхода рас считывают подекадные объемы стока по формуле W=QT, м3, где Т – период времени, измеряемый в секундах. Здесь следует помнить, что продолжитель ность третьей декады в каждом месяце своя. Ниже приведено количество се кунд в характерных периодах времени:

1 сут. = 86400 с, 28 сут. = 2419200 с, 8 сут. = 691200 с, 29 сут. = 2505600 с, 10 сут. = 864000 с, 30 сут. = 2592000 с, 11 сут. = 950400 с, 31 сут. = 2678400 с.

Суммируя декадные объемы для каждого месяца, определяют месячный объем стока. Результаты расчета вносят в табл. 2. Последняя строка Vм этой таблицы есть результат последовательного суммирования месячных объемов стока.

Таблица 1- Среднедекадные значения расходов воды, м3/с Месяц Декада I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII I 2,29 2,73 0,9 0,51 6,1 19,1 17,3 19,7 21,5 9,42 5,4 2, II 3,29 1,62 0,51 1,24 13,14 9,27 16,2 30,1 14,6 8,25 4,58 2, 3,0 1,58 0,51 2,74 21,1 9,19 24,7 16,6 11,3 5,97 2,55 2, III Таблица 2 - Объем стока воды, тыс. м Месяц Объем стока I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII среднеде- I 1979 2359 778 441 5270 16416 14947 17021 18576 8139 4666 декада кадный, II 2843 1400 441 1071 11353 8009 13997 25920 12614 7128 3957 Vд III 2851 1229 485 2367 20053 7940 23475 15777 9763 5674 2203 месячный, Vм 7672 4987 1703 3879 36677 32365 52419 58717 40954 20941 10826 нарастающей сум 7672 12659 14362 18242 54918 87284 139703 198420 239374 260315 271140 мой, Vм Рисунок 1 - Ступенчатый подекадный гидрограф 4 Построение интегральной кривой бытового стока. Интегральная кри вая представляет собой объем стока реки нарастающей суммой с первого до по следнего дня года. График строится по значениям из последней строки табл. 2.

Пример интегральной кривой бытового стока приведен на рис. 2.

Рисунок 2 - Интегральная кривая бытового стока 5 Выделение источников питания и доли каждого источника в общем объ еме воды. Непосредственно на площади гидрографа проводят разграничитель ные линии, приближенно характеризующие долю каждого из источников пита ния (верховое и глубинное грунтовое, снеговое, дождевое) в объеме стока воды в каждой из декад года.

6 Вывод. В конце работы делается вывод, в котором анализируется харак тер гидрографа: преобладающий тип питания реки, количество пиков паводка, вызванных снеговым и дождевым питанием, также указывается годовой объем стока воды.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ УРОВНЕЙ ВОДЫ, ГРАФИКОВ СВЯЗИ БЫТОВЫХ УРОВНЕЙ И РАСХОДОВ ВОДЫ Порядок выполнения работы 1 Сбор данных. Из таблиц «Ежедневные расходы воды» и «Ежедневные уровни воды» ежегодника выписывают среднемесячные значения расходов и уровней воды, максимальное, минимальное и 10 промежуточных значений среднесуточных расходов и соответствующих им уровней с датами наблюдения для дней месяцев, не входящих в зимний период.

Среднемесячные значения расходов и уровней воды заносят в табл. 3, дан ные ежедневных наблюдений – в табл. 4.

Таблица 3 - Среднемесячные значения уровней Н и расходов Q воды Месяц Параметр I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Н, м 0,76 0,72 0,70 0,85 1,26 1,13 1,32 1,44 1,18 0,99 0,98 0, Q, м3/с 2,86 1,98 0,64 1,49 13,4 12,5 19,4 22,1 15,8 7,88 4,17 2, 2 Построение графиков изменения среднемесячных уровней и расходов во ды. По данным табл. 3 на отдельном листе миллиметровой бумаги строят гра фик изменения среднемесячных уровней воды (водомерный график), а под ним – помесячный гидрограф (см. рис. 3 и 4).

Таблица 4 - Выборочные значения среднесуточных расходов Q и уровней Н воды Q, м3/с № п/п H, м Дата наблюдения 1 1,39 0,74 03. 2 6,94 1,02 07. 3 14,6 1,26 14. 4 19,8 1,39 27. 5 22,1 1,44 30. 6 28,8 1,58 28. 7 32,9 1,66 16. 8 38,3 1,76 18. 9 45,4 1,89 22. 10 49,3 1,96 16. 11 54,9 2,06 21. 12 65,3 2,24 17. Рисунок 3 - Изменение среднемесячных уровней воды в течение года Рисунок 4 - Изменение среднемесячных расходов воды в течение года Сравнение графиков позволяет оценить связь между изменением расходов и уровней воды, сделать вывод о ширине разлива реки во время паводка.

