Гидрологические расчеты, факторы, влияющие на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока
 Скачать 1.92 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» Забайкальский институт железнодорожного транспорта - филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ЗабИЖТ ИрГУПС) Кафедра «Техносферная безопасность»
Практическое задание № 4 по дисциплине: «Гидравлика и гидрология» на тему: «Гидрологические расчеты, факторы, влияющие на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока» Вариант № 3
Чита 2021  Содержание:Аннотация 3 Введение 4 Теоретическая часть. Раздел 4. Гидрология Тема 4.1: «Гидрологические расчеты, факторы, влияющие на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока» 6 Практические задания к теме 4.1 «Гидрологические расчеты, факторы, влияющие на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока» Задание № 1 22 Вывод 26 Список литературы 27  Аннотация.Тема: «Гидрологические расчеты, факторы, влияющие на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока». Цель: «Понять какие гидрологические расчеты, факторы, влияют на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока».  Введение.Общие сведения о гидрологических расчетах. Виды гидрологических расчетов. Главная цель гидрологических расчетов — определение характеристик, количественно описывающих гидрологические процессы и явления. Их называют гидрологическими характеристиками или гидрологическими параметрами. Гидрологические расчеты должны сопровождаться гидрологическим анализом и главным образом изучением природной среды, с которой гидрологический процесс находится в тесном взаимодействии. В зависимости от изучаемых гидрологических процессов выделяется несколько видов гидрологических расчетов: 1) водного режима (жидкого стока); 2) термического и ледового режима; 3) режима наносов (твердого стока) и русловых процессов. Гидрологические расчеты осложняются, если на речной поток воздействуют гидротехнические сооружения. В зависимости от цели гидрологических расчетов их можно также подразделить на несколько основных видов: 1) Расчеты для обобщения натурных измерений параметров водных объектов. 2) Определение расчетных гидрологических характеристик. Расчетные характеристики необходимы для проектирования и обеспечения надежной эксплуатации с наибольшим экономическим эффектом сооружений различного назначения (гидроэлектростанции, речные порты, водопропускные сооружения автомобильных и железных дорог, аэродромы, гидромелиоративные системы, системы водоснабжения и др.). 3) Гидрологические расчеты (предвычисления) для предсказания будущего гидрологического режима. Этот вид расчетов требует повышенного внимания к гидрологическому анализу. Научно обоснованное предсказание ожидаемого гидрологического режима называется гидрологическим прогнозом. 4) Гидрологические расчеты для регулирования речного стока и составления проектов использования водных ресурсов. Перераспределение во времени объемов речного стока в замыкающем створе реки — увеличение или уменьшение его в отдельные периоды по сравнению с ходом поступления воды на поверхность водосбора — называется регулированием речного стока.  1) Справочники по ресурсам поверхностных вод СССР и РФ. Они состоят из трех серий: а) гидрологическая изученность; б) основные гидрологические характеристики; в) ресурсы поверхностных вод СССР. Каждая серия состоит из 20 томов.2) Материалы по максимальному стоку талых вод рек СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1967. 3) Материалы по максимальному стоку дождевых паводков на реках СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1972. 4) Материалы по расчетным характеристикам дождевых осадков. Л., Гидрометеоиздат, 1969. 5) Каталог отметок наивысших уровней воды рек и озер СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1970. 6) Материалы по минимальному стоку рек СССР. Л., Гидрометеоиздат, 1971. 7) Гидрологические ежегодники. 8) Каталог заторных и зажорных участков рек СССР: т. 1. Ев- ропейская часть СССР; т. 2. Азиатская часть СССР. Л., Гидроме- теоиздат, 1976.  Теоретическая часть:РАЗДЕЛ 4: Гидрология ТЕМА 4.1: «Гидрологические расчеты, факторы, влияющие на речной сток, речной бассейн, гидрографы стока, норма стока» Физико-географические факторы стока. Речной бассейн. Сток рек зависит от многих факторов, из которых основными являются климатические. Уравнение водного баланса позволяет сделать вывод, что к климатическим факторам стока относятся прежде всего осадки и испарение. Чем больше осадки и меньше испарение, тем больше сток рек; при малых осадках и большом испарении сток рек незначительный или совсем отсутствует. На процессы формирования стока, кроме климатических, оказывают влияние и другие физико-географические факторы, называемые факторами подстилающей поверхности: рельеф, геологическое строение, гидрогеологические условия, почвенный и растительный покров, озерность, заболоченность бассейна, наличие в нем ледников и карста. Влияние факторов подстилающей поверхности увеличивается также с уменьшением площади водосбора реки. Иногда это влияние настолько сильно, что затушевывается влияние климатических условий; например, при