Расчет пропускной способности реки.
Для устойчивых участков рек с мелкозернистыми грунтами в донных наносах пропускную способность рекомендует приближенно определять по формуле Q=Qm=(gB)0,5hср , (20.7)
где hср, В – средняя глубина, ширина потока, м; g – ускорение свободного падения.
Расход, определенный по формуле (20.7), называют морфологическим, так как этот расход зависит только от морфологических элементов живого сечения. Г.В. Железняков на базе этой формулы предложил определять пропускную способность:
для участков рек с русловой и пойменной многорукавностью по формуле
Q=6,8Qm0,87 (20.8)
для русел рек с незавершенным меандрированием по формуле
Q=4,75Qm0,87 (20.9)
Пример. Требуется определить расчетный расход весеннего половодья 1 % обеспеченности (вероятность превышения стока) для притока р. Сердобы, протекающей на юге Пензенской области. Площадь водосборного бассейна А=8 км2, озеро находится вне главного русла, болота и лес занимают соответственно менее 3% и 17% водосборной площади (леса расположены равномерно по водосбору). Средняя ширина реки 5 м., средняя глубина 1,5 м. Незавершенное меандрирование.
Сток в весеннее половодье по рекам аналогам, м3/с:
| 2,40 | 2,50 | 5,60 | 5,80 | 6,30 | 4,50 | 3,80 | 3,60 | 3,20 | 3,40 | 1,50 | 1,60 | 2,10 | 1,20 |
Данные расчета описательной статистики (Exel):
| Среднее | 3,392857 |
| Стандартная ошибка | 0,442578 |
| Стандартное отклонение | 1,655975 |
| Дисперсия выборки | 2,742253 |
| Асимметричность | 0,469457 |
| Уровень надежности(95,0%) | 0,956131 |
Сv=1,655975/3,392857=0,49
Отношение Сs/Сv =0,45/0,49=0,92
h0=120 мм - получены по Приложению 2.
Параметры, характеризующие дружность половодья, полученные обратным путем при расчете по рекам-аналогам в рассматриваемом районе по формуле (20.1): К0=0,009; 0,013 и 0,011.
Требуется: вычислить расчетный максимальный расход весеннего половодья.
Расчет ведут по формуле (20.1). В качестве расчетного принимают среднее значение параметра, характеризующего дружность половодья
К0=(0,009+0,013+0,011)/3=0,011.
По таблице ординат кривой трехпараметрического гамма-распределения для Cv=0,49 и отношения Сs/Сv=0,92 находят Kp% = 2,42 и вычисляют h1% = K1%h0 =2,42*120 = 290,4 мм.
Так как значение h0 для реки с малым бассейном получено не по карте, а по рекам-аналогам, и его значение больше 30 мм, поправки по табл. 20.2 и на учет площади не вводим.
Коэффициент δ, учитывающий наличие озер, равен 1, так как озеро находится вне главного русла.
Коэффициент δ1, учитывающий залесенность бассейна по формуле (20.5): δ1=1/(17+1)0,16 = 0,63,
где α=1 для лесостепной зоны при равномерном расположении леса по водосбору; n′= 0,16 — для почв различного механического состава (см. табл. 20.4).
Коэффициент δ2, учитывающий наличие болот при площадях, ими занимаемых, менее 3 %, равен единице.
Показатель степени редукции n=0,25 и дополнительную площадь водосбора A1=2 км2 находят по табл. 20.1 для лесостепной зоны европейской части России, а µ = 1,0 по табл. 20.3 для рек лесостепной зоны при р=1 %.
Подставив параметры в формулу (20.1) определяют расчетный расход весеннего половодья 1 % обеспеченности:
Qp% = qp%A = K0hp%μδδ1δ2A/(A + A1)n = 0,011*290,4*1* 1*0,63*1* 8/(8+ 2)0,25 = 9,05 м3/с.
Пропускная способность реки Qm=(gB)0,5hср=(9,8*5)0,5*1,5=10,5 м3/с.
С поправкой на гидрологические особенности Q=4,75*10,50,87=36,7 м3/с.
Вывод: река не выходит из берегов.
Варианты заданий.
