Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

10161

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
25.11.2023
Размер:
4.19 Mб
Скачать

41

Повторяемость (или частота) какой-либо величины определяется по формуле:

N = 100/p

N = 100/(100-p)

Обеспеченность определяется=: +1

при р<50%,

при р>50%.

100.

В природе 100% обеспеченности не бывает, поэтому в знаменателе (n+1), m - порядковый член ряда в убывающей последовательности, n - число членов ряда (составляет 100%)

Определение вероятностных расходов ведется методами математической статистики. Используются кривые распределения и кривые обеспеченности.

Однако, на практике никогда не бывает достаточно наблюдений, чтобы построить всю кривую распределения. Концы её определяются весьма ненадежно. Чтобы уточнить концы, используют теоретические кривые распределения. Основные параметры теоретической кривой обеспеченности

– среднеарифметическое Х0, коэффициент вариации (изменчивости) Сv и коэффициент асимметрии Сs(их определяют либо методом моментов, либо методом наибольшего правдоподобия).

Метод моментов иcпользует формулу: Kp=Ф*Сv + 1. Теоретическую

кривую

обеспеченности

необходимо

сопоставить

с

данными

обеспеченность каждого члена ряда по формуле: = +0−0,,43 100%, = 0

непосредственных наблюдений. Для этого

вычисляют

эмпирическую

Если совпадение теоретической и эмпирической кривой хорошее, то первая принимается для дальнейших расчетов. Если совпадение плохое, то исправляем Сv и Сs, вновь строя теоретическую кривую, туда же наносят и точки наблюдений.

Кривая обеспеченности стока построенная в простых координатах имеет большую кривизну в верхних и нижних частях, а они наиболее интересны для гидрологических расчетов.

42

Для выпрямления крутых участков кривой обеспеченности, ее строят на специальной бумаге, называемой клетчаткой вероятностей. Основное свойство клетчатки вероятности состоит в том, что на ней кривая обеспеченности (с коэффициентом Сs=0) получает вид прямой, при других значениях Сs кривые имеют вид плавных линий, причем кривизна их увеличивается, с увеличением Сs из-за разной цены деления осей.

Клетчатка вероятностей существует 2-ух видов:

С обычной вертикальной шкалой - для кривых с умеренной

асимметричностью (Сs =< 2 Сv) – реки Волжско-Камского бассейна, Сибири.

С логарифмической вертикальной шкалой – для кривых со значительной асимметрией – горные реки.

Определение расчетных расходов

Цель наших расчетов – определить расчетный расход. Если расход случится более высокий, то состояние катастрофическое. Процент вероятности превышения максимальных расходов определяется в зависимости от класса сооружения по СП [4].

Случай

 

 

Класс

 

I

II

III

IV

 

Основной

0,1

1,0

3,0

5,0

Поверочный

0,01*

0,1

0,5

1,0

*- с учетом гарантийной поправки в соответствии с СП 33 101.

Пример, класс сооружений для плотин высотой:

I > 50м, II до 50 м, III 10-30 м, IV до 10-6 м.

Высота Нижегородской плотины 18 м, напор 14, но класс I, т.к. прорыв или перелив через гребень приведет к катастрофическим последствиям.

Как вычислить период повторяемости расхода:

N=100/p при p<50%

I класс: Nосн=100/0,1=1000 лет, т.е. сооружение I класса рассчитывается на такой максимальный расход, который может быть 1 раз в 1000 лет.

Выполним расчет: имеется достаточное число лет наблюдений (п>20), необходимо построить кривую обеспеченности. Для нее нужно знать:

1.Q -норма максимального расхода

2.С max= ( 11)2

Если n>20, то Сv достаточно достоверный коэффициент вариации.

3. С = ( (−1)1)33 43

Коэффициент асимметрии (обычно определяется по вариации), характеризует насколько симметрична кривая распределения, требует длительного ряда наблюдений, чаще всего такого ряда нет, тогда используют практические рекомендации (Сs=2Cv для равнинных рек, Сs=(3÷4)Cv - для горных рек).

Расчеты сводятся в таблицу.