наличии карста на значительной части водосбора уменьшается весенний максимальный сток и увеличивается сток в маловодный (меженный) период. Речной бассейн. Часть земной поверхности, включая толщу почвогрунтов, из которых река или речная система получает питание, называется бассейномданной реки или системы. Бассейн реки включает в себя поверхностный и подземный водосборы. Соответственно питание реки называется поверхностным и подземным (грунтовым, почвенным). Граница (линия раздела) между бассейнами (водосборами) рядом расположенных водоемов, водотоков называется водоразделом. Водораздел поверхностного водосбора проходит по наиболее высоким точкам земной поверхности, расположенным между водосборами соседних рек. К основным характеристикам речного бассейна относятся: площадь, форма, высота иуклон водосбора. Для определения площади водосбора, руководствуясь положением истоков соседних рек и сообразуясь с рельефом местности, на карте проводят линию водораздела и измеряют ограниченную им площадь. Измерение площади водосбора производят планиметром или палеткой по крупномасштабным картам.  Среднюю высоту бассейна определяют по карте бассейна в горизонталях но формуле: где а1, а2, ..., аn — площади между горизонталями, м2; h1, h2, … , hn — средняя высота между горизонталями, м; А — площадь водосбора, км2. Средневзвешенный уклон водосбора определяют также с помощью карты по выражению:  где  Н — сечение рельефа (разность между отметками горизонталей),  — сумма длин горизонталей, в которой первую и последнюю горизонтали уменьшают наполовину.Для оценки влияния на сток озер, болот, залесенности бассейна вычисляют (в процентах) коэффициенты:  где аоз, аб, ал — соответственно площади, занятые озерами, болотами и лесами в пределах речного бассейна площадью А. Речные долины. Это вытянутые в длину понижения в земной поверхности, характеризующиеся общим уклоном ложа, в которых протекают реки. Попроисхождению долины подразделяются на тектонические, вулканические, ледниковые и эрозионные. По форме поперечного сеченияразличают: каньоны, ущелья, V-образные, корытообразные и трапецеидальные (рис. 4.1).  Рисунок 4.1 - Поперечный разрез речной долины: 1 — коренное или меженное русло; 2 — пойма; 3 — отложения аллювия;, 4 — коренные берега; 5 — первая надпойменная терраса; УВВ — уровень высоких вод  Наиболее пониженная часть долины, по которой происходит сток воды и наносов, называется руслом.В результате постепенного врезания русла реки в дно долины на ее склонах образуются более или менее горизонтальные участки поверхности, называемые террасами. Затопляемая во время половодья нижняя терраса называется поймой. Глубокие части реки, соответствующие наиболее изогнутым в плане участкам русла, называются плесами, мелкие — перекатами (рис. 4.2).  Рисунок 4.2 - Нормальный (а) и сдвинутый (б) перекат Стадии образования излучин показаны на рис. 4.3.  Рис. 4.3. Стадии образования излучин Продольный профиль реки. Продольный профиль реки— это вертикальный разрез русла по линии наибольших глубин. По вертикали на график наносят высоты, по горизонтали — расстояния от истока. В процессе развития река вырабатывает плавный профиль, называемый профилем равновесия(рис. 4.3, 1). Такой профиль имеет Волга, Дон и другие равнинные реки. В верховьях этих рек, где дно реки интенсивно размывается, уклоны наибольшие. В средней части уклоны меньше - образуются излучины. В низовьях уклоны наименьшие — происходит аккумуляция наносови образование дельты.   Рис. 4.3. Типы продольного профиля рек: 1 - профиль равновесия; 2 – прямолинейный; 3 – сбросовый; 4 - ступенчатый Наинизшая отметка речной системы, ниже которой русло не размывается, называется базисом эрозии. Для рек, впадающих в море или озеро, базисом является уровень этого водоема, а для притоков — наинизший уровень реки в месте впадения притока. Малые равнинные реки имеют прямолинейный профиль (2), горные — ступенчатый (4) или сбросовый (3), как, например, реки Кольского полуострова. Поперечный профиль реки. Поперечное сечение русла— это плоскость, перпендикулярная среднему направлению течения и ограниченная поверхностью воды и профилем дна русла. Оно определяет пропускную способность русла, распределение скоростей и уклонов в потоке. Часть площади поперечного сечения, где скорость течения больше нуля, или практически больше предела чувствительности прибора, применяемого для измерения, называется площадью живого сечения. Та же часть площади поперечного сечения, в которой скорости течения практически равны нулю или меньше предела чувствительности прибора, называется площадью мертвого пространства. Поперечные уклоныпоявляются на изгибах рек под действием центробежных сил, а также ветра и сил, вызываемых вращением Земли (Кориолисово ускорение). На закруглении реки поток прижимается к вогнутому берегу, и уровень воды у этого берега становится выше, чем у выпуклого. Образуется перекос водной поверхности, или поперечный уклон. Так как у поверхности скорости выше, чем у дна, центробежное ускорение у поверхности существенно больше, чем у дна. Это обусловливает появление поперечной циркуляции на закруглениях. Слагаясь с продольным течением, поперечное течение придает потоку сложный винтообразный характер. Поперечная циркуляция играет большую роль в формировании русла и транспортировании наносов.  