Вариант 1. Сток в весеннее половодье по рекам аналогам, м3/с:
| 3,80 | 1,50 | 7,90 | 6,50 | 8,40 | 11,5 | 33,8 | 13,6 | 33,2 | 9,40 | 11,5 | 11,6 | 12,1 | 3,20 |
| Обеспеченность (вероятность превышения), % | 0,1 | ||||||||||||
| Регион | Тамбовская обл. | ||||||||||||
| Площадь водосборного бассейна, км2 | 15 | ||||||||||||
| Залесенность, % | 21 | ||||||||||||
| Заболоченность, % | 4 | ||||||||||||
| Равномерность расположения леса | прирусловая часть | ||||||||||||
| Вср, hср | 5,5 1,2 | ||||||||||||
| Русло | многорукавное | ||||||||||||
Вариант 2. Сток в весеннее половодье по рекам аналогам, м3/с:
| 4,5 | 2,6 | 12,5 | 14,3 | 10,6 | 10,8 | 10,7 | 13,6 | 12,5 | 12,1 | 10,7 | 4,4 | 12,1 | 4,2 |
| Обеспеченность (вероятность превышения), % | 5 | ||||||||||||
| Регион | Мордовская респ. | ||||||||||||
| Площадь водосборного бассейна, км2 | 12 | ||||||||||||
| Залесенность, % | 41 | ||||||||||||
| Заболоченность, % | 9 | ||||||||||||
| Равномерность расположения леса | равномерно | ||||||||||||
| Вср, hср | 4,5 1,1 | ||||||||||||
| Русло | меандрирующее | ||||||||||||
Вариант 3. Сток в весеннее половодье по рекам аналогам, м3/с:
| 2,5 | 1,6 | 1,5 | 1,3 | 1,6 | 1,8 | 1,7 | 1,6 | 1,5 | 1,1 | 1,7 | 2,4 | 2,1 | 2,2 |
| Обеспеченность (вероятность превышения), % | 5 | ||||||||||||
| Регион | Ульяновская обл. | ||||||||||||
| Площадь водосборного бассейна, км2 | 10 | ||||||||||||
| Залесенность, % | 7 | ||||||||||||
| Заболоченность, % | 1 | ||||||||||||
| Равномерность расположения леса | В верхней части | ||||||||||||
| Вср, hср | 2,5 0,5 | ||||||||||||
| Русло | Многорукавное | ||||||||||||
Вариант 4. Сток в весеннее половодье по рекам аналогам, м3/с:
| 15,5 | 13,6 | 14,5 | 14,3 | 13,6 | 14,8 | 12,7 | 13,6 | 12,5 | 11,1 | 14,7 | 12,4 | 12,1 | 12,2 |
| Обеспеченность (вероятность превышения), % | 5 | ||||||||||||
| Регион | Рязанская обл. | ||||||||||||
| Площадь водосборного бассейна, км2 | 32 | ||||||||||||
| Залесенность, % | 27 | ||||||||||||
| Заболоченность, % | 8 | ||||||||||||
| Равномерность расположения леса | В верхней части | ||||||||||||
| Вср, hср | 15,3 1,4 | ||||||||||||
| Русло | Меандрирующее | ||||||||||||
Контрольные вопросы.
1. От каких факторов зависит величина разлива рек весной?
2. Как определить площадь водосбора реки?
3. Как найти реки – аналоги исследуемой реки?
4. Где найти среднемноголетний слой стока реки?
5. От чего зависит показатель степени редукции?
6. Как влияет залесенность и заболоченность речных водосборов на максимальные расходы воды?
7. Какими способами можно определить статистические параметры стока реки?
8. В каких климатических зонах половодье выше?
Приложение 1.