3 Построение графика связи бытовых уровней и расходов воды. По дан ным табл. 4 строят график связи бытовых уровней Н и расходов Q воды для летних месяцев (рис. 5). На график наносят соответствующие точки и через них проводят усредненную кривую.

Рисунок 5 - График связи бытовых уровней и расходов воды График связи уровней и расходов воды служит для определения величины расхода по известному значению уровня.

4 Определение коэффициентов зимнего уменьшения расходов. Из табл. выбирают средние значения уровней и расходов воды для зимних месяцев, т.е.

с ноября по апрель (Нзим и Qзим).

По кривой на рис. 5 определяют соответствующие выбранным уровням Нзим величины летних расходов Qлет. Полученные значения Нзим, Qзим и Qлет заносят в табл. 5.

Для зимних месяцев вычисляют значения коэффициентов зимнего умень шения расходов Кзим по формуле Qзим K зим (1).

Qлет По полученным значениям строят график изменения коэффициента зимне го уменьшения расходов (рис. 6). При построении графика включают месяц, предшествующий зимнему периоду, и месяц, следующий за зимним периодом, т.е. октябрь и май. Для этих двух месяцев следует принять Кзим=1,0.

Таблица 5 -Определение коэффициентов зимнего уменьшения расходов Месяц Параметр IX XII I II III IV Среднемесячные значения уровня Нзим, м 0,98 0,87 0,76 0,72 0,7 0, Среднемесячные значения расхода Qзим, м3/с 4,17 2,41 2,86 1,98 0,64 1, Среднемесячные значения расхода Qлет, м3/с 6,0 3,0 2,0 1,2 1,1 4, Коэффициент зимнего уменьшения расходов 0,69 0,80 0,7 0,61 0,58 0, Кзим Рисунок 6 - Изменение коэффициента зимнего уменьшения расхода воды Снижение значений расхода воды в зимний период вызвано наличием ле довых явлений на реке (льда, шуги и т.п.).

5 Вывод. В выводе указывают на совпадение (или несовпадение) максиму мов помесячных гидрографов и водомерных графиков, сравнивается перепад значений уровней и расходов воды в период прохождения паводка и летней межени. Например: «Наименьшие значения расхода и уровня воды в летний пе риод наблюдались в июне, а максимальные – в августе. В паводок расход воды 22,1 12, увеличился на 77% Q 100% 77%, а уровень воды – на 27% 12, 1,44 1, Н 100% 27%, что говорит о большой ширине разлива воды по 1, поймам». Также указывается минимальное значение Кзим, месяц его наблюде ния и причины снижения расходов воды зимой.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ ВОДЫ ПРИ НАЛИЧИИ МНОГОЛЕТНИХ ДАННЫХ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ Вводные понятия Сток реки подвержен непрерывным колебаниям, на которые оказывают влияние многочисленные климатические, физико-географические и антропо генные факторы. Поэтому применяемый метод прогноза характеристик стока основан на обобщении методами теории вероятностей результатов гидрометри ческих наблюдений за длительный период времени. Продолжительность пе риода наблюдений считается достаточной, если величина относительной сред неквадратической ошибки не превышает 10 %.

Определение расчетных гидрологических характеристик осуществляется путем применения функций распределения ежегодных вероятностей превыше ния (называемых также кривыми обеспеченности). Кривая распределения еже годных вероятностей превышения максимальных расходов воды является объ ективной характеристикой реки и показывает число случаев за расчетный пери од (в процентах), когда максимальный годовой расход будет не менее любого заданного значения;

при этом предполагается, что основные факторы стока в будущем останутся неизменными.

Исходными данными являются результаты многолетних наблюдений за ежегодными максимальными расходами воды в водотоке.

Прядок выполнения работы 1 Построение эмпирической кривой распределения. В табл. 6 вписывают измеренные значения максимальных расходов воды в реке в хронологическом порядке. Далее строят ранжированный ряд, т.е. значения расходов воды запи сывают в убывающем порядке, и каждому члену ряда присваивают порядковый номер.

Далее определяют эмпирическую ежегодную вероятность превышения максимальных расходов, которая вычисляется для каждого члена ранжирован ного ряда, по формуле m p 100%, (2) N где m – порядковый номер члена ранжированного ряда;

N – общее количество членов ряда, равное числу лет наблюдений.

