Прогноз декадного стока по русловым запасам на реке Ока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Введение

2. Физико-географическая и гидрометеорологическая характеристика бассейна реки Оки

3. Теоретические основы метода прогноза по запасам воды в русловой сети

4. Расчетная часть

5. Выводы

6. Литература

1. Введение

Многие отрасли народного хозяйства, деятельность которых связана с использованием водных ресурсов, нуждается в различного рода гидрологических прогнозах. Особенно широко используются гидрологические прогнозы для планирования работы гидроэлектрических станций, систем промышленного и бытового водоснабжения и орошения, а также для обеспечения и планирования судоходства и лесосплава.

Гидрологические прогнозы широко используются для предупреждения об опасных гидрологических явлениях, в частности для предупреждения о прохождении паводков, о наводнениях, зажорах, заторах и т.д. Для районов с развитой промышленностью и большой плотностью населения в долинах рек подобные предупреждения, в особенности о катастрофических паводках, представляют большую ценность, так как помогают своевременно подготовиться и по возможности уменьшить ущерб от разливов рек.

2. Физико-географическая и гидрометеорологическая характеристика бассейна реки Оки

Рассматриваемая территория расположена в пределах Русской равнины. Площадь водосбора реки Оки F = 245000км², общее количество рек в бассейне 19234, где 1616 рек - реки больше 10км, а 17618 рек - реки меньше 10км. Густота речной сети 0,37 км/км². длина реки Оки 1500км.

Рельеф

Поверхность в общем равнинной территории района представляет собой чередование низменных равнин и возвышенностей с колебанием абсолютных отметок в пределах 100-300 м.

Основная часть рассматриваемой территории еще в мезозое вступила в стадию континентального развития, в период которой сформировались крупные элементы рельефа. На формирование рельефа большое влияние оказало геологическое строение и тектонические особенности Русской платформы.

Описываемая территория не менее четырех раз перекрывалась ледниками, но на формирование рельефа в основном оказала влияние деятельность трех последних ледниковых покровов: днепровского, московского и валдайского. Формы поверхности, возникшие в результате деятельности ледников, в последующее время в разной степени были преобразованы воздействием флювиальных и эрозионных процессов.

Бассейн реки Оки относится к провинции водно-ледниковых и аллювиальных равнин (Окско-Донская низменность). Здесь характерны обширные плоские поверхности с отметками 150-180м. Черты современного рельефа низменности определились еще в дочетвертичное время. Поверхностными отложениями, покрывающими более древние породы, служат морены, флювиогляциальные пески и супеси, а также продукты их перемывки. Мощность четвертичной толщи местами достигает 100м, чаще же она не превышает 5-10м.

Равнинные пространства Окско-Донской низменности слабо расчленены долинно-балочной сетью.

Геологическое строение.

Рассматриваемая территория расположена в центральной части кристаллического фундамента Русской платформы, в основном в пределах Московской впадины, заполненной толщей осадочных пород мощностью 1500-3000м.

Осадочная толща представлена системами нижнего палеозоя, девона, карбона, Перми и мезо-кайнозоя.

Наиболее древние отложения верхнего девона представлены известняками, доломитами, мергелями с прослоями ангидрита и гипса. В мередиальном направлении по линии г.Ковров - г.Касимов широко распространены породы каменноугольной системы.

Отложения карбона представлены преимущественно известняками.

Отложения мезозойской системы (юра-мел) встречаются в сложном пространственном комплексе (междуречье Москвы и Оки).

Коренные породы обычно выходят на поверхность по берегам рек, а в междуречьях почти повсеместно перекрыты четвертичным чехлом.

Наличие обширных площадей, сложенных карбонатными породами, местами выходящими на поверхность или перекрытыми маломощными водопроницаемыми отложениями, определяют развитие карстовых форм на территории района, главным образом в виде воронок, провалов, западин, карстовых озер и трещин.

Почвы

Почвенный покров разнообразен по составу. Наиболее распространенными являются дерново-подзолистые почвы, представленные всеми видами по степени оподзоленности; значительное развитие имеют подзолисто-болотные и болотные почвы.

По механическому составу дерново-подзолистые почвы очень разнообразны и представлены песчаными, супесчаными, суглинистыми и глинистыми разновидностями. На левобережной части бассейна реки Оки основной фон составляют средне- и легкосуглинистые почвы, а на правобережье - глинистые и тяжелоглинистые.

Дерново-слабоподзолистые почвы приурочены к пескам и супесям на зандровых равнинах и в древних ложбинах стока. Распахиваемые участки дерново-подзолистых почв на покровных суглинках легко подвергаются эрозии, особенно на склонах с большими уклонами.

С дерново-подзолистыми сочетаются болотные и торфяно-болотные почвы, занимающие все отрицательные формы рельефа, а также развитые на плоских водоразделах, сложенных слабоводопроницаемыми породами.

Растительность

Бассейн реки Оки расположен в подзоне смешанных и широколиственных лесов.

Смешанные широколиственно-еловые леса подзоны характеризуются очень разнообразным составом и степенью залесенности. Преимущественное распространение имеют сочетание елово-березовых, хвойно-мелколиственных, осиново-березовых, осиново-сосновых лесов наряду с чисто еловыми, березовыми лесами и сосновыми борами.

Разнообразие состава тесно связано с рельефом, экспозицией склонов, характером и увлажненностью почво-грунтов.

