§36. Атмосферные осадки. Схема и виды атмосферных осадков Что такое годовое количество осадков

Количество осадков постоянно интересует тех, кто следит за погодой. Казалось бы, в прогнозе стоит 10-15 мм, а на улицах — снег по колено или огромные лужи. Чтобы Вам было проще ориентироваться в прогнозах, мы подготовили информацию об измерении количества осадков.

Метеорологи различают два понятия: высота снежного покрова и количество выпавших осадков. То, что мы видим на улице после снегопада, это высота снежного покрова, который порой достигает 50 см, хотя количество выпавших осадков при этом может быть не более 20 мм. Один миллиметр выпавшего снега приравнивается к 1-1,5 см высоты снежного покрова в зависимости от структуры снега.

По метеорологическому наставлению, миллиметр осадков — это один литр воды на квадратный метр. На всех метеостанция стоят осадкомерные ведра, из которых, в 9 и 21 час по Гринвичу, осадки выливаются в специальный сосуд, по которому измеряется их количество. Твердые осадки — снег, град — растапливаются, а потом специалисты измеряют получившуюся воду.

Не каждое облако несёт в себе осадки , ведь для образования обаков обязательным условием является наличие воды в трех состояниях: газообразном, жидком и твердом, характерных для смешанных облаков. Выпадение осадков происходит только тогда, когда облако начнёт подниматься выше и охлаждаться. По происхождению, осадки подразделяют на такие виды: конвективные, фронтальные и орографические.

Конвективный тип осадков характерен для жарких климатических зон, в которых на протяжении года проходит интенсивное нагревание, вследствие чего вода испаряется. В это время преобладает восходящее движение влажного и теплого воздуха. Такие процессы можно наблюдать летом в умеренных поясах.

Фронтальные осадки образуются в случае встречи двух воздушных масс разных температур и других факторов. Фронтальные осадки наблюдаются в умеренном и холодном поясах.

Орографические осадки характерны для наветренных горных склонов, заставляющих воздух подниматься выше. При потере влаги воздух опускается, минуя горную цепь, но после прогревается, а относительная влажность удаляется от состояния насыщения.

По характеру выпадения осадки подразделяют на ливневые (непродолжительные, но интенсивные осадки на небольшой области), обложные (длительные и равномерные осадки средней интенсивности, охватывающие довольно большую область) и моросящие (им характерны мелкие и небольшое количество осадков ).

Измерение количества осадков.

Количество осадков определяют путем измерения толщины миллиметрового слоя воды, образующегося в результате их выпадения на горизонтальную поверхность и дальнейшего просачивания в почву. Для того, чтобы измерить количество осадков задействуют металлический цилиндр с установленной диафрагмой - дождемер, а также осадкомер, имеющий специальную защиту. Осадки твердого типа предварительно растапливаются, а полученное количество воды измеряют цилиндрическим сосудом, площадь дна которого в десять раз меньше дна дождемера. Когда слой воды в сосуде достигает цифры в 20 мм, это будет означать то, что выпавший на Землю слой составляет 2 м 2 мм в высоту.

• 1 - Дождемер, устанавливаемый на метеоплощадке для измерения жидких осадков;
• 2 - Почвенный дождемер, вкапывается вровень с грунтом, там также внутри установлено ведро для сбора осадков;
• 3 - Полевой дождемер - стеклянный высокий стакан с делениями, для оценки осадков на с/х полях;
• 4 - Осадкомер - для сбора жидких и твёрдых осадков (снег, крупа…);
• 5 - Плювиограф - самописец количества жидких осадков;
• 6 - Суммарный Осадкомер - для сбора осадков за большой период (неделю, 10 дней,...) в труднодоступных местах;
• 7 - Радиоосадкомер.

Все измерения учитываются за конкретный месяц для выведения месячных показателей, а впоследствии и годовых. Чем продолжительней наблюдение, тем точнее будет рассчитано количество осадков за разные промежутки времени для конкретного места наблюдений. Те линии на карте, точки которых соединяют с одинаковым количеством осадков в миллиметрах, называются изогиетами и указывают количество осадков за определенный промежуток времени (как например за год).

Распределение осадков на поверхности Земли.