Вычисленные значения заносят в табл. 6. Далее определяют среднее значе ние максимального расхода Q, а также – для каждой строки – модульный ко эффициент Кm по формулам N Q m Qm Q m и Km. (3) N Q При этом для столбцов 5 и 6 табл. 7 должен выполняться контроль:

N N К (K N 1) 0.

и (4) m m m 1 m Если итог суммирования (с точностью до второго знака после запятой) от личается от требуемого (4), разница распределяется между слагаемыми. Только после этого вычисляют данные следующих столбцов таблицы. Далее строят эмпирическую кривую вероятности максимальных расходов воды, представ ляющую собой зависимость модульных коэффициентов Кm от вероятности пре вышения р. Для построения графика используется полулогарифмическая сет ка.

Эмпирическая кривая обладает двумя существенными недостатками. Во первых, она имеет вид ломаной, т. е. не охватывает непрерывного ряда значе ний, которые может принять случайная величина расхода. Во-вторых, она не определена в зонах значений наименьших и наибольших вероятностей превы шения (р3,8% и р96,2%), особо необходимых для гидрологических расчетов.

Таблица 6 -Расчет эмпирической кривой вероятности превышения максимальных расходов воды Натурные значения Qm, м3/с Вероят- Модульный хроноло (Кm-1)2 (Кm-1) ность коэффициент Кm- убывающий m гический р, % Кm порядок порядок 150 820 1 3,8 3,24 2,24 5,01 11, 200 710 2 7,7 2,80 1,80 3,25 5, 340 360 3 11,5 1,42 0,42 0,18 0, 210 350 4 15,4 1,38 0,38 0,15 0, 270 340 5 19,2 1,34 0,34 0,12 0, 220 330 6 23,0 1,30 0,30 0,09 0, 230 310 7 26,8 1,22 0,22 0,05 0, 100 290 8 30,6 1,15 0,15 0,02 0, 210 270 9 34,4 1,07 0,07 0,00 0, 70 270 10 38,2 1,07 0,07 0,00 0, 310 260 11 42,0 1,03 0,03 0,00 0, 50 230 12 45,8 0,91 -0,09 0,01 0, 60 220 13 49,6 0,87 -0,13 0,02 0, 20 210 14 53,4 0,83 -0,17 0,03 0, 820 210 15 57,2 0,83 -0,17 0,03 0, 140 200 16 61,0 0,79 -0,21 0,04 -0, 180 180 17 64,8 0,71 -0,29 0,08 -0, 270 180 18 68,6 0,71 -0,29 0,08 -0, 290 150 19 72,4 0,59 -0,41 0,17 -0, 350 140 20 76,2 0,55 -0,45 0,20 -0, 330 100 21 80,0 0,39 -0,61 0,37 -0, 180 70 22 83,8 0,28 -0,72 0,52 -0, 260 60 23 87,6 0,24 -0,76 0,58 -0, 360 50 24 91,4 0,20 -0,80 0,64 -0, 710 20 25 95,2 0,08 -0,92 0,85 -0, – – 6330 25 0,0 12,51 14, m Устранить эти недостатки позволяет аналитическая кривая. Для сглажива ния и экстраполяции эмпирических кривых используются, как правило, трехпа раметрическое гамма-распределение (распределение С.М. Крицкого – М.Ф.

Менкеля) и биномиальное распределение. В соответствии с [5] биномиальное распределение допускается применять только при соответствующем технико экономическом обосновании.

2 Вычисление статистических параметров для аналитической кривой распределения. Аналитическая кривая математически определяется тремя па раметрами: средним значением максимального расхода Q, коэффициентом ва риации Cv и отношением коэффициента асимметрии к коэффициенту вариации Сs/Cv. Эти параметры находятся путем статистической обработки данных табл.

6. Сначала вычисляются значения отклонений модульного коэффициента от единицы Кm-1 и записываются в соответствующую графу табл. 6. Далее по строчно вычисляются квадраты отклонений модульных коэффициентов от единицы К m 1 и находится их сумма.

