РАБОТА 3

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Сибирская государственная геодезическая академия

ФГБОУ ВПО «СГГА»

Кафедра инженерной геодезии

и информационных систем

Лабораторная работа №3

Обработка данных водомерных наблюдений

Вариант №29

Выполнил: Проверил:

Карпов Д.И. ст. преподаватель

Ст. гр. ПГ-42А Сучков И.О.

Новосибирск 2012 г.

Содержание

1. Построить графики повторяемости и продолжительности стояния уровней за трёхмесячный период.

2. Вычислить основные параметры и построить график эмпирической и теоретической кривой обеспеченности расходов воды.

3. Определить максимальные расходы весеннего половодья при обеспе­ченности 0.05, 0.1, 1.0 и 5 %.

1. Составляется ведомость повторяемости и продолжительности стоя­ния уровней (таблица 1). Исходными данными для этого являются значения среднесуточных уровней воды, приведённые в приложении 1

Таблица 1 Ведомость повторяемости и продолжительности стояния уровней

Интервалы		Частота уровней			Повторяе-мость	Продолжи-тельность
Верхн.	Нижн.	сентябрь	октябрь	ноябрь
1		2	3	4	5	6
296	290	0	0	4	4	4
289	280	0	0	4	4	8
279	270	0	0	2	2	10
269	260	0	0	6	6	16
259	250	4	0	1	5	21
249	240	2	0	6	8	29
239	230	3	1	7	11	40
229	220	1	2	0	3	43
219	210	2	1	0	3	46
209	200	1	1	0	2	48
199	190	2	2	0	4	52
189	180	2	2	0	4	56
179	170	2	2	0	4	60
169	160	2	2	0	4	64
159	150	2	5	0	7	71
149	140	5	5	0	10	81
139	133	2	8	0	10	91
	итого	30	31	30	91

Повторяемостью (частотой) называется число дней стояния определён­ного уровня воды за рассматриваемый период времени. Повторяемость вы­числяется в днях анализируемого периода и показывает, как часто встре­чается данный горизонт воды за этот период.

Повторяемость отдельных уровней определяется по результатам водо­мерных наблюдений следующим образом. Вычисляют амплитуду уровней (раз­ность между высшим и низшим уровнями за период наблюдений) и делят её значение на число n интервалов. Число интервалов зависит от требуе­мой подробности изучения режима уровней. Для учебных работ, с целью уменьшения объёма вычислений, число интервалов можно принять 10. Полученную величину интервала (кроме крайних значений) округляют до стандартной величины (5, 10, 25, 50 или 100 см). Установленные таким образом значения интервалов выписывают в колонку 1 таблицы 1.

Затем определяют помесячно количество дней, в которые наблюдались уровни, лежащие в пределах каждого из выбранных интервалов, записывают их, соответственно, в колонки 2, 3, 4 и сразу же проверяют строку "Итог", в которой при вертикальном суммировании должно получиться число дней соответствующего месяца. В колонке 5 таблицы 1 записывают суммар­ное (по каждой строке) число дней в интервале за трёхмесячный период.

По данным повторяемости уровней определяют их продолжительность стояния. Продолжительностью (обеспеченностью) называется число дней в периоде, когда наблюдались уровни не ниже заданного. Продолжительность вычисляется также в днях или в процентах. Она определяется последова­тельным суммированием числа дней повторяемости, начиная с наивысшего уровня (колонка 6 таблицы 1). Конечная сумма, записанная в последней строке колонки 6, должна быть равна числу дней изучаемого периода года.

Значения повторяемости и продолжительности стояния уровней для наглядности изображают в виде графика (рисунок 1). Для этого на горизон­тальной оси графика откладывают число дней или процент. На вертикальной оси строят шкалу уровней. Против середины каждого интервала откладыва­ют соответствующее число дней (из колонки 5 таблицы 1) и соединяют эти точки плавной линией, называемой кривой повторяемости (или частоты). Против нижних границ интервалов откладывают число дней, взя­тое из колонки 6, и полученные точки соединяют плавной линией – кривой продолжительности (обеспеченности).

Рисунок 1 График повторяемости и продолжительности уровней

Кривые повторяемости и продолжительности используются при расчётах водоснабжения, мелиорации, организации судоходства и так далее. Исходя из этих данных, ведут дальнейший ана­лиз целесообразности или нецелесообразности организации судоходства на данном участке.

2. Расчёт максимальных расходов воды представляет собой важный и ответственный раздел гидрологического обоснования проекта гидротехни­ческого сооружения. Занижение величины максимального расхода или объ­ёма стока может привести к разрушению сооружений, а их завышение вызы­вает неоправданные затраты на строительство водосборных или других со­оружений.

При проектировании гидротехнических сооружений на реках, согласно строительным нормам и техническим условиям, рассматривают нормальные и чрезвычайные условия эксплуатации сооружения. В обоих случаях расчёт максимальных расходов воды различной обеспеченности сводится к постро­ению кривой обеспеченности максимальных расходов. Для этого сначала определяют параметры теоретической кривой обеспеченности: Qср - сред­ний многолетний максимальный расход; Cs - коэффициент асимметрии. С точностью, необходимой для гидротехнических расчётов, эти параметры могут быть вычислены только при наличии сравнительно большого ряда наблюдений (не менее 20-30 лет).