 

 

Макси-

Эмпи-

Модуль-

 

(ki-1)2

(ki-1)3

Год

мальные

рическая

ный

ki-1

п/п

 

расходы

ежегод-

коэффи-

 

 

 

 

 

воды

ная

циент

 

 

 

 

 

Q, м3

вероят-

ki

 

 

 

 

 

 

ность

 

 

 

 

 

 

 

Pm, %

 

 

 

 

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

1

1931

1800

1,96

 

 

 

 

2

1908

1700

 

 

 

 

 

3

1959

1600

 

 

 

 

 

n

1930

300

98,04

0,33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q

 

ki=n

( )

( )

( )

 

 

 

 

 

=

=

=

А) Если окажется, что Сv<0,5, то расчет ведется дальше методом моментов и Сs применяется по практическим рекомендациям. Кривую обеспеченности строят по таблицам Фостера.

44

Кривая обеспеченности строится для Ki или Qi на клетчатке вероятности. Получим теоретическую кривую.

На теоретическую кривую накладываются наблюденные (опытные) точки. Если эти точки хорошо накладываются, то расчет завершается, если нет, то необходимо изменить Сs, требуется подогнать теоретическую кривую к наблюденным (опытным) значениям.

Для того что бы сделать объективную оценку кривой обеспеченности,

 

 

=

 

 

 

 

100%

необходимо посчитать среднеквадратичную погрешность расхода.

 

 

1+ 2

 

 

 

=

 

 

100%

 

 

2

Если > 10% -

10%

-

 

 

расчет надежный.

Если окажется, что

 

 

 

необходимо увеличить число лет наблюдений.

45

Если все в порядке, то Qрасч=Kp*Q для II, III, IV классов сооружений. Расчет заканчивается.

Б) Если Сv>0,5 – расчет ведут методом наибольшего правдоподобия.

В этом случае Сv и Cs

находят

по

монограмме, с предварительным

2 =

3

=

∑ ∙

1

1

вычислением статических характеристик

 

 

Находим ошибку

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

=

2

)

100% 10%

 

 

 

2 (3 +

 

Строится кривая обеспеченности:

Q 1раз в 1000 лет (3 кл, осн.случай)

Qрасч 1 раз в 20 лет

(4кл, осн.случай)

46

Расчетная величина для II, III, IV классов снимается непосредственно с кривой обеспеченности. Для определения расчетного расхода для сооружения I класса используется зависимость:

Qрасч=Q(0,1)max+ Q,

где: Q-гарантированная поправкаQ = 0,01 0,01 (*),

а – коэффициент, учитывающий степень изученности района (хорошо изучен а=1, плохо а=1,5);

0,01 = f(Cv) - коэффициент, принимаемый из таблицы в зависимости от

коэффициента вариации;Q0,010,2снимается с кривой.

0,01 если меньше (*), то принимается по полученным значениям, если > то берем 20%.

Основной расход бывает при отметке НПУ. Расход с обеспеченностью p=0,01% бывает при отметке ФПУ (форсированный подпорный уровень). Расход воды при ФПУ – поверочный.

ФПУ бывает только при катастрофических паводках, но когда это может произойти - неизвестно. ФПУ - кратковременный. Между ФПУ и НПУ осуществлять строительство можно. Сооружения, рассчитанные на катастрофические условия, справляются с ним. В пределах отметки УМО и НПУ строить ничего нельзя.

Определение расчётных расходов при недостаточном числе лет наблюдений

 

 

 

= 100% ≤ 10%, следовательно

n = ( ·100

2,

Погрешность

 

 

предельное значение, то n = 25 лет.

 

)

следовательно = 0,5

47

А) 2 пункта находятся на одной реке Заполним таблицу

Годы

 

 

 

Муром

N

1961

 

 

 

Имеются все

Наблюдений нет

.

 

 

 

наблюдения за рекой

 

.

 

 

 

 

 

 

Наблюдения есть

.

 

 

 

 

 

 

 

1980

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

20

 

11

 

 

=20

 

 

=20

 

 

=

120 Муром,

 

=

120 Муром,

 

Рассмотрим разные случаи исходной информации:

Муром

 

 

 

 

 

 

 

Построим графики для обоих пунктов. Получаем точки, которые можно усреднить и получить линию:

-если линия связи между расходами обоих пунктов представляются прямой (1), то расчёт надёжен и недостающие сведения по расходу можно определить по графику (значения добавляются, т.е. продолжаются);

-если линия связи получается в виде кривой (2), то необходимо вместо значений расходов взять их десятичные логарифмы, в этом случае линия связи выпрямляется и, если она становится прямой, расчёт надёжен.