На географическое положение осадков по земной поверхности влияет множество факторов: температура, испарение, влажность, облачность, атмосферное давление, океанические течения, ветер и расположение суши и моря. Температура является главенствующим фактором, так как влияет на интенсивность испарения и количество влаги.

В холодных широтах уровень испарения незначителен, поскольку воздух в этих широтах содержит очень мало водяного пара. Несмотря на то, что относительная влажность может быть достаточно высокой, при конденсации пара в любом случае будет мало осадков. В теплых краях наблюдается противоположная ситуация, в которой при большом уровне испарения наблюдается огромное количество осадков . Именно потому атмосферные осадки принято распределять зонально.

Наибольшее количество осадков (1000-2000 мм и более) наблюдается в экваториальном поясе, где круглый год высокие температуры, большое испарение и преобладание восходящих потоков воздуха.

В тропических широтах количество осадков меньше - от 300 до 500 мм, а в пустынных материковых областях меньше 100 мм. Причиной тому послужило господство высокого давления в сочетании с нисходящими потоками. Для восточных побережий, которые омываются теплыми течениями характерно большое количество осадков, в особенности летом.

В умеренных широтах число осадков возрастает до 500-1000 мм и наибольшее число осадков припадает на западные побережья, с преобладающими западными ветрами со стороны океанов. Огромное количество осадков также вызвано теплым течением и присутствием горного рельефа.

В полярных зонах количество осадков довольно низкое - от 100 до 200 мм. Это обусловлено пониженной влажностью в воздухе, но при этом с большой облачностью.

Количество выпадающих осадков не всегда определяет условия увлажнения. Характер увлажнения выражается с помощью коэффициента увлажнения - соотношения количества осадков к испаряемости за одинаковый период - К = О / В, где - коэффициент увлажнения, О - годовое количество осадков, а B является величиной испаряемости. В случае, если K=1, то увлажнение достаточное, если больше - избыточное, а если меньше - недостаточное. Увлажнение подразумевает тот или иной тип природных зон: при избыточном и достаточном увлажнении могут произрастать леса, недостаточное и близкое к единице увлажнение характерно для лесостепей и саванн, низкие и более близкие к нулю показатели подразумевают степи, пустыни и полупустыни.

Атмосферными осадками называют воду, которая из атмосферы выпадает на земную поверхность. Атмосферные осадки имеют и более научное название — гидрометеоры.

Измеряют их в миллиметрах. Для этого замеряют толщу воды, выпавшей на поверхность с помощью специальных приборов — осадкомеров. Если нужно измерить толщу воды на больших площадях, то используют метеорологические радиолокаторы.

В среднем наша Земля получает почти 1000 мм осадков ежегодно. Но вполне предсказуемо, что их количество выпавшей влаги зависит от многих условий: климата и режима погоды, рельефа местности и близости водоемов.

Виды атмосферных осадков

Вода из атмосферы выпадает на земную поверхность, находясь в двух своих состояниях — жидком и твердом. По этому принципу все атмосферные осадки принято делить на жидкие (дождь и роса) и твердые (град, иней и снег). Рассмотрим каждый из этих видов подробнее.

Жидкие атмосферные осадки

Жидкие атмосферные осадки попадают на землю в виде водяных капель.

Дождь

Испаряясь с поверхности земли, вода в атмосфере собирается в облака, которые состоят из мельчайших капель, размерами от 0,05 до 0,1 мм. Эти миниатюрные капельки в облаках с течением времени сливаются друг с другом, становясь все больше в размерах и заметно тяжелее. Визуально данный процесс можно наблюдать, когда белоснежное облако начинает темнеть и тяжелеть. Когда таких капель в туче становится слишком много, они проливаются на землю в виде дождя.

Летом дождь идет в виде крупных капель. Крупными они остаются потому, что нагретый воздух поднимается от земли. Вот эти восходящие струи и не дают каплям разбиваться в более мелкие.

Зато весной и осенью воздух намного прохладнее, поэтому в эти времена года дожди — моросящие. Причем, если дождь идет из слоистых облаков, его называют обложным, а если капли начинают падать из кунево-дождевых, то дождь превращается в ливень.

Ежегодно в виде дождя на нашу планету проливается почти 1 млрд. тонн воды.

В отдельную категорию стоит выделить морось . Этот вид осадков также выпадает из слоистых облаков, но капли ее настолько малы, а их скорость настолько ничтожна, что капельки воды кажутся подвешенными в воздухе.