Ординаты кривых трехпараметрического гамма-распределения
| Коэффициент вариации Сv | ||||||||||||||||
| р, % | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | ||||||||
|
| Cs = 1,5Cv |
|
| |||||||||||||
| 0,01 | 1,40 | 1,86 | 2,38 | 2,94 | 3,55 | 4,19 | 4,88 | 5,61 | ||||||||
| 0,05 | 1,35 | 1,75 | 2,20 | 2,68 | 3,18 | 3,73 | 4,31 | 4,93 | ||||||||
| 0,1 | 1,33 | 1,70 | 2,11 | 2,54 | 3,02 | 3,52 | 4,06 | 4.62 | ||||||||
| 0,5 | 1,27 | 1,57 | 1,90 | 2,24 | 2,61 | 3,00 | 3,41 | 3,85 | ||||||||
| 1 | 1,24 | 1,51 | 1,79 | 2,09 | 2,42 | 2,76 | 3,11 | 3,49 | ||||||||
| 5 | 1,17 | 1,35 | 1,53 | 1,72 | 1,92 | 2,13 | 2,34 | 2,57 | ||||||||
| 10 | 1,13 | 1,26 | 1,40 | 1,54 | 1,68 | 1,82 | 1,97 | 2,11 | ||||||||
| 25 | 1,07 | 1,13 | 1,19 | 1,25 | 1,30 | 1,35 | 1,39 | 1,43 | ||||||||
| 50 | 0,998 | 0,990 | 0,977 | 0,958 | 0,934 | 0,902 | 0,862 | 0,814 | ||||||||
| 75 | 0,931 | 0880 | 0,785 | 0,708 | 0,630 | 0,545 | 0,460 | 0,377 | ||||||||
| 95 | 0,840 | 0,689 | 0,548 | 0,419 | 0,305 | 0,207 | 0,130 | 0,074 | ||||||||
| 97 | 0,819 | 0,651 | 0,498 | 0,363 | 0,247 | 0,155 | 0,088 | 0,045 | ||||||||
| 99 | 0,780 | 0,581 | 0,410 | 0,268 | 0,160 | 0,084 | 0,038 | 0,015 | ||||||||
| 99,9 | 0,714 | 0,474 | 0,284 | 0,152 | 0,066 | 0,024 | 0,007 | 0,001 | ||||||||
|
| Cs = 2Cv |
|
| |||||||||||||
| 0,01 | 1,42 | 1,92 | 2,52 | 3,20 | 3,98 | 4,85 | 5,81 | 6,85 | ||||||||
| 0,05 | 1,36 | 1,79 | 2,29 | 2,85 | 3,48 | 4,18 | 4,95 | 5,77 | ||||||||
| 0,1 | 1,34 | 1,73 | 2,19 | 2,70 | 3,27 | 3,87 | 4,566 | 5,30 | ||||||||
| 0,5 | 1,28 | 1,59 | 1,94 | 2,32 | 2,74 | 3,20 | 3,68 | 4,19 | ||||||||
| 1 | 1,25 | 1,52 | 1,82 | 2,16 | 2,51 | 2,89 | 3,29 | 3,71 | ||||||||
| 5 | 1,17 | 1,35 | 1,54 | 1,74 | 1,94 | 2,15 | 2,36 | 2,57 | ||||||||
| 10 | 1,13 | 1,26 | 1,40 | 1,54 | 1,67 | 1,80 | 1,94 | 2,06 | ||||||||
| 25 | 1,08 | 1,13 | 1,18 | 1,23 | 1,28 | 1,31 | 1,34 | 1,37 | ||||||||
| 50 | 0,997 | 0,986 | 0,970 | 0,948 | 0,918 | 0,886 | 0,846 | 0,800 | ||||||||
| 75 | 0,945 | 0,886 | 0,823 | 0,760 | 0,691 | 0,622 | 0,552 | 0,488 | ||||||||
| 95 | 0,842 | 0,696 | 0,565 | 0,448 | 0,342 | 0,256 | 0,181 | 0,120 | ||||||||
| 97 | 0,821 | 0,660 | 0,517 | 0,392 | 0,288 | 0,0,202 | 0,139 | 0,088 | ||||||||
| 99 | 0,782 | 0,594 | 0,436 | 0,304 | 0,206 | 0,130 | 0,076 | 0,049 | ||||||||
| 99,9 | 0,719 | 0,492 | 0,319 | 0,192 | 0,107 | 0,052 | 0,027 | 0,008 | ||||||||
|
| Cs = 3Cv |
|
| |||||||||||||
| 0,01 | 1,46 | 2,05 | 2,83 | 3,80 | 4,94 | 6,26 | 7,70 | 9,30 | ||||||||
| 0,05 | 1,39 | 1,88 | 2,49 | 3,24 | 4,09 | 5,04 | 6,08 | 7,21 | ||||||||
| 0,1 | 1,36 | 1,81 | 2,35 | 3,01 | 3,74 | 4,56 | 5,44 | 6,38 | ||||||||
| 0,5 | 1,28 | 1,63 | 2,03 | 2,48 | 2,97 | 3,50 | 4,05 | 4,64 | ||||||||
| 1 | 1,25 | 1,55 | 1,90 | 2,26 | 2,66 | 3,07 | 3,50 | 3,96 | ||||||||
| 5 | 1,17 | 1,36 | 1,55 | 1,75 | 1,95 | 2,14 | 2,34 | 2,52 | ||||||||
| 10 | 1,13 | 1,26 | 1,40 | 1,52 | 1,65 | 1,76 | 1,87 | 1,97 | ||||||||
| 25 | 1,07 | 1,12 | 1,17 | 1,21 | 1,24 | 1,26 | 1,28 | 1,28 | ||||||||
| 50 | 0,997 | 0,981 | 0,959 | 0,930 | 0,898 | 0,862 | 0,823 | 0,783 | ||||||||
