WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаГеографія фізична, Геоморфологія, Геологія → Обґрунтування параметрів формули швидкості руслового добігання весняного стоку в басейні р. Сейм - Реферат

Обґрунтування параметрів формули швидкості руслового добігання весняного стоку в басейні р. Сейм - Реферат

Обґрунтування параметрів формули швидкості руслового добігання весняного стоку в басейні р.Сейм

Рух води по руслах річок представляє собою процес трансформації схилового припливу тало-дощових вод по гідрографічній мережі і його можна описати певними математично визначеними залежностями.

В основу розробки методики розрахунку максимального весняного стоку в басейні р.Сейм та суміжних з ним водозборах покладена генетична формула стоку А.М.Бефані, яким для опису процесу формування річкового стоку поєднані два методи – ізохрон та аналітичний. В загальному вигляді генетична формула для розширених річкових систем записується у вигляді [1]:

, (1)

де - модуль максимального стоку в м3/с*км2, - шар весняного стоку в мм, - коефіцієнт діючого шару стоку, - гідрографічний коефіцієнт, - коефіцієнт, який враховує проце с руслово-заплавного водообміну і берегового регулювання стоку, - час руслового добігання.

Загально відомо, що час руслового добігання представляє собою відношення гідрографічної довжини водотоку до швидкості добігання. Швидкість добігання є однією з найважливіших характеристик, яка має істотний вплив на руслову трансформацію гідрографа стоку. Переміщення паводкової хвилі по річкових системах в цілому і по кожній окремій річці має достатньо складну природу внаслідок дії багатьох факторів, таких як різниця у формі руслового перетину, похилі русла, його шорсткості, у розмірах і характері заплави.

Як показали дослідження Р.А.Нежиховського [2], в межах точності визначення гідрологічних параметрів, швидкість добігання можна прийняти рівною швидкості течії як для річки загалом, так і для великих морфометрично однорідних її ділянок. Це дає підстави у виконуваних надалі пошукових роботах використати результати натурних вимірів швидкості течії води в гідростворах річок досліджуваного регіону.

В основу побудови розрахункових формул швидкості добігання покладена спрощена формула Шезі

, (2)

де v - швидкість течії; I - похил русла; h cp - середня глибина потоку; np- коефіцієнт шорсткості, який залежить від гідравлічних характеристик потоку та властивостей русла; x та z – деякі гідравлічні показники.

Середня глибина потоку є певною мірою не дуже стійким показником внаслідок нерівномірності її по довжині річки через різну морфологію дна, тому її пряме використання у формулах визначення швидкості добігання часто приводить до незадовільних результатів. Для розрахунку швидкості добігання за формулою Шезі гідравлічний радіус чи середню глибину потоку доводиться виражати через витрату води, яка (у поєднанні з похилом водної поверхні) є руслоформуючим фактором і показником наповнення русла, відповідно може слугувати індексом середніх глибин і кривої їх розподілу по довжині ділянки ріки.

Найбільш широке використання серед існуючих формул обрахунку швидкості здобули, отримані з (2) після певних припущень, напівемпіричні формули, якими розрахункова швидкість течії (добігання) враховується у явному вигляді. У напівемпіричних формулах (Алєксєєва, Протод"яконова, Соколовського, Срібного та інш.) швидкість вираховується зворотним шляхом, тим самим вона перетворюється у збірну характеристику, компенсуючи недоліки і припущення розрахункової схеми.

Припускаючи постійність шорсткості русла по змоченому периметру та безперервність зв"язку між наповненням русла і площею перерізу потоку, у напівемпіричних формулах швидкість v ставиться в залежність від максимальної витрати у замикаючому створі Qmax та середнього зваженого похилу річки Ізваж і в загальному вигляді записуються як

, (3)

де а –швидкісний коефіцієнт, і - гідравлічні показники, які визначаються залежно від прийнятої схематизації форми русла.