Расчетный коэффициент вариации Cv и коэффициент асимметрии Сs опре деляются методом моментов, т.е. вычисляются по формулам a ~ a a ~ Сv a1 2 Cv a3 4 Cv2 a5 6, (5) N N N b ~ b b ~ Сs b1 2 Cs b3 4 Cs2 b5 6, (6) N N N где a1,…a6 и b1,…b6 – коэффициенты, определяемые по табл. 7 и 8 в зависи ~~ ~~ мости от отношения C s Cv и коэффициента автокорреляции r(1);

C v, C s – соот ветственно смещенные оценки коэффициентов вариации и асимметрии, опре деляемые по формулам N K m ~ Cv m, (7) N N N K m ~ Cs m. (8) C N 1 N v Коэффициент вариации показывает, на какую величину в среднем члены ряда отклоняются от среднего значения ряда. В случае N=1 (ряд состоит из од ного члена) среднеквадратическое отклонение должно быть неопределнным ~ Сv. Коэффициент асимметрии характеризует асимметричность кривой плотности распределения случайной величины. Для достоверной оценки коэф фициента асимметрии требуются данные за 50-70 лет натурных наблюдений.

~ При недостаточной длине гидрологического ряда величина C s может оказать ся отрицательной. В этом случае расчетные значения отношения коэффициен та асимметрии к коэффициенту вариации следует принимать как среднее из значений, установленных по данным группы рек с наиболее продолжительны ми наблюдениями в гидрологически однородном районе [5]. Для рек равнинной ~ ~ местности в лабораторной работе можно принять C s 2Cv, для горных и пред ~ ~ горных рек – C s 4Cv.

Таблица 7 -Значения коэффициентов a ~~ C s Cv r (1) a1 a2 a3 a4 a5 a 0 0 0,19 0,99 -0,88 0,01 1, 2 0,3 0 0,22 0,99 -0,41 0,01 1, 0,5 0 0,18 0,98 0,41 0,02 1, 0 0 0,69 0,98 -4,34 0,01 6, 3 0,3 0 1,15 1,02 -7,53 -0,04 12, 0,5 0 1,75 1,00 -11,79 -0,05 21, 0 0 1,36 1,02 -9,68 -0,05 15, 4 0,3 0,02 2,61 1,13 -19,85 -0,22 34, 0,5 -0,02 3,47 1,18 -29,71 -0,41 58, Таблица 8 - Значения коэффициентов b r(1) b1 b2 b3 b4 b5 b 0 0,03 2,00 0,92 -5,09 0,03 8, 0,3 0,03 1,77 0,93 -3,45 0,03 8, 0,5 0,03 1,63 0,92 -0,97 0,03 7, Для условий рассматриваемого примера ~ 25 14,73 Сs 1, ~ 12, ~ Сs 1,79 и ~ 2,48.

Q 253 ;

Cv 0,72 ;

0,723 24 25 1 Cv 0, Коэффициент автокорреляции определяется по формуле Q Q Q N Q i i r 1 i, (9) Q Q Q Q N N 2 i i i 2 i где N 1 N N N Q Q Q Q Q QN i i i i Q1, Q2 i 2 i i 1 i.

N 1 N 1 N 1 N Множество его значений находится в интервале от 0 до 1 включительно. Коэф фициент автокорреляции показывает степень связи между членами ряда. Зна чение r(1), близкое к 0, свидетельствует о преобладающей доле случайного фактора в наблюдениях.

Расчеты ведут в табличной форме (см. табл. 9). Для данных из табл. Q1 262,92 и Q2 229,58, а коэффициент автокорреляции, вычисленный по фор муле (9), r (1) 0,929. (10) 745096 Коэффициент корреляции можно вычислить и с помощью электронных таблиц Eхсel, воспользовавшись встроенной функцией КОРРЕЛ.

При r(1) 0,5 в табл. 7 и 8 выбирают значения коэффициентов a1,…a6 и b1,…b6 для r(1)=0,5.

Тогда 0,18 0,41 2 1, Сv 0 0,72 0,98 0,72 0,02 0,85 ;

25 25 1,63 0,97 2 7, Сs 0,03 1,79 0,92 1,79 0,03 2,79 ;

25 25 Сs 2, 3,28.

Cv 0, 3 Аппроксимация эмпирической кривой биномиальной зависимостью. Для расчета координат аналитической кривой обеспеченности используются нор мированные отклонения Фр от среднего значения биномиальной кривой веро ятности. Для этого из табл. 1 приложения А выписывают величины Фр, соот ветствующие вычисленному значению Сs и выбранным значениям вероятности превышения р.

Далее находят модульные коэффициенты по формуле К р Ф р Сv 1 (11) и определяют значения расходов разной обеспеченности по формуле Q p QK p. (12) Результаты расчетов заносят в табл. 9 и строят график аналитической кри вой вероятности превышения максимальных расходов.

