Инженерная гидрология

Лекция 3. Инженерная гидрология. Гидрология – это наука, изучающая режимы рек. Оценки основных характеристик режима речного стока. 1. Расход воды (Q) – это количество воды, протекающее в одну секунду через поперечное сечение водотока (называемое створ). Измеряется в л/с, м3/с. Хронологический график изменения расхода воды во времени в каком-либо створе реки называется гидрографом. Он строится по результатам гидрометрических наблюдений. Расходы воды определяются различными способами, в основном зависящими от вида движения (напорное или безнапорное) и величины расхода. Самые точные способы — весовой и объёмный, однако они применимы только для определения малых расходов жидкости. Для измерения расходов напорных потоков применяются диафрагмы, Вентури труба, Расходомеры. В условиях речных потоков чаще всего применяется способ, основанный на измерении местных скоростей и глубин, по которым подсчитывается расход. На водотоках с повышенной турбулентностью целесообразно применять метод смешения, заключающийся во введении в поток раствора-индикатора и измерении его концентрации в створе полного перемешивания. На небольших водотоках устраиваются гидрометрические сооружения, представляющие собой водосливы, гидрометрические лотки, искусственные контрольные сечения, водомерные насадки и др. В ирригации применяются водомеры-автоматы. Для определения расходов используются и сами гидротехнические сооружения (например, расходы на ГЭС могут быть установлены по рабочим характеристикам турбин). Q Qmax Qср Qmin I XII На данном рисунке имеется два пика. Такой гидрограф характерен для рек средней полосы России. Первый пик – это весеннее половодье, второй – осенний паводок. a. Половодье - фаза водного режима реки, характеризующаяся наибольшей в году водностью, высоким и длительным подъёмом уровня воды, обычно сопровождающимся выходом воды из русла на пойму. В отличие от паводков, имеет регулярный характер, повторяется ежегодно, в один и тот же сезон, хотя и с разной интенсивностью и продолжительностью b. Паводок - фаза водного режима реки; сравнительно кратковременное и непериодическое поднятие уровня воды в реке, вызванное усиленным таянием снега, ледников или обилием дождей. 2. Объем стока (W) – это суммарный объем воды, прошедший через поперечное сечение водотока за определённый промежуток времени (год, месяц, сутки и т.д.). Измеряется в млн. м3, км3. С указанием длительности периода, за который оценивается сток. 𝑊 = ∫ 𝑄(𝑡)𝑑𝑡 3. Норма стока (W0) – среднемноголетняя величина годового стока. 𝑇 1 𝑊0 = ∫ 𝑄(𝑡)𝑑𝑡 𝑇 4. Норма расхода Q0 – среднемноголетняя величина, измеряемая в м3/с, л/с. Q0=Qi/n=W0/31.5*106 31,1*106 – длина года в секундах 5. Слой стока (y) – количество воды, прошедшее через поперечное сечение реки за определенный промежуток времени, отнесенное к единице площади водосбора. y=Qcp*31.5/F, мм. F – площадь водосбора, км2 Водосбор — Участок земной поверхности и толщи почв и горных пород, ограниченный водоразделами, откуда вода поступает к водному объекту 6. Модуль стока (М) – количество воды, прошедшее через поперечное сечение за 1 секунду, отнесенное к единице площади водосбора. л/с/км2 M=1000Qcp/F 7. Коэффициент стока () – это отношение высоты слоя стока к высоте слоя выпавших в бассейне реки осадков за тот же промежуток времени. =y/x I 8. Модульный коэффициент – Ki – это отношение стока за период wi к норме стока. Ki=Wi/W0 (или среднего расхода за период к норме расхода). Водосборная площадь – это часть поверхности суши, с которой вода стекает в реку. Различают две характеристики водосбора 1. Поверхностный водосбор. Поверхностный водораздел Водопроницаемый грунт Подземный водораздел Водонепроницаемый грунт Поверхностный водосбор ограничен водораздельной линией, проходящей по наиболее высоким точкам земной поверхности 2. Подземный водосбор Подземный водосбор ограничен водораздельной линией, проходящей по наиболее высоким точкам водоупорных грунтов. Поверхностный водосбор может быть неравен подземному. Поперечный профиль водотока. Коренные берега Уровень высоких вод Уровень низких вод Русло реки аллювий Продольный профиль реки. Речные долины образованы в большинстве случаев во время тектонических деформаций земной поверхности или при движении древних ледников. Однако процесс формирования речных долин происходил и после их первичного образования и продолжается почти непрерывно под действием текущей воды. Уклон реки модно рассчитать по следующей формуле: i=(Z2-Z1)/L, где Z – уровень реки в створе, L – длина участка реки между створами 1 и 2. На протяжении речной долины можно выделить три характерных участка: Зона аккумуляции наносов Зона эрозии Зона транзита наносов Первый, верхний по течению участок с наибольшим уклоном i1 называется зоной эрозии. Второй, средний участок с уклоном i2 называется зоной транзита наносов. Третий, нижний по течению уча сток главной реки, характеризуемый наименьшим уклоном реки i3, называется зоной аккумуляции наносов