Роса

Еще один вид жидких осадков, который выпадает в ночное время или рано утром. Капельки росы образуются из водяного пара. За ночь этот пар остывает, и вода из газообразного состояния превращается в жидкое.

Самые благоприятные условия для образования росы: ясная погода, теплый воздух и почти полное отсутствие ветра.

Твердые атмосферные осадки

Твердые осадки мы можем наблюдать в холодное время года, когда воздух охлаждается до такой степени, что капельки воды, находящиеся в воздухе, замерзают.

Снег

Снег также как и дождь, образуется в облаке. Затем, когда облако попадает в поток воздуха, в котором температура ниже 0°С, капельки воды в нем замерзают, становятся тяжелыми и выпадают на землю в виде снега. Каждая капелька застывает в виде своеобразного кристаллика. Ученые утверждают, что все снежинки имеют разную форму и найти одинаковые просто невозможно.

Кстати, снежинки падают очень медленно, так как почти на 95% состоят из воздуха. По этой же причине они белого цвета. А хрустит снег под ногами потому, что ломаются кристаллики. И наш слух способен уловить этот звук. Зато для рыб настоящее мучение, так как снежинки, падающие на воду, издают высокочастотный звук, который рыбы слышат.

Град

выпадает только в теплое время года, особенно, если накануне было очень жарко и душно. Прогретый воздух сильными потоками устремляется вверх, унося с собой испарившуюся воду. Образуются тяжелые кучевые облака. Затем, под воздействием восходящих потоков капельки воды в них тяжелеют, начинают замерзать и обрастать кристаллами. Вот эти комочки кристаллов и устремляются на землю, по пути увеличиваясь в размерах за счет слияния с каплями переохлажденной воды в атмосфере.

Нужно учитывать, что такие ледяные "снежки" устремляются на землю с невероятно быстротой, а потому град способен пробить шифер или стекло. Град наносит большой урон сельскому хозяйству, поэтому самые "опасные" тучи, которые готовы разразиться градом, разгоняют с помощью специальных пушек.

Иней

Иней, как и роса, образуется из водяного пара. Но в зимние и осенние месяцы, когда уже достаточно холодно, капельки воды замерзают и потому выпадают в виде тонкого слоя ледяных кристаллов. А не тают они потому, что земля остывает еще больше.

Сезоны дождей

В тропиках и очень редко в умеренных широтах наступает такое время года, когда выпадает непомерно большое количество осадков. Этот период называют сезоном дождей.

В странах, которые расположены в этих широтах, не бывает суровых зим. Зато весна, лето и осень стоят неимоверно жаркие. За этот жаркий период накапливается огромное количество влаги в атмосфере, которая и выливается затем в виде затяжных дождей.

В зоне экватора сезон дождей наступает два раза в год. А в тропическом поясе, южнее и севернее экватора, такой сезон случается лишь один раз в году. Связано это с тем, что пояс дождей постепенно курсирует с юга на север и обратно.

На территории Кирова в течение всего года активно развиваются циклонические процессы и переносится большое количество влаги с Атлантики. Годовое количество осадков здесь составляет 650 мм/год.

Количество осадков за холодный период (ноябрь - март) составляет 209 мм/год, за холодный период (апрель - октябрь) - 441 мм/год. Минимум осадков приходится на март (29 мм/мес.), максимум - на июль (84 мм/мес.) (рис. 3.1, прил., табл. 7) .

Рис. 3.1.

На территории Магадана годовое количество осадков составляет 527 мм/год. Количество осадков за холодный период (ноябрь - март) составляет 115 мм/год, за холодный период (апрель - октябрь) - 412 мм/год. Зимой здесь господствую сухие и холодные континентальные воздушные массы, дающие небольшое количество осадков, а летом - влажный тихоокеанский воздух умеренных широт, увеличивающий количество осадков. Минимум осадков приходится на март (12 мм/мес.), максимум - на июль (83 мм/мес.) (рис. 3.2, прил., табл. 9) .

Рис. 3.2.