Таблица 9 - Расчет коэффициента автокорреляции Q Q Q Q Q Q Qi 1 Q Qi Q1 Q2 Q № Qi i i 1 i i 1 820 557,08 480,42 267632,12 310341,84 230800, 2 710 447,08 130,42 58307,12 199883,51 17008, 3 360 97,08 120,42 11690,45 9425,17 14500, 4 350 87,08 110,42 9615,45 7583,51 12191, 5 340 77,08 100,42 7740,45 5941,84 10083, 6 330 67,08 80,42 5394,62 4500,17 6466, 7 310 47,08 60,42 2844,62 2216,84 3650, 8 290 27,08 40,42 1094,62 733,51 1633, 9 270 7,08 40,42 286,28 50,17 1633, 10 270 7,08 30,42 215,45 50,17 925, 11 260 -2,92 0,42 -1,22 8,51 0, 12 230 -32,92 -9,58 315,45 1083,51 91, 13 220 -42,92 -19,58 840,45 1841,84 383, 14 210 -52,92 -19,58 1036,28 2800,17 383, 15 210 -52,92 -29,58 1565,45 2800,17 875, 16 200 -62,92 -49,58 3119,62 3958,51 2458, 17 180 -82,92 -49,58 4111,28 6875,17 2458, 18 180 -82,92 -79,58 6598,78 6875,17 6333, 19 150 -112,92 -89,58 10115,45 12750,17 8025, 20 140 -122,92 -129,58 15927,95 15108,51 16791, 21 100 -162,92 -159,58 25998,78 26541,84 25466, 22 70 -192,92 -169,58 32715,45 37216,84 28758, 23 60 -202,92 -179,58 36440,45 41175,17 32250, 24 50 -212,92 -209,58 44623,78 45333,51 43925, 25 Сумма 745096 По полученным значениям К и р строят аналитическую кривую вероятно сти на полулогарифмической сетке, называемой клетчаткой вероятности (см.

рис. 7). Данные для построения горизонтальной шкалы клетчатки вероятностей приведены в табл. приложения Б. В ней буквой х обозначены расстояния от се редины шкалы, соответствующей значению р=50%, до требуемой абсциссы. А вертикальная шкала клетчатки – равномерная.

4 Аппроксимация эмпирической кривой трехпараметрической зависимо стью (кривая С.М. Крицкого – М.Ф. Менкеля). Из табл. 2 приложения А выпи С сывают в табл. 10 величины Кр, соответствующие отношению s (в условиях Cv примера оно равно 3), вычисленному значению Сv и выбранным значениям вероятности превышения р. На следующем этапе строят аналитическую кри вую вероятности.

Таблица 10 - Расчет ординат аналитической кривой вероятности Вероятность превышения р, % Кривая 0,1 1 5 20 50 80 95 99 99, Фр 6,86 3,96 2,00 0,44 -0,39 -0,67 -0,71 - Кр 1 6,83 4,37 2,7 1,37 0,67 0,43 0,4 - Qр 1728 1106 683 347 170 108 101 - Кр 6,31 3,92 2,51 1,45 0,78 0,41 0,21 0,12 0, Qр 1596 992 635 367 197 104 53 30 Примечание. 1 – биномиальная кривая;

2 – трехпараметрическая кривая Анализ графиков показывает, что в области малых значений ВП биноми альная кривая проходит ближе к эмпирической кривой.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДОГО СТОКА РЕКИ Вводные понятия Речными наносами называются продукты разрушения земной коры в виде сыпучих материалов, перемещаемых потоком воды в речном русле. Расход и сток наносов обычно устанавливается одновременно с определением расхода и стока воды в реке. В зависимости от характера передвижения наносы подразде ляются на взвешенные и донные. Взвешенные наносы мелких фракций подхва тываются восходящими струями речного потока и движутся с массой воды.

Донные наносы перемещаются под действием пульсации придонных струй или находятся в состоянии покоя. Если скорость течения воды увеличивается, дон ные наносы переходят во взвешенное состояние и наоборот – при уменьшении скорости часть наиболее крупных взвешенных наносов начинает перемещаться по дну. Количество взвешенных наносов, содержащихся в воде, характеризует ся мутностью р, г/м3.

Рисунок 6 - Кривые обеспеченности максимальных расходов воды Порядок выполнения работы 1 Сбор данных. Для определения характеристик твердого стока реки из таблицы «Взвешенные наносы» гидрологического ежегодника выписывают среднемесячные значения мутности для всех месяцев года и помещают в табл.