Лесистость бассейнов рек в пределах подзоны изменяются очень сильно. Участки с наиболее плодородными почвами и рельефом, удобным для распашки, практически безлесны. В пределах Окско-Донской низменности и Приволжской возвышенности естественная растительность почти не сохранилась. Залесенность бассейна верховьев Оки, не превышает 5-10%.

Залесенность в подзоне широколиственных лесов (бассейн реки Осетра, Упы, низовьев р.Прони) определяется в основном наличием участков, неудобных для сельскохозяйственного использования и составляет 15-20%.

Луговая растительность.

В долине реки Оки имеются крупные луговые массивы. Суходольные луга занимают в основном лесные опушки, поляны и вырубки. Плохо дренируемые западины, ложбины, окраины болот заняты низинными лугами. Большое распространение имеют пойменные луга.

Значительная часть площади занята под культурную растительность. Наибольшую часть сельскохозяйственных угодий занимают зерновые культуры (40-60% от площади пахотных земель), затем овощные (5-10%). В посевах зерновых преобладают озимая рожь, озимая и яровая пшеница, овес, в посевах технических культур - сахарная свекла. Из овощных культур наибольшие площади отводят под картофель.

Речная сеть

Бассейн реки Оки вытянут с запада на восток. Густота речной сети от 0,2 до 0,5 км/км², в среднем 0,37 км/км². Водосборы притоков асимметричные, преимущественно грушевидной формы. Долины рек преимущественно трапецеидальные и ящикообразные, в пределах Среднерусской возвышенности V-образные.

Долины притоков реки Оки, за исключением рек Среднерусской возвышенности, террасированы.

Поймы малых рек ровные, луговые, у средних и больших рек пересечены ложбинами. Русла малых рек извилистые, с песчаным или глинисто-песчаным дном. Реки в основном мелководны, преобладающие глубины малых рек 0,8-1,5 м, средних рек 1,5-2,5 м, больших 2,5-3,5 м. На перекатах на реках всех размеров глубина менее 1 м и только на отдельных плесах достигает 4-10м. Скорости течения изменяются от 0,2-0,4 м/с на плесах до 1,2-1,5 м/с на перекатах.

Продольные профили рек, как правило, вогнутые. Преобладающие средневзвешенные уклоны малых рек 0,7-1,1 ‰, средних 0,4-0,6‰, больших 0,1-0,2‰.

Реки характеризуются малой естественной зарегулированностью стока: 74% годового стока приходится на весну, 17% на лето-осень и 9% на зимний период.

Уровенный режим летне-осеннего периода

Уровенный режим рек характеризуется четко выраженным высоким весенним половодьем, низкой летней меженью, прерываемой дождевыми паводками, и устойчивой продолжительной зимней меженью.

Летне-осенняя межень.

Весеннее половодье сменяется периодом низких уровней воды - летне-осенней меженью. Низкие уровни в период открытого русла наступают преимущественно в июле-августе. Низкие уровни достаточно устойчивы, пределы изменения их в многолетнем разрезе на реке Оке до 1,5м.

Многолетняя амплитуда колебания низших уровней определяется размером, водностью и зарегулированностью стока реки.

Наиболее высокие значения низших уровней отмечены в годы с дождливыми летне-осенними сезонами, а наиболее низкие - в засушливые бездождные годы.

Дождевые паводки.

Летне-осенняя межень ежегодно нарушается дождевыми паводками, число и величина которых изменяются и по годам и по территории.

В годы с дождливыми летне-осенними сезонами на реках проходило от 3 до 7-8 паводков, а в засушливые годы существенных повышений уровня не наблюдалось. Обычно паводки имеют островершинную форму и характеризуются резким подъемом и спадом уровня.

Средняя интенсивность подъема во время высоких дождевых паводков составляет 20-180 см/сутки, а наибольшая до 300-350 см/сутки. На больших реках паводки не всегда четко выражены и имеют вид пологой или растянутой многовершинной волны.

Высшие уровни дождевых паводков в среднем значительно ниже максимумов весеннего половодья, однако в отдельные годы на малых и средних реках высота паводочного подъема может превышать наибольшую высоту подъема половодья (за один и тот же год).

В летне-осенний период поймы затопляются исключительно редко.

Климат

Рассматриваемая территория расположена в зоне умеренно континентального климата с холодной зимой и умеренно теплым летом. Континентальность климата увеличивается с севера-запада на юго-восток. Основные климатические характеристики и их изменение по территории района определяется влиянием общих и местных факторов: солнечной радиации, циркуляции атмосферы, подстилающей поверхности.

По географическому положению район находится под воздействием воздушного циклона с Атлантики.

В начале осени преобладает западный тип атмосферной циркуляции, сопровождающийся обычно активной циклонической деятельностью, значительными аномалиями температуры воздуха зимой и отрицательными летом. Западный тип атмосферной циркуляции характеризуется значительной устойчивостью и нередко сохраняется на протяжении до двух месяцев. На востоке и юго-востоке территории циклогенез менее активен.

С октября по май в результате воздействия сибирского максимума западная циркуляция нередко сменяется восточной, что сопровождается малооблачной погодой, большими отрицательными аномалиями температуры воздуха зимой и положительными летом.

Менее вероятна в данном районе мередиональная циркуляция, которая связана с мощными арктическими вторжениями воздушных масс и сопровождается резкими понижениями температуры воздуха.

Осадки.

Территория относится к зоне влажного климата. Средняя многолетняя сумма осадков 600-800 мм. На распределение осадков оказывает влияние циклоническая деятельность и рельеф местности.

Годовые суммы осадков изменяются по времени в широких пределах. В многоводные годы повторяемость один раз в 20 лет суммы осадков на 33-40% выше, а в маловодные на 30-40% ниже нормы.