Вид выпавших осадков определяется температурными условиями. При отрицательной температуре выпадает в основном снег, при положительной преобладают дожди, а при температуре близкой к 0 єС, выпадают смешанные осадки - либо мокрый снег, либо снег с дождем. При увеличении континентальности климата доля смешанных осадков уменьшается, что обусловлено уменьшением продолжительности переходных сезонов .

На территории Кирова преобладают жидкие осадки (41 %). Доля твердых осадков составляет 39 %, смешанных - 20 %. Преобладание жидких осадков объясняется положительной среднегодовой температурой (прил., табл. 8) .

На территории Магадана преобладают твердые осадки (50 %). Доля жидких осадков составляет 40 %, смешанных - 10 %. Преобладание твердых осадков объясняется отрицательной среднегодовой температурой (прил., табл. 10) .

Суточный максимум осадков

Важной характеристикой режима увлажнения является суточный максимум осадков, являющийся результатом выпадения ливней, охватывающих небольшую площадь.

На территории Кирова наибольшее значение максимума суточных осадков приходится на июль, наименьшее - на январь. Годовое число дней с осадками > 0,1 мм составляет 200. Годовое число дней с осадками > 10 мм составляет 0,6.

В Магадане наибольшее значение максимума суточных осадков приходится на август, наименьшее - на февраль. Годовое число дней с осадками > 0,1 мм составляет 100. Годовое число дней с осадками > 10 мм составляет 2 .

Интенсивность осадков

Интенсивность осадков представляет собой количество осадков за единицу времени. В Кирове интенсивность осадков составляет 0,3 мм/ч, в Магадане - 0,6 мм/ч. Небольшая интенсивность осадков в Кирове обусловлена расположением внутри материка. Продвигаясь в глубь территории западные воздушные массы иссушаются, что приводит к уменьшению количества осадков и, следовательно, к уменьшению их интенсивности. Увеличение интенсивности осадков в Магадане объясняется мощным увлажняющим влиянием Тихого океана.

На территории Кирова максимум интенсивности осадков приходится на лето, минимум - на зиму. В Магадане годовой ход интенсивности осадков отличается от Кирова. Здесь наблюдается смещение максимума к осени, а минимума - к весне. Подобный вид кривой годового хода интенсивности осадков объясняется формированием осадков непосредственно над прилегающей акваторией Охотского моря в зоне интенсивной циклонической деятельности, где влагонесущий поток направлен в сторону материка.

Среднегодовая продолжительность осадков в Кирове составляет 2000 ч., в Магадане - 1500 ч .

Исходные данные:

Река Сура, пункт г.Пенза, площадь водосбора F = 15400 км 2 , залесенность 27%, заболоченность 1%. Среднемноголетнее количество осадков х 0 =666 мм.

Таблица 1. Среднемесячные и среднегодовые расходы и модули стока.

Период наблюдений (годы) с 1963 по 1972 год.

Сентябрь

М л/с · км 2

М а л/с · км 2

Бассейн-аналог - река Сура,с.Кадышево

Средняя многолетняя величина годового стока (норма) М о а = 3,7 л/с · км 2 , С v = 0,28

Многолетнее: U бр = 1500 млн. м 3 , Р = 80%, r = 0.

1. Определить среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока при наличии данных наблюдений.

У нас имеются исходные данные: среднегодовые расходы воды,при этом для уменьшения объёма расчётов период наблюдений был сокращён до 10 лет.

Нормой гидрологических величин называется среднее арифметическое значение характеристик гидрологического режима за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное среднее значение существенно не меняется.

При наличии длительных (50 - 80 лет) наблюдений и неизмененных физико-географических и хозяйственных условий, а также, если период наблюдений включает не менее двух полных циклов колебаний водности реки, величина среднего многолетнего стока вычисляется по формуле:

где Qi - средний годовой стока за i-й год;

n - число лет наблюдений.

Определяем среднюю многолетнюю величину годовых расходов реки Сура, пункт г.Пенза по данным

Напомним, что расход воды - это объём воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени.

Полученную норму в виде среднего многолетнего расхода воды требуется выразить через другие характеристики стока : модуль, слой, объём и коэффициент стока.

· Модуль стока - количество воды, стекающее с единицы площади водосбора в единицу времени.

Средний многолетний модуль стока вычисляем по соотношению:

л/с · км 2 , (2)

где F - площадь водосбора, км 2 (приложение 1).

· Объём стока - объём воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени.