11. В нее же из таблицы «Ежедневные расходы воды» гидрологического еже годника записывают значения среднемесячных расходов воды.

Таблица 11 - Взвешенные наносы Массовый Объемный Расход Объем Накопленная Месяц Мутность р, расход расход воды наносов сумма объемов г/м3 наносов наносов Qp, м3/с Vн, м3 Vн, м Qн.об, м3/с Qн.мас, кг/с I 0 2,86 0 0 0 II 0 1,98 0 0 0 III 0 0,64 0 0 0 2,7110- IV 20 1,49 0,030 70 9,7510- V 80 13,4 1,072 2610 3,0710- VI 27 12,5 0,338 795 3,7010- VII 21 19,4 0,407 992 5,6310- VIII 28 22,1 0,619 1507 1,4410- IX 10 15,8 0,158 372 5,2310- X 7,3 7,88 0,058 140 2,1610- XI 5,7 4,17 0,024 56 XII 0 2,41 0 0 0 2 Расчет среднемесячных значений массового и объемного расходов на носов. Массовый расход наносов определяют по формуле Qн. мас рQ p. (13) При этом необходимо перевести единицы измерения мутности воды из г/м в кг/м3.

Объемный расход наносов вычисляют по формуле Q Qн.об н. мас, (14) где - плотность взвешенных наносов, которую с учетом взвешивающего дей ствия воды принимают равной 1100 кг/м3.

3 Вычисление объемов твердого стока. Месячный объем твердого стока определяется для всех месяцев по формуле Vн Qн.об Т, (15) где Т – число секунд в месяце (см. лабораторную работу 1, с. 5).

4 Построение графиков. По данным табл. 12 строят график «Динамика расхода наносов» (рис. 8). На него выносятся вычисленные значения средне месячного объемного расхода взвешенных наносов Qн.об. Далее строят график «Интегральная кривая твердого стока (взвешенные наносы)» (рис. 9).

Рисунок 8 - Динамика расхода наносов Рисунок 9 - Интегральная кривая твердого стока Данная кривая представляет собой изменение объема твердого стока реки, полученного нарастающей суммой с первого до последнего дня года.

5 Вывод. В заключение отмечается максимальное значение расхода нано сов и месяц, на который оно приходится.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЗИМНЕГО РЕЖИМА РЕКИ Вводные понятия Началом зимнего периода считается момент появления льда на реке. За конец зимнего периода принимается момент полного освобождения реки от льда. Зимний период делится на три фазы: замерзание, ледостав и вскрытие.

Замерзание заканчивается образованием сплошного ледяного покрова, а ледо став завершается вскрытием реки. Образование на реках в зимнее время ледя ного покрова изменяет режим течения. Ледяной покров вначале возникает на мелководье: у берегов, в заливах. На неглубоких местах с малыми скоростями течения вода охлаждается наиболее интенсивно.

Особенности зимнего режима рек учитывают при проектировании, строи тельстве и эксплуатации мостовых переходов.

Порядок выполнения работы 1 Анализ зимних явлений на реке. Даты наступления явлений зимнего ре жима на реке устанавливают по данным таблицы «Ежедневные уровни воды»

гидрологического ежегодника. Их заносят в табл. 12. По данным табл. 12 не обходимо написать вывод о явлениях, происходящих в зимний период, про анализировать их продолжительность.

Таблица 12 -Основные явления зимнего режима Явление Дата первого наблюдения Дата последнего появления Забереги 16.11 21. Шуга 16.11 17. Зажор - Ледоход осенний 18.11 20. Ледостав 21.11 10. Вода поверх льда 05.04 05. Закраины 05.04 05. Подвижка льда 10.04 10. Ледоход весенний 11.04 14. Конец зимнего периода 15.04 2 Построение графика «Динамика изменения толщины льда». Из табли цы «Толщина льда» гидрологического ежегодника выписывают значения толщины льда по декадам. Данные заносят в табл. 13.

Таблица 13 - Изменение толщины льда, см Месяц Декада ноябрь декабрь январь февраль март апрель I - 13 27 20 19 II - 13 25 15 18 III 15 21 21 14 15 По данным табл. 13 строят график изменения толщины ледяного покрова.

График охватывает месяцы зимнего периода и имеет ступенчатую форму (см.

рис. 10).