| 75 | 0,931 | 0,858 | 0,786 | 0,715 | 0,647 | 0,583 | 0,522 | 0,465 | ||||||||
| 95 | 0,844 | 0,708 | 0,588 | 0,487 | 0,400 | 0,326 | 0,263 | 0,210 | ||||||||
| 97 | 0,825 | 0,675 | 0,548 | 0,443 | 0,355 | 0,282 | 0,221 | 0,171 | ||||||||
| 99 | 0,786 | 0,618 | 0,484 | 0,369 | 0,283 | 0,213 | 0,158 | 0,116 | ||||||||
| 99,9 | 0,732 | 0,531 | 0,381 | 0,273 | 0,192 | 0,131 | 0,088 | 0,057 | ||||||||
|
| Cs = 4Cv |
|
| |||||||||||||
| 0,01 | 1,50 | 2,18 | 3,17 | 4,43 | 5,91 | 7,58 | 9,41 | 11,40 | ||||||||
| 0,05 | 1,41 | 1,97 | 2,72 | 3,61 | 4,63 | 5,76 | 6,96 | 8,22 | ||||||||
| 0,1 | 1,38 | 1,88 | 2,53 | 3,29 | 4,15 | 5,07 | 6,05 | 7,08 | ||||||||
| 0,5 | 1,29 | 1,67 | 2,12 | 2,61 | 3,13 | 3,68 | 4,26 | 4,85 | ||||||||
| 1 | 1,25 | 1,58 | 1,94 | 2,34 | 2,75 | 3,17 | 3,59 | 4,03 | ||||||||
| 5 | 1,17 | 1,36 | 1,56 | 1,75 | 1,94 | 2,12 | 2,29 | 2,46 | ||||||||
| 10 | 1,13 | 1,26 | 1,40 | 1,52 | 1,62 | 1,76 | 1,81 | 1,91 | ||||||||
| 25 | 1,07 | 1,12 | 1,17 | 1,19 | 1,21 | 1,23 | 1,24 | 1,24 | ||||||||
| 50 | 0,997 | 0,976 | 0,950 | 0,920 | 0,888 | 0,853 | 0,818 | 0,781 | ||||||||
| 75 | 0,931 | 0,858 | 0,788 | 0,722 | 0,660 | 0,601 | 0,546 | 0,495 | ||||||||
| 95 | 0,846 | 0,719 | 0,611 | 0,519 | 0,440 | 0,372 | 0,312 | 0,261 | ||||||||
| 97 | 0,829 | 0,690 | 0,580 | 0,481 | 0,400 | 0,332 | 0,274 | 0,224 | ||||||||
| 99 | 0,790 | 0,638 | 0,516 | 0,417 | 0,336 | 0,269 | 0,214 | 0,168 | ||||||||
| 99,9 | 0,742 | 0,561 | 0,430 | 0,331 | 0,252 | 0,189 | 0,141 | 0,104 | ||||||||
Приложение 2. Карта среднего многолетнего слоя стока талых вод
Список литературы
1. «Об охране окружающей среды» Федеральный закон от 10 января 2002 г №7 - ФЗ (с последними изменениями и дополнениями).
2. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. (С доп. в ред. Постановления главного гос. сан. врача от 19.04.2010 №26)
3. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве [Текст]. – М.: 2006.
4. Гигиенические нормативы. ГН 2.1.5.1315-03 Предельно допустимые концентрации(ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно- питьевого и культурно-бытового водопользования [Текст]. – М.: 2003.
5. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны (В ред. 2011 г. с прилож.) [Текст].
6. ГОСТ 17.1.1.04-81. Охрана природы. Гидросфера. Приборы и устройства для отбора, первичной обработки и хранения проб природных вод. Общие технические требования
7. ГОСТ 17.2.6.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Приборы для отбора проб воздуха населенных пунктов. Общие технические требования [Текст].
8. ГОСТ Р 22.1.10-2002. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг химически опасных объектов [Текст].
9. ГОСТ Р 53091-2008 (ИСО 10381-2001) Качество почвы. Отбор проб. Ч. 3. Руководство по безопасности [Текст]. – М.: 2008.
10. ГОСТ17.2.3.01-86 Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных мест [Текст]. – М.: 1986.
11. Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической обстановки и экологического бедствия [Текст]. – М.: Минприроды РФ,1992.