В течение года осадки распределяются неравномерно. Большая их часть (60-70%) выпадает в теплый период года, с апреля по октябрь, с максимумом в июле. Наименьшее количество осадков наблюдается в феврале.

Жидкие осадки составляют 65-75%, твердые 15-25% и смешанные около 10-15% общего количества осадков.

Средняя сумма осадков за теплый период 450 мм. Наибольшие суточные осадки достигают 100-120мм.

Интенсивность осадков меняется в широких пределах и тесно связана с их продолжительностью. Продолжительность выпадения осадков изменяется очень сильно: от нескольких минут до нескольких суток. В среднем продолжительность осадков (за суточные интервалы) около 6 часов. Наибольшая продолжительность отмечается в декабре-феврале(7-10 час), а наименьшая в мае-августе 2-3 часа.

Описание прогнозного створа

Прогнозный створ Касимов расположен в 6 км к западу от города в с.Бабино-Булыгино, в 2 км выше устья р.Сынтулка.

Прилегающая местность - слабоволнистая равнина, поросшая зрелым смешанным лесом и занятая сельскохозяйственными угодьями.

Долина реки трапецеидальная. Правый склон долины крутой, высотой до 20м, каменистый, поросший кустарником; левый - более пологий, высотой 8-10 м, песчаный, поросший лесом. Пойма на участке поста левобережная, шириной 1,5-2 км, открытая, с отдельными понижениями, возвышенностями и озерами. При уровнях воды 350-400 см вода начинает выходить на пойму через протоку, расположенную в 300-500 м ниже поста. При дальнейшем повышении уровня вода начинает поступать на пойму еще через две протоки, расположенные выше поста. Полностью пойма затопляется при уровне воды 750 см.

Русло извилистое, в районе поста прямое, песчаное, у правого берега каменистое, слабодеформирующееся. Ширина реки в межень 350-400 м. Берега крутые: правый - сливается со склоном долины, каменистый, левый - высотой 8,0-1,0 м, сложен суглинками.

3. Теоретические основы метода прогноза по запасам воды в русловой сети

Г.П.Калининым в 1947г. был предложен метод соответственных объемов для прогноза средних расходов воды за определенный период на сравнительно крупных реках. Способ заключается в прогнозе стока по зависимости QT+t = f(Ws)t, которая основана на установлении связи между объемом воды в русловой сети в день выпуска прогноза T и объемом последующего стока в замыкающем створе бассейна. Построение этой зависимости производится по данным гидрометрических наблюдений в бассейне реки за прошлый период времени.

Заблаговременность прогноза среднего расхода соответствует времени руслового добегания с части речного бассейна, ограниченной изохронной ф.

Метод соответственных объемов позволяет прогнозировать средние декадные и даже средние месячные расходы на средних и больших реках, время руслового добегания на которых не менее 10 суток.

Русловая сеть рассматриваемого бассейна подразделяется на несколько участков, отделенных друг от друга водомерными постами со временем руслового добегания 2-5 суток.

После подразделения на участки определяется объем воды в русловой сети каждого участка. Объем воды во всей русловой сети равен сумме объемов воды на отдельных участках. Прежде всего возникает вопрос о способе вычисления объема воды в русловой сети Ws.

Вычисление объема воды в русловой сети может осуществляться разными способами, к основным из них относятся следующие.

1. Гидрометрический способ.

Вычисление объема воды осуществляется по данным о среднем расходе воды и времени руслового добегания на участке. На бесприточном участке объем воды определяется по формуле

на приточном участке - по выражению

де УQBt - сумма расходов воды в верхних створах участка;

ф - среднее время руслового добегания на участке, определяемое как среднее арифметическое из величин времени добегания от верхних створов до нижнего

где m - число верхних створов

или как средневзвешенное значение по формуле

где фk - русловое время добегания от k-го верхнего створа участка до нижнего створа;

Qk - среднемноголетний расход в верхнем k-ом створе участка;

Fk - площадь бассейна в верхнем k-ом створе участка.

Если участок ограничен одним створом, то объем воды определяется по выражению



При выражении расхода воды в м³/с, времени добегания в сутках, а объема воды в м³ формула имеет вид

Wt = 86000 • Qt • ф

Очень часто в условиях недостаточно густой сети стоковых постов реализация описанного выше способа бывает затруднена из-за невозможности подсчета запасов воды в русловой сети о расходах воды.

В этом случае можно осуществить оценку русловых запасов используя данные наблюдений за уровнями воды. Рассчитанные таким образом объемы воды называются условными.

В пределах каждого участка условный объем определяется как

wt = Ht • ф ,

где Ht - средневзвешенный уровень воды на участке, вычисленный с учетом водности притоков по равенству

Ht = Pн • Hнt + УPвj • Hвj,t

где Hнt - среднесуточный уровень воды в нижнем створе участка на дату t; УPв • Hвj,t - сумма произведений коэффициентов водности притоков Pвj на среднесуточный уровень в створе на этом притоке Hвj на дату t.

Коэффициенты водности вычисляются как отношение площадей водосборов до соответствующих створов Fвj к площади водосбора расчетного (прогнозного) створа Fпр



2. Морфометрический способ

Объем воды на участке реки может быть установлен по формуле

W = щ • L

где щ - средняя площадь живого сечения потока на участке, определяемая по площади живого сечения в верхнем и нижнем створах;

L - длина участка

Площади водного сечения устанавливаются для конкретных уровней воды по зависимостям щ = f(H).