Вычисляем средний многолетний объём стока за год:

где Т - число секунд в году, равное 31,54 · 106 с.

· Слой стока - количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределённого по площади этого водосбора. Слой стока выражается в мм.

Средний многолетний слой стока вычисляем по зависимости:

мм/год. (4)

· Коэффициент стока - отношение величины (объёмы или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока.

Средний многолетний коэффициент стока:

где х 0 - средняя многолетняя величина осадков в год, мм. Оценка репрезентативности (достаточности) ряда наблюдений определяется величиной относительной средней квадратической ошибки средней многолетней величины (нормы) годового стока, вычисляемой по формуле:

где С v - коэффициент изменчивости (вариации) годового стока; длина ряда считается достаточной для определения Q 0 , если? 510%. Величина среднего стока при этом называется нормой стока.

Определить коэффициент изменчивости (вариации) Сv годового стока.

Коэффициент изменчивости С v характеризует отклонения стока за отдельные годы от нормы стока; он равен:

где? Q - среднеквадратическое отклонение годовых расходов от нормы стока.

Если n < 30, то

Если сток за отдельные годы выразить в виде модульных коэффициентов,

а при n < 30

Составляем таблицу для подсчёта С v годового стока реки Сура пункт г.Пенза

Данные для подсчёта С v

		Годовые расходы Qi , м3/с

Коэффициент изменчивости С v годового стока реки Сура, пункт г.Пенза равен:

Относительная средняя квадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока реки Сура за период с 1963 по 1972гг. (10 лет) равна:

Относительная средняя квадратическая ошибка коэффициента изменчивости С v при его определении методом моментов равна:

В рассматриваемом примере

Длина ряда считается достаточной для определения Q 0 и C v , если, а. Величина среднего годового стока при этом условии называется нормой стока.

Вывод : В нашем примере находится в пределах допустимого, а больше допустимой ошибки. Значит, ряд наблюдений недостаточный, необходимо удлинить его.

2. Определить норму стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии.

Река-аналог выбирается по:

ь сходству климатических характеристик;

ь синхронности колебаний стока во времени;

ь однородности рельефа, почвогрунтов, гидрогеологических условий, близкой степени покрытости водосбора лесами и болотами;

ь соотношению площадей водосборов, которые не должны отличаться более чем в 10 раз;

ь отсутствию факторов, искажающих сток (строительство плотин, изъятие и сбросы воды).

Река-аналог должна иметь многолетний период гидрометрических наблюдений для точного определения нормы стока и не менее 6 лет параллельных наблюдений с изучаемой рекой.

Строим на миллиметровке график связи модулей исследуемой реки и реки-аналога. За годы параллельных наблюдений наносим точки в виде кружочков диаметром 1мм, справа записываем порядковый номер года. График строим в виде прямой линии усредняющей точки. Зависимости считаются удовлетворительными, если отклонения большей части точек от средней линии не превышают 15%. Затем, зная норму стока реки-аналога М о а = 3,7 л/с · км 2 , определяем норму стока, выраженную через модуль изучаемой реки, и вычисляем норму стока через расход.

По графику связи среднегодовых модулей стока р.Сура, пункт г.Пенза и р.Сура, с.Кадышево М о = 2,9 л/с · км 2 .

Коэффициент изменчивости годового стока вычисляем по формуле

где Cv - коэффициент изменчивости стока в расчётном створе;

C vа - в створе реки-аналога;

М 0а - среднемноголетняя величина годового стока реки-аналога;

А - тангенс угла наклона графика связи.

В рассматриваем примере:

Окончательно принимаем:

М 0 = 2,9 л/с · км 2 ,

Q 0 = 44,66 м 3 /с,

3. Построить и проверить кривую обеспеченности годового стока.

Для характеристики возможных колебаний стока за длительный период и определения расчётных расходов в гидрологии применяют аналитические кривые обеспеченности: биноминальную кривую обеспеченности и кривую трехпараметрического гамма-распределения. Они определяются следующими параметрами:

ь - средней величиной,

ь С v - коэффициентом изменчивости (вариации),

ь С s - коэффициентом асимметрии.