Под действием вращения Земли в северном полушарии движущийся поток отклоняется вправо. Поэтому в северном полушарии размыв больше на правом берегу и правый берег выше левого; в южном полушарии — наоборот (закон Бэра).Фазы режима рек. Типы питания. Классификация рек по внутригодовому распределению стока. В зависимости от условий питания в режиме рек различают следующие фазы: половодье, паводки и межень. Половодьехарактеризуется продолжительным повышением стока, повторяющимся ежегодно в один и тот же сезон. Для большинства равнинных рек РФ характерно весеннее половодье, вызываемое снеготаянием; для горных рек — вызываемое таянием снега и ледников (летнее половодье). На Дальнем Востоке причиной длительного летнего половодья являются затяжные муссонные дожди. Паводки представляют собой резкое кратковременное повышение стока, вызванное ливневыми дождями или оттепелями зимой. Не приуроченные к определенному периоду паводки повторяются в некоторые годы по нескольку раз. Межень — продолжительный низкий сток, обусловленный переходом реки почти исключительно на подземное питание. На реках РФ различают летнюю и зимнюю межень. Типичный ход изменения стока в течение года — гидрограф— на реках европейской части РФ показан на рис. 4.4. Чтобы определить долю того или иного вида питания, гидрограф расчленяют по источникам питания. На рис. 4.4 показан пример расчленения гидрографа р. Волги методом Б. В. Полякова. Горизонтальная прямая, разделяющая глубоководное и верховое подземное питание, проведена на высоте наименьшего расхода воды перед наступлением половодья.   Рис. 1.4. Схема расчленения гидрографа по источникам питания:1 — глубокое подземное питание, 2 — верховое подземное питание, 3 — снеговое половодье, 4 — отдача поймы, 5 — дождевые паводки, 6 — потери стока воды на образование льда Классификация рек. Каждая река неповторима. Однако реки имеют общие черты, зависящие от климатических условий, видов питания и водного режима, и это позволяет объединить их в более или менее однородные группы. Так, Б. Д. Зайков все реки делит на три группы: 1) с весенним половодьем, 2) с половодьем в теплую часть годаи 3) с паводочным режимом. Реки первой группы он делит еще на пять типов: казахстанский (1), восточноевропейский (2), западносибирский(3), восточносибирский (4), алтайский (5). Казахстанский — характеризуется очень высокой волной весеннего половодья и низким (до полного пересыхания) стоком в остальную часть года. Сток дают почти исключительно зимние осадки, быстрое таяние которых вызывает высокое, но непродолжительное половодье (рис. 4.5 а). Восточноевропейский— характеризуется высоким весенним половодьем, летней меженью, прерываемой эпизодически ливнями, низкой зимней меженью и повышенным осенним стоком. Некоторые реки этого типа имеют два максимума: первый (главный)— весной и второй — осенью (рис. 4.5 б). Западносибирский— имеет небольшое, растянутое половодье, повышенный летне-осенний сток и низкую зимнюю межень. Наличие в бассейнах рек этого типа болот, озер, обширных заливаемых пойм оказывает регулирующее влияние на сток (рис. 4.5 в). Восточносибирский— характеризуется высоким весенним половодьем, систематическими летне-осенними паводками и очень низким зимним стоком. Этот тип рек связан с обильными дождями летом и осенью и исключительно скудным подземным питанием (рис. 4.5 г) в условиях многолетней мерзлоты. Алтайский— отличается невысоким, растянутым, гребенчатым весенним половодьем, повышенным летне-осенним и низким зимним стоком. Характер половодья рек этого типа объясняется особенностями таяния снега в горах: разновременным снеготаянием на разных высотах. На снеговое половодье накладываются дождевые паводки. Устойчивый зимний сток обусловлен обильным подземным питанием (рис. 4.5 д). Реки второй группы делятся на два типа.  Дальневосточный— имеет невысокое, растянутое, гребенчатого вида половодье в летне-осенний период, вызванное ливневыми осадками, и низкий сток в холодное полугодие. Зимних осадков здесь выпадает мало; подземное питание ограниченно вследствие распространения многолетней мерзлоты (рис. 4.5 е). Расход воды Q — это объем воды, протекающей через живое сечение реки в единицу времени.Тяньшанский— распространен в горах Средней Азии, Большого Кавказа и Камчатки, отличается высоким зимним стоком. Характеризуется летне-осенним половодьем, вызванным таянием высокогорных снегов и ледников (рис. 4.5 ж). Реки третьей группы в зависимости от характера распределения паводков в течение года делятся на три типа. Причерноморский— характеризуется паводочным режимом в течение всего года. Основной источник питания — дожди. Частично питание происходит за счет снега, который выпадает в горах и обычно быстро тает (рис. 4.5 з). Крымский— отличается от предыдущего низким стоком летнего сезона (рис. 4.5 и). Северокавказский — распространен в восточной части северного склона Большого Кавказа, характеризуется паводками в теплое время и устойчивой меженью в холодное (подземное питание незначительное) (рис. 4.5 к). |