Рисунок 10 - Динамика изменения толщины льда 3 Вывод. В конце работы указывается величина, на которую уменьшает ся толщина льда в конце зимнего периода по сравнению с максимальной из 27 меренной толщиной льда Н 100% 63%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Федотов Г.А., Изыскания и проектирование мостовых переходов: учеб. по 1.

собие для вузов ж.-д. трансп. и транспортного стр-ва. – М.: Академия, 2005. – 304 с.

Константинов, Н.М. Гидравлика, гидрология, гидрометрия: учебник для 2.

вузов: в 2 ч. Ч. 2. Специальные вопросы / Н.М. Константинов, Н.А. Петров, Л.И. Высоцкий. – М.: Высш. шк., 1987. – 431 с.

Гавриш, Ю.Е. Гидрология, гидрометрия и гидротехнические сооружения:

3.

конспект лекций / Ю.Е. Гавриш. 2-е изд., перераб. и доп.– Красноярск:

ИПК СФУ, 2010. – 44 с.

Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. 1984 г. / 4.

Красноярское территориальное управление по гидрометеорологии и кон тролю природной среды. – Обнинск, ВНИИГМИ-МПД, 1986. – Ч. 1 и 2. Т. 1. – Вып. 12. – 379 С.

СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических ха 5.

рактеристик. – М.: Госстрой России, 2004. – 74 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Таблица 1 - Отклонения от среднего значения ординат биномиальной кривой распределения Отклонения Фр при вероятности превышения р, % Сs 0,1 1 5 20 50 80 95 99 99, 0,00 3,09 2,33 1,64 0,84 0,00 -0,84 -1,64 -2,33 -3, 0,10 3,23 2,40 1,67 0,84 -0,02 -0,85 -1,61 -2,25 -2, 0,20 3,33 2,47 1,70 0,83 -0,03 -0,85 -1,58 -2,18 -2, 0,30 3,52 2,54 1,72 0,82 -0,05 -0,85 -1,55 -2,10 -2, 0,40 3,66 2,61 1,75 0,82 -0,07 -0,85 -1,52 -2,03 -2, 0,50 3,81 2,68 1,77 0,81 -0,08 -0,85 -1,49 -1,96 -2, 0,60 3,96 2,75 1,80 0,80 -0,10 -0,85 -1,45 -1,88 -2, 0,70 4,10 2,82 1,82 0,79 -0,12 -0,85 -1,42 -1,81 -2, 0,80 4,24 2,89 1,84 0,78 -0,13 -0,85 -1,38 -1,74 -2, 0,90 4,38 2,96 1,86 0,77 -0,15 -0,85 -1,35 -1,66 -1, 1,00 4,53 3,02 1,88 0,76 -0,16 -0,85 -1,32 -1,59 -1, 1,10 4,67 3,09 1,89 0,74 -0,18 -0,85 -1,28 -1,52 -1, З, 1,20 4,81 1,91 0,73 -0,19 -0,84 -1,24 -1,45 -1, 1,30 4,95 3,21 1,92 0,72 -0,21 -0,84 -1,20 -1,38 -1, 1,40 5,09 3,27 1,94 0,71 -0,22 -0,84 -1,17 -1,32 -1, 1,50 5,23 3,33 1,95 0,69 -0,24 -0,82 -1,13 -1,26 -1, 1,60 5,37 3,39 1,96 0,68 -0,25 -0,81 -1,10 -1,20 -1, 1,70 5,50 3,44 1,97 0,66 -0,27 -0,81 -1,06 -1,14 -1, 1,80 5,64 3,50 1,98 0,64 -0,28 -0,80 -1,02 -1,09 -1, 1,90 5,77 3,55 1,99 0,63 -0,29 -0,79 -0,98 -1,04 -1, 2,00 5,91 3,60 2,00 0,61 -0,31 -0,78 -0,95 -0,99 -1, 2,10 6,04 3,65 2,01 0,59 -0,32 -0,76 -0,91 -0,94 -0, 2,20 6,14 3,68 2,02 0,57 -0,33 -0,75 -0,88 -0,90 -0, 2,30 6,26 3,73 2,01 0,55 -0,34 -0,74 -0,85 -0,87 -0, 2,40 6,37 3,78 2,00 0,52 -0,35 -0,72 -0,82 -0,83 -0, 2,50 6,50 3,82 2,00 0,50 -0,36 -0,66 -0,77 -0,77 -0, 2,60 6,54 3,86 2,00 0,48 -0,37 -0,70 -0,76 -0,78 -0, 2,70 6,75 3,92 2,00 0,46 -0,38 -0,68 -0,74 -0,74 -0, 2,80 6,86 3,96 2,00 0,44 -0,39 -0,67 -0,71 - Таблица 2 -Трехпараметрическое гамма-распределение (С.