В работе требуется построить кривую обеспеченности годового стока, воспользовавшись кривой трёхпараметрического гамма-распределения. Для этого необходимо рассчитать три параметра:

ь Q 0 - среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока,

ь С v - коэффициент изменчивости (вариации) годового стока,

ь С s - коэффициент асимметрии годового стока.

Используя результаты расчётов первой части работы для р.Сура, пункт г. Пенза, имеем Q 0 = 44,66 м 3 /с, С v = 0,35.

Коэффициент асимметрии С s характеризует несимметричность гидрологического ряда и определяется путём подбора, исходя из условия наилучшего соответствия аналитической кривой с точками фактических наблюдений; для рек, расположенных в равнинных условиях, при расчёте годового стока наилучшие результаты дает соотношение С s = 2С v . Поэтому понимаем для р.Сура, пункт г.Пенза: С s = 2С v = 2 · 0,35 = 0,70 с последующей проверкой.

Ординаты кривой определяем в зависимости от коэффициента С v (в примере С v =0,35) по таблицам, составленным С.Н. Крицким и М.Ф. Менкелем для С s = 2С v Для повышения точности кривой необходимо учитывать сотые доли С v и провести интерполяцию между соседними столбцами цифр (таблица 2).

§ для Р = 0,01

§ для Р = 0,1

§ для Р = 1

§ для Р = 5

§ для Р = 10

§ для Р = 25

§ для Р = 50

§ для Р = 75

§ для Р = 80

§ для Р = 90

§ для Р = 95

§ для Р = 99

Таблица 2

Обеспеченность, Р %

Ординаты кривой

Обеспеченностью гидрологической величины называется вероятность превышения рассматриваемого значения гидрологической величины среди совокупности всех возможных её значений.

По данным таблицы 2 на миллиметровке форматом 203288 мм 2 строим теоретическую кривую обеспеченности, откладывая по оси абсцисс Р (1 см - 5%), а по оси ординат - К р. Построенная кривая в верхней и нижней частях имеет большую кривизну, что затрудняет пользование ею. Кривая обеспеченности на клетчатке вероятностей (рис.2) имеет более плавный вид и удобна в использовании.

Построив кривую обеспеченности на клетчатке вероятностей, проверяем её данные фактических наблюдений. Для этого модульные коэффициенты годовых расходов (из табл.1, графа 4) располагаем по убыванию в таблице 3 и для каждого из них вычисляем его фактическую обеспеченность по формуле:

Р = m / (n + 1) · 100%, (12)

где Р - обеспеченность члена ряда, расположенного в порядке убывания;

m - порядковый номер члена ряда;

n - число членов ряда.

Таблица 3.

	Модульные коэффициенты по убыванию К	Фактическая обеспеченность	Годы соответствующие К

Вывод: Как видно на рис.2, нанесённые точки усредняют теоретическую кривую; значит, кривая построена правильно и соотношение С s = 2C v соответствует действительности. В противном случае необходимо изменить соотношение С s к C v и вновь построить теоретическую кривую обеспеченности.

4. Рассчитать внутригодовое распределение стока методом компоновки для целей орошения с расчётной вероятностью превышения Р = 80%. Для расчёта используем исходные данные среднемесячные расходы воды (приложение 1). Расчёт делится на две части: межсезонное распределение, имеющее наиболее важное значение; внутрисезонное распределение (по месяцам и декадам), устанавливаемое с некоторой схематизацией. Межсезонное распределение. В зависимости от типа внутригодового распределения стока год делится на два периода: многоводный и маловодный (межень). В зависимости от цели использования один из них назначается лимитирующим. Лимитирующий - это наиболее напряжённый с точки зрения водохозяйственного использования период (сезон). Для целей осушения лимитирующим периодом является многоводный; Для целей орошения, энергетики - маловодный. В период включается один или два сезона. На реках с весенним половодьем для целей орошения выделяются: многоводный период (он же сезон) - весна; и маловодный (лимитирующий) период, включающий в себя сезоны - лето - осень и зима, причём лимитирующим сезоном при орошении является лето - осень (при энергетическом использовании - зима).

Расчёт выполняется по гидрологическим годам, т.е. по годам, начинающимся с многоводного сезона. Сроки сезонов назначаются едиными для всех лет наблюдений с округлением их до целого месяца. Продолжительность многоводного сезона назначается так, чтобы в границах сезона помещалось половодье как в годы с наиболее ранним сроком наступления, так и с наиболее поздним сроком окончания.