Використовуючи витрати води, як показник наповнення русла, і встановивши їх зв"язок зі швидкістю потоку, можна отримати інтегральні умови течії на розрахунковій ділянці русла через деякі побічні параметри.

Прийнявши формулу (3) за базову, нами були виконані роботи по визначенню територіально загальних її параметрів для різних розрахункових забезпеченостей характеристик максимального талого стоку в басейні Сейму та суміжних з ним річковим басейнах. Завдання зводилося до встановлення зворотнім шляхом за даними гідрологічних спостережень та узагальнень швидкістного параметра а та гідравлічних показників α, β

Швидкісний параметр для розрахункових забезпеченостей (1,2,5,10,20%), виходячи з (3), дорівнює

, (4)

Тобто, він розраховується як параметр прийнятої математичної моделі максимального стоку, узагальнюється по території і тим самим швидкість потоку безпосередньо сама стає складовою розрахункової схеми.

Всі розрахунки базувалися на опублікованих у Гідрологічних Щорічниках матеріалах спостережень та вимірів на гідрологічних постах, зокрема були використані результати інструментальних вимірів витрат води для періоду водопілля (1956-1980 рр.) - дані про виміряні витрати води, площу водного перерізу, середню швидкість течії та середню глибину русла в гідростворі виміру витрат.

Аналізувалися і використовувалися матеріали лише по основному гідроствору вимірювання максимальних витрат, лише для періоду відкритого русла і лише в основному руслі. Останнім пояснюється той факт, що для ряду пунктів не можна було вибрати дані для високих значень витрат води, оскільки з виходом води на заплаву в багатьох створах починають функціонувати протоки, канави; максимальний стік проходить не одним руслом, а в умовах його розгалуженості, тим самим порушується однорідність зв"язку між площею всього водного перерізу, його середньою глибиною та швидкістю потоку.

Для визначення швидкості течії, відповідної максимальним витратам розрахункових забезпеченостей Qp, побудовані графіки зв"язку Vcp = f (Qвим) для 54 гідрологічних постів басейну Десни, Сейму, Сули та Псла. Зв"язок між величинами виміряних витрат води і відповідним їм середнім швидкостям потоку для умов проходження всього стоку основним руслом достатньо тісний. З побудованих графіків отримані за розрахованими раніше максимальними витратами води різних забезпеченостей Qp відповідні середні швидкості течії vp .

Проте, в деяких випадках при проходженні найвищих в багаторічному розрізі водопіль, гілка підйому по всій амплітуді не висвітлена однорідними вимірами (пости Чернігів, Круча, Навля, Івот, Локтіонове, Старий Город), що не дало змоги виконати розрахунки для всіх гідрологічних постів по прийнятих розрахункових забезпеченостях.

У рівняннях (3, 4) гідравлічні показники і , які залежать від форми поперечного перетину русла r , дорівнюють [1]

(5)

(6)

При цьому , де z - коефіцієнтБахметьєва.

В наших дослідженнях прийнято z=0,75, що рекомендований для звичайного стану природних русел. Гідравлічні показники  та  в залежності від прийнятих форм перетину досліджувалися різними авторами. Так, при схематизації поперечного перерізу у вигляді параболи  =0,31, =0,35, а для випадку перерізу русла у вигляді кубічної параболи обидва дорівнюють 0,33.

Виходячи з того, що поперечний переріз природних русел описується зв"язком середньої глибини потоку hcp, як еквіваленту гідравлічного радіусу, та площі водного перерізу , який може бути виражений формулою Бефані [1]

, (7)

були встановлені графічні залежності даних параметрів (в логарифмічних координатах) для 54 гідростворів. За отриманими рівняннями регресії

(8)

обраховані власні коефіцієнти ro (індекс форми перерізу), які змінюються від 0,65 до 0,95. Визначене співвідношення випадковості відповідає допустимому значенню, близькому до 1,25, що дозволяє використовувати отримані величини для осереднення. Після осереднення ro, прийнявши, як зазначалося вище, z = 0,75, отримано узагальнений коефіцієнт r = 0,547.