Наличие крупномасштабных карт или аэрофотоснимков рек при различных уровнях воды позволяет определить объем воды по площадям водной поверхности. Обозначим площади водной поверхности на участке, ограниченном двумя створами, через Щ и установим зависимость этой площади от уровней воды в верхнем и нижнем створах (Hв, Hн):

Объем воды на участке над начальным уровнем H0 равен Wн = ? ЩdH

На каждом участке строится кривая объемов W = f(H), что дает возможность вычислить суммарный объем воды во всей русловой сети бассейна для любого момента времени. Применение этого способа затруднено отсутствием подобных морфометрических данных.

3. Воднобалансовый способ.

Для определения объема воды в русловой сети используется уравнение водного баланса бесприточного или приточного участка реки

?W = (Qв•?t + Qпр•?t) - Qн•?t,

где ?W - приращение объема воды на участке за время ?t;

Qв, Qпр, Qн - соответственно расходы воды в верхнем, нижнем створах и на притоке.

Суммируя изменения объемов воды за некоторый период времени, получим объем русловых запасов (W) над некоторым начальным объемом. По величинам объема и среднего расхода воды на участке строят кривые объемов W = f(Qср) за ряд характерных лет, совмещая их на одном графике и проводя огибающую по наиболее наклонным участкам кривой к оси расходов. Эта кривая отвечает условиям отсутствия притока воды от осадков.

Рассмотренные способы дают возможность определить объем воды только в той части русловой сети бассейна, которая освещена пунктами гидрометрических наблюдений. Объем воды в мелкой русловой сети не учитывается.

После определения объемов воды Wi для отдельных участков находится суммарный объем воды Ws во всей русловой сети водосбора (объем воды во всей русловой сети равен сумме объемов воды на отдельных участках) и строится графическая зависимость

QT+t = f(Ws)t.

Метод соответственных объемов применим в основном в летне-осенний и зимний сезоны в условиях незначительного притока воды в период прогноза. В период весеннего половодья и крупных дождевых паводков значительная приточность в течении периода, на который дается прогноз, не позволяет установить зависимость QT+t = f(Ws)t. Косвенно учесть приточность можно путем построения зависимости отдельно для периода подъема и спада половодья.

Для прогноза максимума половодья рекомендуется использовать зависимость вида

Qmax t+ф = f(Wt).

Дата выпуска прогноза (и дата определения объема воды в русловой сети) приурочивается к моменту наступления максимума половодья на одной из малых рек, где пик половодья из года в год наступает в более ранние сроки, а волна половодья одномодальна. Возможно, даже за дату выпуска прогноза принимать среднюю дату пика половодья несколько больших рек, на которых максимум наступает всегда раньше, чем на большой реке. Заблаговременность прогноза равна средней продолжительности сдвига между максимумом малой и большой реки. С целью предсказания времени наступления пика половодья возможно построение связи вида

?ф = f(Wt),

где ?ф - разность между датами пика половодья в створе большой реки и на малой реке.

4. Расчетная часть

гидрометеорологический декадный сток вода

Разработка методики прогноза декадного стока по объему воды в русловой сети по данным о расходах воды

1. Методика прогноза декадного стока по объему воды в русловой сети будет разрабатываться для створа г.Касимов, расположенным на реке Оке. Площадь водосбора до створа г.Касимов 130000 км².

Сначала вычертим гидрографическую схему бассейна до створа г.Касимов. Нанесем на нее изохроны и все створы, по которым имеются данные о расходах воды.

Русловую сеть выше прогнозного створа разобьем на участки, разделенные стоковыми створами.

Гидрографическая схема бассейна.

2. Определим средневзвешенное на участке время добегания

Таблица 1.

Определение среднего времени добегания на участке р. Оки выше п.Касимов.

№ участков	Нижний створ участка	Верхний створ участка	Время добегания от верхних до нижнего створа участка,сут.	Пл-дь водосбора в верхних створах участков,кмІ	Среднее время добегания,сут.
1	2	3	4	5	6
I	Касимов	Половское	4,7	99000	4,7
II	Половское	Маркино	1,9	3020	2,7
		Кашира	2,4	68700
		Звенигород	3,9	5000
III	Маркино	Хрусловка	2,2	462	2,2
IV	Кашира	Калуга	1,5	54900	1,5

3. На последние числа календарных декад вычисляем средние на участках расходы воды. Расчет ведем за три года с июня по август. Средний на участке расход, исходя из предположения о его линейном распределении по длине, вычисляется по формуле

где Qk - средний суточный расход воды в нижнем створе участка на дату t;

УQв,t - сумма средних суточных расходов воды верхних створов участка на эту же дату.

Таблица 2.