В задании продолжительность сезона, можно принять следующий:

• · весна (апрель, май, июнь);
• · лето - осень (июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь);
• · зима (декабрь и январь, февраль, март следующего года).

Величина стока за отдельные сезоны и периоды определяется суммой среднемесячных расходов (таблица 4). В последнем году к расходу за декабрь прибавляются расходы за три месяца (I, II, III) первого года.

При расчёте по методу компоновки внутригодовое распределение стока принимается из условия равенства вероятности превышения стока за год, стока за лимитирующий период и внутри его за лимитирующий сезон. Поэтому необходимо определить расходы заданной проектом обеспеченности (в задании Р = 80%) для года, лимитирующих периода и сезона. Следовательно, требуется рассчитать параметры кривых обеспеченности (Q o , C v и C s) для лимитирующих периода и сезона (для годового стока параметры вычислены в первой части задания). Вычисления производятся методом моментов в табл.4 по схеме, изложенной выше для годового стока (см. табл.1).

Таблица 4. Расчёт внутригодового распределения стока методом компоновки (межсезонное распределение). река Сура, пункт г.Пенза по данным с 1963 по 1972 гг. (10 лет).

Расходы за лимитирующий сезон лето - осень

Сток лето - осень

Расходы за сезон весна

Весеннийсток

§ Параметры кривой обеспеченности для годового стока.

гидрологический сток орошение

; С s = 2С v = 2 · 0,27= 0,54.

Определяем ординату кривых трехпараметрического гамма-распределения для С v годового стока:

§ Параметры кривой обеспеченности для лимитирующего периода.

С s = 2С v = 2 · 0,18 = 0,36

Определяем ординату кривых трехпараметрического гамма-распределения для С v меженного стока:

§ Параметры кривой обеспеченности для лимитирующего сезона.

; С s = 2С v = 2 · 0,26 = 0,52

Определяем ординату кривых трехпараметрического гамма-распределения для Сv стока лета - осени:

Определяем расчетные расходы по формулам:

годового стока Q рас год = · 12 · Q o , (13)

Q рас год = 0,70 · 12 · 44,66 = 375,144 м 3 /с;

лимитирующего периода Q рас меж = · Q меж, (14)

Q рас.меж = 0,85 · 222,39 = 189,03 м 3 /с;

лимитирующего сезона Q рас ло = · Q ло, (15)

Q рас ло = 0,77 · 121,14 = 93,28 м 3 /с.

Где,- ординаты кривых трехпараметрического гамма-распределения, снятые с таблицы соответственно для С v годового стока, С v меженного стока и С v для лета - осени.

Одним из основных условий метода компоновки, является равенство:

Q рас год = ? Q рас сез.

Однако это равенство нарушится, если расчётный сток за нелимитирующие сезоны определять также по кривым обеспеченности (ввиду различия параметров кривых).

Поэтому расчётный сток за нелимитирующий период (в задании - за весну) определяем по разности:

Q рас вес = Q рас год - Q рас меж (16)

Q рас вес = 375,14-189,03 = 186,11 м 3 /с.

А за нелимитирующий сезон (в задании - зима) определяем по разности:

Q рас зим = Q рас меж - Q рас ло (17)

Q рас зим = 189,03 - 93,28 = 95,75 м 3 /с.

Внутрисезонное распределение - принимается осредненным по каждой из трех групп водности:

• · Многоводная группа, включающая годы с обеспеченностью стока за сезон Р
• · Средняя по водности 33
• · Маловодная Р > 66%.

Для выделения лет, входящих в отдельные группы водности, необходимо суммарные расходы за сезоны расположить по убыванию и подсчитать их фактическую обеспеченность (пример - табл.4). Так как расчетная обеспеченность (Р=80%) соответствует маловодной группе, дальнейший расчет можно производить для лет, входящих в маловодную группу (табл.5).

Для этого в графу «Суммарный сток» выписать расходы по сезонам, соответствующие обеспеченностям Р > 66%, а в графу «Годы» - записать годы, соответствующие этим расходам.

Среднемесячные расходы внутри сезона расположить в убывающем порядке с указанием календарных месяцев, к которым они относятся (табл.5). Таким образом, первым окажется расход за наиболее многоводный месяц, последним - за маловодный месяц.