Б) 2 пункта находятся на разных реках, но в 1-ом бассейне Заполним таблицу

Годы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НН

(х)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гор

(у)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1961

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Имеются

 

 

 

 

 

 

все

Наблюдений нет

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

наблюдения за рекой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наблюдения есть

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1981

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действуют аналогично пункту А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для продолжения ряда наблюдений можно воспользоваться методом

где

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у − =

 

 

(х

 

х)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

корреляции. Метод основан на применении уравнения прямой регрессии.

 

у

 

х

 

– текущие величины расчётов;

 

,

 

х ,

 

 

 

 

- среднеквадратические

отклонения.

коэффициент

 

корреляции;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расходов;

r

 

 

 

 

 

 

−11

 

 

 

 

−11

 

 

 

 

х

 

 

20

 

 

11

 

(

)2·( − ̅)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

 

 

 

 

( )( − ̅)

 

 

 

 

 

 

 

 

( − ̅)

 

 

 

( )

 

 

 

 

=

 

 

; =

 

; r =

 

 

 

 

 

;

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

2

;

=

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

48

Заполняем таблицу

Годы

( НН)

( Гор)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если r = 1, то получается аналитическая связь, т.е. связь имеет довольноувысокую обеспеченность, по уравнению регрессии недостающие расходы восстанавливаются;

если r < 0,6 – связь ненадёжная, в расчётах можно ошибиться, в этих случаях необходимо перейти от значений расходов к десятичным логарифмам и проделать всё то же самое;

если r = 0, то связь отсутствует, продолжать ряд не имеет смысла; если r≥0,6 связь удовлетворительная – можно считать дальше.

Весь смысл наших рассуждений – найти кривую обеспеченности.

Сооружения проектируются на самые неожиданные паводки.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение расчётных расходов при отсутствии наблюдений

 

 

 

При

отсутствии наблюдений

 

 

 

определяется

по

эмпирическим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

для весеннего половодья и дождевого

формулам. Эти формулы приводятся расч

 

 

 

 

F

 

 

км

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

км2

 

 

 

 

 

 

= · %· %

 

 

 

 

 

паводка и справедливы при величине площади водосбора: F ≤ 25000

горные реки; F ≤ 75000

 

 

 

– равнинные реки.

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

расчётный

 

 

 

 

 

р%

 

(+1)

 

 

1

· 2 ·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мгновенный максимальный расход

вероятностью

превышениярасч

р%, ; k - коэффициент, учитывающий дружность половодья;

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

- высота слояс воды (суммарного стока половодья) при заданной

обеспеченности, определяется по карте в зависимости от района, мм;

слоя

коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметром %

 

стока и максимальных расходов воды, измеряется в пределах = 0,8÷1,1; F –

площадь водосбора до замыкающего створа,

 

2; n - показатель степени

редукции (уменьшения) отношения модуля

 

максимального расхода к слою,

 

 

км

 

 

 

 

 

 

1

- 1,

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зависит от района: n = 0,15 для горных рек, n = 0,25 для равнинных рек;

 

1

– коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов:

 

 

учитывает озёрность и заболоченность района, чем больше озёр и болот,

тем

 

меньше, т.к.

они являются дополнительными ёмкостями и величина

максимальных расходов снижается;

2

– учитывает лесистость, нет лесов –

увеличивается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если река

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как определить

 

 

 

 

= 2

 

 

 

 

 

 

 

. С карт снимается

среднемноголетняя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равнинная

 

 

 

 

 

, если горная – 3÷4

 

 

 

 

 

 

К

 

 

 

 

 

 

К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

величина

 

. По таблицам находится чисто Фостера.

 

 

 

 

 

Ф·

 

+ 1 =

 

 

 

 

 

 

=

 

 

·

, мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49

 

 

Вычисление минимальных расходов воды

 

 

 

Для надёжности

проектируемого сооружения выясняют

 

.

для нужд населения,

 

 

 

воды

Минимальный расход

 

 

необходимо знать, чтобы понять, хватит ли

 

на

 

 

сельского хозяйства, судоходства. Если ГЭС рассчитать

, то она и будет работать 1 раз в 1000 лет.

 

 

 

 

 

Минимальный сток формируется в период, когда река переходит на грунтовое питание, и когда поверхностный сток полностью прекращается

или имеет наименьшее значение. На реках с избыточным увлажнением

увлажнением (

 

наблюдается

зимой,

на

реках

с

недостаточным

(тундра, лес)

 

 

 

степь, пустыня) – летом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

За критерий при назначении расчётного

 

реки

принимают

его

Для мелиорации р = 85%.