М. Крицкого – М.Ф. Менкеля) Коэффициенты расхода Кр при коэффициентах вариации Сv Р, % 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1, Сs/Сv = 0,1 1,34 1,73 2,70 3,89 5,30 6,91 8, 0,5 1,28 1,59 2,38 3,20 4,19 5,30 6, 1 1,25 1,52 2,16 2,89 3,71 4,61 5, 3 1,20 1,41 1,88 2,39 2,94 3,51 4, 5 1,17 1,35 1,74 2,15 2,57 3,0 3, 20 1,08 1,16 1,31 1,44 1,54 1,61 1, 50 1,00 0,99 0,95 0,88 0,80 0,69 0, 80 0,92 0,83 0,66 0,49 0,35 0,22 0, 95 0,84 0,70 0,45 0,25 0,13 0,05 0, 99 0,78 0,59 0,31 0,13 0,04 0,01 0, 0,410- 99,9 0,72 0,49 0,19 0,05 0,008 0, Сs/Сv = 0,1 1,35 1,80 3,00 4,58 6,31 8,43 10, 0,5 1,29 1,63 2,48 3,5 4,58 5,85 7, 1 1,25 1,55 2,25 3,07 3,92 4,80 5, 3 1,21 1,42 1,91 2,42 2,94 3,47 3, 5 1,17 1,36 1,75 2,14 2,51 2,89 3, 20 1,09 1,16 1,29 1,38 1,45 1,49 1, 50 0,99 1,03 0,93 0,86 0,78 0,70 0, 80 0,91 0,88 0,67 0,53 0,41 0,31 0, 95 0,84 0,76 0,49 0,33 0,21 0,13 0, 99 0,79 0,62 0,37 0,21 0,12 0,06 0, 99,9 0,73 0,53 0,27 0,13 0,06 0,02 0, Сs/Сv = 0,1 1,38 1,87 3,29 5,07 7,02 9,25 11, 0,3 1,34 1,73 2,81 4,09 5,46 9,94 8, 0,5 1,30 1,67 2,60 3,69 4,81 6,02 7, 1 1,23 1,58 2,34 3,17 4,01 4,90 5, 3 1,19 1,43 1,92 2,44 2,90 3,35 3, 5 1,17 1,36 1,75 2,11 2,45 2,77 3, 20 1,08 1,15 1,26 1,34 1,40 1,42 1, 50 0,99 0,98 0,92 0,85 0,78 0,71 0, 80 0,91 0,83 0,68 0,55 0,45 0,36 0, 95 0,85 0,72 0,52 0,37 0,26 0,18 0, 99 0,80 0,64 0,42 0,27 0,17 0,11 0, 99,9 0,74 0,56 0,33 0,104 0,104 0,054 0, ПРИЛОЖЕНИЕ Б Таблица - Координаты горизонтальной шкалы клетчатки вероятностей р,% х, мм р,% х, мм р,% х, мм р,% х, мм 32 и 68 17 и 83 8 и 50 0 20,1 41,0 60, 48 и 52 30 и 70 16 и 84 7 и 2,1 22,5 42,7 63, 46 и 54 28 и 72 15 и 85 6 и 4,3 25,0 44,6 66, 44 и 56 26 и74 14 и 86 5 и 6,5 27,6 46,5 70, 42 и 58 24 и 76 13 и 87 4 и 8,7 30,3 48,0 75, 40 и 60 22 и 78 12 и 88 3 и 10,9 33,2 50,6 80, 38 и 62 20 и 80 11 и 89 2 и 13,1 36,2 52,7 88, 36 и 64 19 и 81 10 и 90 1 и 15,4 37,7 55,1 34 и 66 18 и 82 9 и 91 0,1 и 99, 17,7 39,3 57,6 Учебное издание Гавриленко Татьяна Валентиновна, Гавриш Юрий Евгеньевич Инженерная гидрология. Определение расчетных гидрологических характеристик Подготовлено к изданию РИО БИК СФУ Подписано в печать 31.01.2012 г. Формат 60х84/16.

Бумага офсетная. Печать плоская.

Усл. печ. л. 1,9. Уч.– изд. л. 0,12.

Тираж 85 экз. Заказ № 6099.

Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, Тел/факс (391) 2062149. E-mail rio@sfu-kras.ru http://rio.sfu.kras.ru

 


 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.