Для всех лет произвести суммирование расходов отдельно за сезон и за каждый месяц. Принимая сумму расходов за сезон за 100%, определить процент каждого месяца А%, входящего в сезон, а в графу «Месяц» записать наименование того месяца, который повторяется наиболее часто. Если повторений нет, выписать любой из встречающихся, но так, чтобы каждый месяц, входящий в сезон, имел свой процент от сезона.

Затем, умножая расчётный расход за сезон, определённый в части межсезонного распределения стока (табл.4.), на процентную долю каждого месяца А% (табл.5), вычислить расчётный расход каждого месяца. Например:

По данным табл.5 графы «Расчетные расходы по месяцам» на миллиметровке построить расчётный гидрограф Р - 80% изучаемой реки (рис.3).

Таблица 5. Вычисление внутрисезонного распределения стока. р. Сура, пункт г.Пенза.

Суммарный сток

Среднемесячные расходы по убыванию

За весенний сезон

За летнее - осенний сезон

За зимний сезон

Расчетные расходы по месяцам

Примечание. Чтобы получить объёмы стока в млн.м 3 , следует расходы умножить: а) для 31-дневного месяца на коэффициент 2,68; б) для 30-дневнего месяца - 2,59; в) для 28-дневнего месяца - 2,42.

5. Определить расчетный максимальный расход талых вод Р = 1% при отсутствии данных гидрометрических наблюдений.

Определяют расчетный максимальный расход талых вод Р = 1% при отсутствии данных гидрометрических наблюдений по формуле:

• § Q p - расчетный мгновенный максимальный расход талых вод заданной обеспеченности Р, м 3 /с;
• § М р - модуль максимального расчетного расхода заданной обеспеченности Р, м 3 /с·км 2 ;
• § h p - расчетный слой половодья, см;
• § F - площадь водосбора, км 2 ;
• § n - показатель степени редукции зависимости
• § К о - параметр дружности половодья;
• § ? 1 и? 2 - коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов рек, зарегулированных озерами (водохранилищами) и в залесенных и заболоченных бассейнах;
• § ? - коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов при Р = 1%; ? = 1;
• § F 1 - дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции, км 2 , принимается по приложению 3.

Параметр К о определяется по данным рек - аналогов, в контрольной работе К о выписывается из приложения 3. Параметр n 1 зависит от природной зоны, определяется из приложения 3.

Расчетный слой стока половодья вычисляется по формуле:

h p =К р ·, (20)

• § К р - ордината аналитической кривой трехпараметрического гамма-распределения заданной вероятности превышения, определяется по приложению 2 в зависимости от С v = 0,26 ,при C s =2C v =2 · 0,26 = 0,52 с точностью до сотых интерполяций между соседними столбцами;
• § - средний слой половодья, устанавливается по рекам - аналогам или интерполяцией, в контрольной работе - по приложению 3.

Коэффициент?, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами, следует определять по формуле:

1/(1+Сfоз), (21)

• § С - коэффициент, принимаемый в зависимости от величины среднего многолетнего слоя весеннего стока;
• § f оз - средневзвешенная озерность.

Так как в расчетных водосборах нет проточных озер, а расположенная вне главного русла f оз < 2%, принимаем? = 1. Коэффициент? 1 , учитывающий снижение максимальных расходов воды в залесенных водосборах, определяется по формуле:

• § n 2 - коэффициент редукции принимается по приложению 3.
• § ? 1 - коэффициент, зависит от природной зоны, расположения леса на водосборе и общей залесенности f л в %, выписывается по приложению 3.

Коэффициент? 2 , учитывающий снижение максимального расхода воды заболоченных бассейнов, определяется по формуле:

• § ? - коэффициент, зависящий от типа болот, определяется по приложению 3;
• § f ? - относительная площадь болот и заболоченных лесов и лугов в бассейне, %.

По приложению 3, определяем F 1 = 2 км 2 ; = 80 мм; С v = 0,40; n 1 = 0,25; ? = 1, К о =0,022; ? 1 = 1,20; n 2 = 0,20; ? = 0,8;

По приложению 2, определяем: К р = 2,51;

h p = К р ·= 2,51 · 80 = 200 мм;

← Вернуться