Средние на участках расходы воды

№ участков	Створы участков	Средние суточные расходы воды, мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1977 год
I	Касимов	571	624	684	568	535	500	469	422	446
	Половское	395	461	560	351	384	384	317	384	384
	срQt	483	543	622	460	460	442	393	403	415
II	Половское	395	461	560	351	384	384	317	384	384
	Маркино	7,4	8,13	7,63	5,47	6,52	6,08	5,32	4,83	5,66
	Кашира	203	230	325	177	177	216	168	154	159
	Звенигород	29,5	31,1	45,6	27,6	19,5	26,5	21,1	22,6	20,3
	срQt	317	365	469	281	294	316	256	283	284
III	Маркино	7,4	8,13	7,63	5,47	6,52	6,08	5,32	4,83	5,66
	Хрусловка	1,38	1,51	1,17	1,26	0,91	0,97	0,8	0,76	0,81
	срQt	4,39	4,82	4,40	3,37	3,72	3,53	3,06	2,80	3,24
IV	Кашира	203	230	325	177	177	216	168	154	159
	Калуга	180	188	216	145	142	174	142	150	138
	срQt	192	209	271	161	160	195	155	152	149
1978 год
I	Касимов	889	621	516	732	729	516	765	648	564
	Половское	635	433	410	807	511	414	550	507	457
	срQt	762	527	463	770	620	465	658	578	511
II	Половское	635	433	410	807	511	414	550	507	457
	Маркино	4,59	6,47	8,1	7,64	4,76	7,81	11,5	17,1	7,75
	Кашира	299	216	206	511	233	213	336	289	224
	Звенигород	29	29	37,2	45,9	27,7	22,6	23,3	23,4	23,1
	срQt	484	342	331	686	388	329	460	418	356
III	Маркино	4,59	6,47	8,1	7,64	4,76	7,81	11,5	17,1	7,75
	Хрусловка	1,6	1,55	1,7	1,2	1,29	1,48	1,67	4,17	1,88
	срQt	3,10	4,01	4,90	4,42	3,03	4,65	6,59	10,64	4,82
IV	Кашира	299	216	206	511	233	213	336	289	224
	Калуга	196	160	171	368	172	166	317	182	152
	срQt	248	188	189	440	203	190	327	236	188
1980 год
I	Касимов	1480	1170	943	637	659	894	1020	724	818
	Половское	881	798	628	503	635	815	774	589	853
	срQt	1181	984	786	570	647	855	897	657	836
II	Половское	881	798	628	503	635	815	774	589	853
	Маркино	12,2	20,8	9,5	11,9	31,1	11,3	17,2	13,2	29,5
	Кашира	517	644	318	248	412	936	527	296	581
	Звенигород	37,5	28,5	32,5	37,1	37,2	75,2	47,7	42,6	100
	срQt	724	746	494	400	558	919	683	470	782
III	Маркино	12,2	20,8	9,5	11,9	31,1	11,3	17,2	13,2	29,5
	Хрусловка	1,75	4,23	1,95	2,1	2,65	3,11	4,11	5,08	9,05
	срQt	7,0	12,5	5,7	7,0	16,9	7,2	10,7	9,1	19,3
IV	Кашира	517	644	318	248	412	936	527	296	581
	Калуга	375	516	194	170	285	701	397	188	734
	срQt	446	580	256	209	349	819	462	242	658

4. Вычисляем объемы воды на отдельных участках и во всей русловой сети.

В пределах каждого участка объем воды вычисляется по формуле

wt = 86400ф • Qt,

где ф - средневзвешенное время добегания на участке в сутках;

Qt - средний на участке расход воды в момент времени t.

Объем воды в русловой сети большого бассейна может быть найден как сумма на отдельных его участках, т.е.

Ws,t = Уwi,t,

где Ws,t - суммарный объем воды в русловой сети бассейна в момент времени t;

wi,t - объем воды в русловой сети i-ого участка в этот же момент времени.

Таблица 3.

Объем воды в русловой сети на начало декад

№ участков	Среднее время добегания,сут.	Обьемы воды в русловой сети ?Wt / 86400 , мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1977 год
I	4,7	2270	2550	2923	2160	2160	2077	1847	1894	1951
II	2,7	857	986	1267	757	792	854	690	763	768
III	2,2	9,66	10,6	9,68	7,4	8,17	7,76	6,73	6,15	7,12
IV	1,5	287	314	406	242	239	293	233	228	223
Сумма	?Wt	3424	3861	4606	3166	3199	3232	2777	2891	2949
	86400
1978 год
I	4,7	3581	2477	2176	3617	2914	2186	3090	2714	2399
II	2,7	1306	924	893	1852	1048	888	1243	1129	961
III	2,2	6,81	8,82	10,78	9,72	6,66	10,22	14,49	23,4	10,59
IV	1,5	371	282	283	659	304	284	490	353	282
Сумма	?Wt	5265	3692	3363	6138	4273	3368	4837	4219	3653
	86400
1980 год
I	4,7	5548	4625	3692	2679	3041	4016	4216	3086	3927
II	2,7	1954	2013	1334	1080	1506	2481	1844	1270	2111
III	2,2	15,35	27,53	12,6	15,4	37,13	15,85	23,44	20,11	42,41
IV	1,5	669	870	384	314	523	1228	693	363	986
Сумма	?Wt	8186	7536	5423	4088	5107	7741	6776	4739	7066
	86400

Таблица 4.

Средние расходы воды г.Касимов на Оке

Год	Среднедекадные расходы воды, мі/с
	июнь	июль	август
	I	II	III	I	II	III	I	II	III
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1977	586	639	647	525	518	501	442	437	429
1978	723	548	584	805	588	612	704	604	497
1979	548	442	367	362	417	466	439	408	393
1980	1270	1060	757	615	832	1010	845	707	1000

5. По таблице 3 и 4 строим график связи Qt+10 = f(Ws,t /86400)

Разработка методики прогноза декадного стока по объему воды в русловой сети по данным об уровнях воды

Очень часто в условиях недостаточно густой сети стоковых постов реализация описанного выше способа бывает затруднена из-за невозможности подсчета запасов воды в русловой сети о расходах воды.

В этом случае можно осуществить оценку русловых запасов используя данные наблюдений за уровнями воды. Рассчитанные таким образом объемы воды называются условными.

1. Сначала рассчитаем коэффициент водности

Таблица 5.