Розраховані гідравлічні показники відповідно дорівнюють: = 0,35, =0,32, що дозволяє прийняти їх надалі рівними 0,33. Після встанов-лення всіх параметрів формули щвидкості, згідно (4), отримано швидкісний параметр для розрахункових забезпеченостей, який наведено в табл.1 . Варіація характерна для кожного з діапазонів площ, що пояснюється як розмірами та характером заплав, так і морфометричними особливостями ділянок річок.

Таблиця 1. Швидкісний параметр у формулі (3) для різних площ водозбору

Параметр

Діапазон площ водозбору, км2

<200

200-1 000

1 001-2 000

2 001-10 000

>10 000

Р= 20%

0,14-0,22

0,12-0,32

0,14-0,31

0,13-0,35

0,10-0,22

Р= 10%

0,15-0,25

0,12-0,35

0,15-0,35

0,10-0,34

0,10-0,26

Р = 5%

0,15-0,27

0,13-0,39

0,13-0,38

0,10-0,34

0,10-0,26

Отримані узгоджуються з результатами досліджень Р.А.Нежиховського [2], тобто менші його значення отримані для ділянок річок із широкою заплавою, а більші – для тих, де заплава неширока.

З метою узагальнення по території і врахування різниці у проходженні паводкових хвиль по руслах річок з різною площею водозбору F, вираховані значення поставлені в залежність від F (рис.1). Отримані рівняння регресії зв"язку дозволяють визначити узагальнений територіальний параметр та показник ступені n площі водозбору (табл. 2 ).

Рис.1.Залежність швидкісного параметра а р=20% від площі водозбору F.

Виходячи з того, що витрату води Qp можна визначати через її функціональну залежність від площі водозбору F , тобто

(9),

Виконавши необхідні перетворення рівняння (3), отримуємо

(10),

де cp=ao p ( bpα ) - збірний швидкісний коефіцієнт, γ = αm – n.

Для визначення коефіцієнту були побудовані графіки зв"язку між максимальними витратами розрахункових забезпеченостей та площею водозбору для всіх постів (в логарифмічних координатах). Для витрат 1%-ної забезпеченості він представлений на рис.2. За отриманими рівняннями регресії вираховані територіальні параметри та показники ступеня m для площі водозбору кожної з розрахункових забезпеченостей.

Таким чином, в результаті виконаних розрахунків та побудов з використанням даних стандартних спостережень було отримано два параметри - ao pта bp , а також збірний параметр cp, які у формулі швидкості руслового добігання характеризуватимуть розміри водозбору, форму русла і руслоформуючі фактори (витрати води в поєднанні з похилом русла) і використовуватимуться надалі при визначенні тривалості схилового припливу талих вод. Числові значення отриманих параметрів для розрахункових забезпеченостей подані у табл. 2.

Таблиця 2. Параметри розрахункової формули руслового добігання талих вод в басейні Сейму та суміжних з ним водозборів

Параметр

Розрахункові забезпеченості, р%

1,0

2,0

5,0

10,0

20,0

N

0,033

0,067

0,047

0,046

0,038

ao p

0,296

0,318

0,278

0,269

0,237

M

0,709

0,709

0,71

0,71

0,712

b p

2,08

1,829

1,374

1,087

0,802

γ = αm – n

0,201

0,167

0,187

0,188

0,197

C p

0,377

0,388

0,309

0,277

0,22

Рис.2. Залежність між витратами води Q 1% і площею водозбору F.

При забезпеченості Р=1%, яка в багатьох випадках використовується за опірну

, км/год (11)

Список літератури

  1. Бефани А.Н., Бефани Н.Ф., Гопченко Е.Д. Региональные модели формирования паводочного стока на территории СССР. Обзорная информация. Вып.2. ВНИГМИ МЦД, Обнинск, 1981. 2. Нежиховский Р.А. Русловая сеть бассейна и процесс формирования стока воды. Гидрометиздат, Л., 1971.

Loading...

 
 

Цікаве