 

нормативные значения для

 

 

ежегодную обеспеченность. Существуют

 

 

 

 

 

 

 

 

:

Для гидротехники р = 90%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для водоснабжения р = 95%.

100

= 100

= 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N =

 

 

 

 

 

 

Т.е. для гидротехники минимальный расход должен быть 1 раз в 10 лет.

 

 

 

 

и осенью. Расчётный

 

определяют:

 

может быть зимой, летом100−

10

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Строятся гидрографы стока за год.

2. Выделяют участки продолжительностью 30 суток с наименьшими расходами.

3. По таблице ежедневных расходов производят подсчёт среднего

расхода за выбранный период:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

если

наблюдения

имеются,

то

расчётные

 

 

определяют по

теоретической кривой (аналогично

 

 

 

 

 

 

 

по таблице Фостера;

 

 

 

), построенной

 

 

расход:

 

 

 

%

. λ

– переходный

 

 

80%

 

 

 

 

р=80% к %

 

 

 

 

по карте min

 

 

 

 

 

- если наблюдений нет, то

 

 

 

 

 

 

вычисляют расчётный

 

 

= λ

 

 

 

 

 

 

 

 

коэффициент

от

обеспеченности

 

другой, находится по таблице Ленца:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Район по карте

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р, %

 

 

 

 

 

 

 

75

 

80

 

 

 

85

 

 

 

90

 

95

 

97

I

 

 

1,04

 

1,0

 

 

 

0,94

 

 

0,87

 

0,9

 

0,75

II

 

 

1,03

 

1,0

 

 

 

0,93

 

 

0,7

 

0,6

 

0,45

Эпизодически

 

1,2

 

1,0

 

 

 

0,75

 

 

0,45

 

0,15

0

пересыхающие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перемерзающие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

Регулирование речного стока. Водохозяйственные расчёты Водохранилища

Водохранилище – искусственно созданный водоём для хранения воды

и регулирования стока. Пруд – искусственный водоём небольших размеров и

площадью водной поверхности

менее

1

 

2.

Речные

водохранилища

создаются путём перегораживания рек

плотинами.

 

 

 

 

 

 

 

 

км

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные характеристики водохранилища:

 

 

 

 

 

 

 

 

- Характерные уровни: НПУ, УМО, ФПУ в метрах.

 

в

 

2.

- Площадь зеркала (

км

 

 

 

 

 

,

 

,

 

 

- Характерные объёмы: полезный (VПЛЗ), мёртвый

(VМ), полный

(V(ПЛЗ+М)), форсированный (VФ) - в

 

3.

 

НПУ

 

УМО

 

ФПУ

 

км

 

 

– рабочая ёмкость

 

 

 

 

 

Полезный объём

поверхности воды):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

водохранилища, предназначена для

регулирования стока с целью гарантированного обеспечения потребителей водой и заключена между НПУ и УМО.

Мёртвый объём – объём чаши водохранилища, тот минимум, который предназначен для аккумуляции наносов в течение длительного срока эксплуатации. В нормальных условиях эксплуатации Vм не срабатывается и в регулировании стока не участвует, но водохранилище может опорожняться по истечении срока эксплуатации. Объём мёртвый должен быть больше

объёма наносов за период предполагаемой эксплуатации.

 

 

Vм > Т(

 

(1 – δ) +

 

),

 

 

где Т – срок предполагаемой

эксплуатации;

 

Д- годовой объём взвешенных

 

 

 

 

 

наносов; δ - доля уходящих из

водохранилища наносов;

 

- годовой объём

 

 

 

 

 

Д

донных наносов.

 

 

 

 

 

 

 

 

Объём форсировки – VФ – объем, заключенный между ФПУ и НПУ –

резервная ёмкость водохранилища служит для предотвращения наводнения – противопаводковый объём.

Наивысшей отметке уровня воды в водохранилище отвечает ФПУ. До отметки ФПУ допускается кратковременное наполнение водохранилища, когда пропускная способность водосбросных отверстий (сооружений) оказывается ниже притока воды в водохранилище (в основном весной и не каждый год) – это ЧС.

Основной расчётный уровень водохранилища – нормальный подпорный уровень. Расположен на 20÷100 см ниже ФПУ. Водохранилище к отметке НПУ обычно наполняется в конце весеннего половодья.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]