Вычисление коэффициентов водности в створах бассейна р.Оки выше г.Касимов

Река	Пункт	Площадь водосбора,кмІ	Коэффициент водности
Ока	Касимов	130000	1,00
Ока	Половское	99000	0,76
Ока	Кашира	68700	0,53
Ока	Калуга	54900	0,42
Москва	Звенигород	5000	0,04
Осетр	Маркино	3020	0,02
Осетр	Хрусловка	462	0,004

2. По данным о среднесуточных уровнях воды на последние числа календарных декад вычисляем средневзвешенные уровни воды на участках.

Таблица 6.

Вычисление средневзвешенных уровней воды на участках р.Оки

Створы участков		Средние суточные расходы воды, мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1977 год
Касимов p=1,0	H	-16	4	25	-17	-30	-44	-57	-80	-68
Половское	H	115	144	187	95	110	110	78	64	70
p=0,76	p•H	87	109	142	72	84	84	59	49	53
?p•H		71	113	167	55	54	40	2	-31	-15
Половское	H	115	144	187	95	110	110	78	64	70
p=0,76	p•H	87	109	142	72	84	84	59	49	53
Маркино	H	201	206	204	192	204	202	202	198	200
p=0,02	p•H	4,0	4,1	4,1	3,8	4,1	4,0	4,0	4,0	4,0
Кашира	H	-104	-88	-35	-120	-120	-96	-126	-136	-132
p=0,53	p•H	-55	-47	-19	-64	-64	-51	-67	-72	-70
Звенигород	H	30	35	46	28	20	27	28	23	20
p=0,04	p•H	1,2	1,4	1,8	1,1	0,8	1,1	1,1	0,9	0,8
?p•H		38	68	129	14	25	38	-2,3	-19	-12
Маркино	H	201	206	204	192	204	202	202	198	200
p=0,02	p•H	4,0	4,1	4,1	3,8	4,1	4,0	4,0	4,0	4,0
Хрусловка	H	92	94	93	98	94	97	92	89	91
p=0,004	p•H	0,37	0,38	0,37	0,39	0,38	0,39	0,37	0,36	0,36
?p•H		4,4	4,5	4,5	4,2	4,5	4,4	4,4	4,3	4,4
Кашира	H	-104	-88	-35	-120	-120	-96	-126	-136	-132
p=0,53	p•H	-55	-47	-19	-64	-64	-51	-67	-72	-70
Калуга	H	-132	-126	-106	-160	-162	-137	-162	-156	-166
p=0,42	p•H	-55	-53	-45	-67	-68	-58	-68	-66	-70
?p•H		-111	-100	-63	-131	-132	-108	-135	-138	-140
1978 год
Касимов p=1,0	H	98	9	-26	46	45	-26	57	18	-10
Половское	H	203	110	99	282	146	101	164	144	121
p=0,76	p•H	154	84	75	214	111	77	125	109	92
?p•H		252	93	49	260	156	51	182	127	82
Половское	H	203	110	99	282	146	101	164	144	121
p=0,76	p•H	154	84	75	214	111	77	125	109	92
Маркино	H	172	184	195	196	184	192	203	212	187
p=0,02	p•H	3,4	3,7	3,9	3,9	3,7	3,8	4,1	4,2	3,7
Кашира	H	-59	-102	-108	38	-93	-104	-41	-64	-98
p=0,53	p•H	-31	-54	-57	20	-49	-55	-22	-34	-52
Звенигород	H	118	118	142	172	129	121	123	120	120
p=0,04	p•H	4,7	4,7	5,7	6,9	5,2	4,8	4,9	4,8	4,8
?p•H		131	38	28	245	71	30	112	85	49
Маркино	H	172	184	195	196	184	192	203	212	187
p=0,02	p•H	3,4	3,7	3,9	3,9	3,7	3,8	4,1	4,2	3,7
Хрусловка	H	90	90	100	98	99	104	108	138	116
p=0,004	p•H	0,36	0,36	0,40	0,39	0,40	0,42	0,43	0,55	0,46
?p•H		3,8	4,0	4,3	4,3	4,1	4,3	4,5	4,8	4,2
Кашира	H	-59	-102	-108	38	-93	-104	-41	-64	-98
p=0,53	p•H	-31	-54	-57	20	-49	-55	-22	-34	-52
Калуга	H	-119	-148	-139	-31	-138	-143	-54	-130	-154
p=0,42	p•H	-50	-62	-58	-13	-58	-60	-23	-55	-65
?p•H		-81	-116	-116	7	-107	-115	-44	-89	-117
1980 год
Касимов p=1,0	H	254	174	115	30	37	102	136	57	82
Половское	H	316	278	200	142	203	286	267	182	303
p=0,76	p•H	240	211	152	108	154	217	203	138	230
?p•H		494	385	267	138	191	319	339	195	312
Половское	H	316	278	200	142	203	286	267	182	303
p=0,76	p•H	240	211	152	108	154	217	203	138	230
Маркино	H	211	236	202	210	262	208	226	214	258
p=0,02	p•H	4,2	4,7	4,0	4,2	5,2	4,2	4,5	4,3	5,2
Кашира	H	16	66	-64	-95	-26	180	20	-73	41
p=0,53	p•H	8	35	-34	-50	-14	95	11	-39	22
Звенигород	H	134	117	133	146	148	221	164	157	248
p=0,04	p•H	5,4	4,7	5,3	5,8	5,9	8,8	6,6	6,3	9,9
?p•H		258	256	127	68	152	326	224,6	110	267
Маркино	H	211	236	202	210	262	208	226	214	258
p=0,02	p•H	4,2	4,7	4,0	4,2	5,2	4,2	4,5	4,3	5,2
Хрусловка	H	98	122	97	100	107	112	121	129	157
p=0,004	p•H	0,39	0,49	0,39	0,40	0,43	0,45	0,48	0,52	0,63
?p•H		4,6	5,2	4,4	4,6	5,7	4,6	5,0	4,8	5,8
Кашира	H	16	66	-64	-95	-26	180	20	-73	41
p=0,53	p•H	8	35	-34	-50	-14	95	11	-39	22
Калуга	H	-28	34	-121	-140	-70	113	-18	-126	126
p=0,42	p•H	-12	14	-51	-59	-29	47	-8	-53	53
?p•H		-3	49	-85	-109	-43	143	3	-92	75

3. Вычисляем условные объемы воды на участках и во всей русловой сети.

wt = Ht • ф

Таблица 7.

Условные объемы воды в русловой сети

№ участков	Среднее время добегания,сут.	Условные обьемы воды в русловой сети, мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1977 год
I	4,7	336	533	785	259	252	186	11	-147	-70
II	2,7	101	184	350	37	67	102	-6	-50	-32
III	2,2	9,2	9,4	9,3	8,9	9,4	9,3	9,3	9,1	9,2
IV	1,5	-166	-149	-95	-196	-197	-163	-202	-206	-210
Сумма	Wусл	280	577	1049	109	131	134	-188	-394	-303
1978 год
I	4,7	1186	435	231	1224	733	239	854	599	385
II	2,7	354	102	74	662	190	82	302	228	131
III	2,2	8	8,5	9	9,1	8,6	8,9	9,4	10,1	8,8
IV	1,5	-122	-174	-173	11	-161	-173	-67	-133	-175
Сумма	Wусл	1426	372	141	1906	771	157	1098	704	350
1980 год
I	4,7	2323	1811	1255	648	899	1501	1593	918	1468
II	2,7	697	690	344	183	409	880	606	298	721
III	2,2	9,7	10,9	9,3	9,7	11,9	9,7	10,5	10,1	12,2
IV	1,5	-5	74	-127	-164	-65	214	5	-137	112
Сумма	Wусл	3025	2586	1481	677	1255	2605	2215	1089	2313

4. По данным таблиц 4 и 7 строим прогноcтическую зависимость

Qt+10 = f(W^ys,t)

Поверочные прогнозы и их оценка

Поверочные прогнозы среднедекадных расходов воды в замыкающем створе дадим за два года (1978 год - год, включенный в разработку методики, и 1979 год - невошедший в нее).

Для прогнозов за 1979 год необходимо вычислить объемы воды в русловой сети.

Средние на участках расходы воды за 1979 год.

№ участков	Створы участков	Средние суточные расходы воды, мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1979 год
I	Касимов	660	495	412	344	477	450	456	417	412
	Половское	429	335	302	288	365	429	403	382	373
	срQt	545	415	357	316	421	440	430	400	393
II	Половское	429	335	302	288	365	429	403	382	373
	Маркино	4,28	4,01	3,87	3,39	4,76	4,9	4,76	4,11	3,89
	Кашира	204	159	136	129	165	236	202	209	180
	Звенигород	35,5	38,2	38,1	37,2	34,9	35,8	39,8	36,7	37,2
	срQt	336	268	240	229	285	353	325	316	297
III	Маркино	4,28	4,01	3,87	3,39	4,76	4,9	4,76	4,11	3,89
	Хрусловка	1,54	1,58	1,01	1,02	1,07	1,06	0,96	0,72	0,7
	срQt	2,91	2,80	2,44	2,21	2,92	2,98	2,86	2,42	2,30
IV	Кашира	204	159	136	129	165	236	202	209	180
	Калуга	145	120	113	107	155	170	148	200	130
	срQt	175	140	125	118	160	203	175	205	155

Объем воды в русловой сети на начало декад за 1979 год

№ участков	Среднее время добегания,сут.	Обьемы воды в русловой сети ?Wt / 86400 , мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1979 год
I	4,7	2559	1951	1678	1485	1979	2066	2019	1878	1845
II	2,7	908	724	648	618	769	953	877	853	802
III	2,2	6,4	6,15	5,37	4,85	6,41	6,56	6,29	5,31	5,05
IV	1,5	262	209	187	177	240	305	263	307	233
Сумма	?Wt	3735	2890	2518	2285	2994	3331	3165	3043	2885
	86400

Вычисление средневзвешенных уровней воды за 1979 год

Створы участков		Средние суточные расходы воды, мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1979 год
Касимов p=1,0	H	22	-34	-64	-94	-78	-50	-48	-62	-64
Половское	H	108	64	48	40	78	108	96	86	82
p=0,76	p•H	82	49	36	30	59	82	73	65	62
?p•H		104	15	-28	-64	-19	32	25	3	-2
Половское	H	108	64	48	40	78	108	96	86	82
p=0,76	p•H	82	49	36	30	59	82	73	65	62
Маркино	H	179	179	178	176	188	190	190	184	180
p=0,02	p•H	3,6	3,6	3,6	3,5	3,8	3,8	3,8	3,7	3,6
Кашира	H	-115	-142	-157	-162	-138	-96	-116	-112	-129
p=0,53	p•H	-61	-75	-83	-86	-73	-51	-61	-59	-68
Звенигород	H	138	151	149	152	150	148	160	150	153
p=0,04	p•H	5,5	6,0	6,0	6,1	6,0	5,9	6,4	6,0	6,1
?p•H		30	-17	-37	-46	-4,1	41	22	16	3,7
Маркино	H	179	179	178	176	188	190	190	184	180
p=0,02	p•H	3,6	3,6	3,6	3,5	3,8	3,8	3,8	3,7	3,6
Хрусловка	H	87	89	90	93	97	96	93	85	85
p=0,004	p•H	0,35	0,36	0,36	0,37	0,39	0,38	0,37	0,34	0,34
?p•H		3,9	3,9	3,9	3,9	4,1	4,2	4,2	4,0	3,9
Кашира	H	-115	-142	-157	-162	-138	-96	-116	-112	-129
p=0,53	p•H	-61	-75	-83	-86	-73	-51	-61	-59	-68
Калуга	H	-160	-180	-186	-192	-152	-140	-158	-117	-172
p=0,42	p•H	-67	-76	-78	-81	-64	-59	-66	-49	-72
?p•H		-128	-151	-161	-167	-137	-110	-128	-109	-141

Условные объемы воды в русловой сети за 1979 год

№ участков	Среднее время добегания,сут.	Условные обьемы воды в русловой сети, мі/с
		июнь	июль	август
		31.05	10	20	30.06	10	20	31.07	10	20
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1979 год
I	4,7	489	69	-129	-299	-88	151	117	16	-7,9
II	2,7	82	-46	-100	-124	-11	110	59	42	10
III	2,2	8,2	8,3	8,2	8,2	8,7	8,8	8,8	8,4	8,3
IV	1,5	-192	-226	-242	-250	-205	-165	-192	-163	-211
Сумма	Wусл	387	-195	-463	-665	-295	105	-7	-97	-201

Поверочные прогнозы выпускаются c использованием графиков связи

Qt+10 = f(Ws,t /86400) и Qt+10 = f(W^ys,t)

По суммарным объемам с линии связи графика снимаем величины средних расходов воды на последующую декаду. Оцениваются прогнозы величиной отклонения прогнозного значения расхода от фактического, выраженного в процентах от рассчитанного значения среднедекадного расхода воды в замыкающем створе.

Таблица 8.

Поверочные прогнозы декадного стока по фактическим объемам, река Ока - г.Касимов

Месяц	Декада	Wt	Q t+10,пр	Q t+10,факт	?Q	д1 =	?Q	•100%
		86400					Q t+10,факт
1978 год
июнь	1	5265	760	723	37	5,12
	2	3692	548	548	0	0,00
	3	3363	510	584	-74	12,67
июль	1	6138	870	805	65	8,07
	2	4273	647	588	59	10,03
	3	3368	500	612	-112	18,30
август	1	4837	695	704	-9	1,28
	2	4219	620	604	16	2,65
	3	3653	540	497	43	8,65
среднее	7,42
1979 год
июнь	1	3735	550	548	2	0,36
	2	2890	430	442	-12	2,71
	3	2518	377	367	10	2,72
июль	1	2285	345	362	-17	4,70
	2	2994	445	417	28	6,71
	3	3331	490	466	24	5,15
август	1	3165	465	439	26	5,92
	2	3043	453	408	45	11,03
	3	2885	420	393	27	6,87
среднее	5,13
среднее за 2 года	6,28

Таблица 9.

Поверочные прогнозы декадного стока по условным объемам, река Ока - г.Касимов

Месяц	Декада	Wусл	Q t+10,пр	Q t+10,факт	?Q	д2 =	?Q	•100%
							Q t+10,факт
1978 год
июнь	1	1426	780	723	57	7,88
	2	372	560	548	12	2,19
	3	141	515	584	-69	11,82
июль	1	1906	882	805	77	9,57
	2	771	650	588	62	10,54
	3	157	515	612	-97	15,85
август	1	1098	710	704	6	0,85
	2	704	630	604	26	4,30
	3	350	552	497	55	11,07
среднее	8,23
1979 год
июнь	1	387	560	548	12	2,19
	2	-195	440	442	-2	0,45
	3	-463	390	367	23	6,27
июль	1	-665	347	362	-15	4,14
	2	-295	420	417	3	0,72
	3	105	505	466	39	8,37
август	1	-7	480	439	41	9,34
	2	-97	460	408	52	12,75
	3	-201	440	393	47	11,96
среднее	6,24
среднее за 2 года	7,24

5. Выводы

В данном курсовом проекте мы разрабатывали методику прогноза декадного стока по объему воды в русловой сети по данным о расходах воды и данным об уровнях воды.

Методика считается эффективной, если средняя величина относительной ошибки не превышает 15%. В нашем примере обе методики являются эффективными, т.к. средняя величина относительной ошибки д1 = 6,28% и д2 = 7,24%.

Это показывает, что для оценки русловых запасов можно использовать данные не только о расходах воды, но и об уровнях воды.

Литература

1. Ю.М.Георгиевский „ Краткосрочные гидрологические прогнозы ", Л.: издание ЛПИ, 1982г.

2. Б.А.Апполов, Г.П.Калинин, В.Д.Комаров „Гидрологические прогнозы", Л.: Гидрометеоиздат, 1960г.

3. Ю.М.Алехин „Краткосрочные прогнозы стока на равнинных реках", Л.: Гидрометеоиздат, 1956г.

4. Ресурсы поверхностных вод. Том 10. Верхне-волжский район.

5. Гидрологические ежегодники за 1977, 1978, 1979 и 1980 год. Том 4 выпуск 1-3

Размещено на Allbest.ru