Вычисление необходимых параметров кривой обеспеченности удобнее вести в таблице 2.

Данные колонок 1, 2, 3 этой таблицы студент выбира­ет из приложения 2 по своему варианту. В колонку 4 переписывают значе­ния расходов, взятые из колонки 3, размещая их в виде статистического ряда убывающих величин Q. Значения первого параметра кривой обеспечен­ности вычисляют по формуле (1). В данном примере Qср= 23,82 м³/с.

Q_ср=(Q₁+Q₂+...+Q_i)/n (1)

В колонке 5 таблицы 2 записывают значения модульных коэффициентов находимых по формуле (2) и затем вычисляют значения (ki-1), записывают в колонку 6.

ki=Qi/Qср (2)

Второй параметр кривой обеспеченности максимальных расходов - коэффи­циент вариации Cv вычисляют по формуле (3). В данном примере Cv =0,675.

Cv=√ ∑(ki-1)²/(n-1) (3)

Для определения третьего параметра кривой обеспеченности макси­мальных расходов - коэффициента асимметрии Cs, при наличии длинного ряда наблюдений используется формула (4).

Cs=∑(ki-1)²/(n-1)Cv³ (4)

При непродолжительном ряде наблюдений, коэффициент асимметрии для рек снегового питания (весенних половодий) ре­комендуется вычислять по формуле (5), а для рек дождевого питания (паводков) по формуле (6).

Cs = 2*Cv (5)

Cs = 4*Cv (6)

В данной учебной работе студентам рекомендуется Cs определять по формуле (5), то есть как для рек снегового питания (в данном примере Cs =1,351).

Таблица 2 Вычисление параметров кривой обеспеченности максимальных расходов воды

Но-мера mi	Год	Расход	Расход Qi	Ki	Ki-1	Обес-печен- ность Pi
1	2	3	4	5	6	7
1	1976	218	281	1,85	0,85	2,2
2	1977	135	263	1,73	0,73	5,2
3	1978	136	245,6	1,62	0,62	8,3
4	1979	77,3	245	1,61	0,61	11,4
5	1980	66,5	245	1,61	0,61	14,5
6	1981	143	218	1,43	0,43	17,6
7	1982	128	201	1,32	0,32	20,7
8	1983	114	200	1,32	0,32	23,8
9	1984	281	198,9	1,31	0,31	26,9
10	1985	174	177	1,16	0,16	29,9
11	1986	77,4	174	1,14	0,14	33,0
12	1987	263	174	1,14	0,14	36,1
13	1988	128	158	1,04	0,04	39,2
14	1989	100	156	1,03	0,03	42,3
15	1990	128	143	0,94	-0,06	45,4
16	1991	158	138	0,91	-0,09	48,5
17	1992	95,6	136	0,89	-0,11	51,5
18	1993	174	135	0,89	-0,11	54,6
19	1994	245	134	0,88	-0,12	57,7
20	1995	83	128	0,84	-0,16	60,8
21	1996	177	128	0,84	-0,16	63,9
22	1997	200	128	0,84	-0,16	67,0
23	1998	79	114	0,75	-0,25	70,1
24	1999	245,6	100	0,66	-0,34	73,1
25	2000	201	95,6	0,63	-0,37	76,2
26	2001	134	86	0,57	-0,43	79,3
27	2002	156	83	0,55	-0,45	82,4
28	2003	198,9	79	0,52	-0,48	85,5
29	2004	77,9	77,9	0,51	-0,49	88,6
30	2005	245	77,4	0,51	-0,49	91,7
31	2006	86	77,3	0,51	-0,49	94,8
32	2007	138	66,5	0,44	-0,56	97,8
33	2008
34	2009
Сумма		4394,2
	Qср=	151,98	Сумма(Ki-1)2=		5,04
			Cv=	0,403	Cs=	0,807

В колонку 7 таблицы 8 записывают значения эмпирической обеспечен­ности Р максимальных расходов, вычисленную по формуле (7).

Р=[(m-0.3)/(n+0.4)]*100% (7)

где m - порядковый номер (колонка 1) убывающего ряда расходов;

n - число лет наблюдений (n равно последнему номеру m).

По найденным значениям основных параметров Qср, Cv, Cs вычисляют ординаты Qт теоретической кривой обеспеченности максимальных расхо­дов, используя специальные таблицы отклонений ординат кривой обеспе­ченности от середины (приложение 3). Подобные вычисления целесообразно производить в отдельной ведомости (таблица 3).

Таблица 3 Вычисление ординат теоретической кривой обеспеченности максимальных расходов

	Ф	Ф*Cv	К	Q
0,01	5,5	2,22	3,22	489,2
0,05	4,63	1,87	2,87	435,8
0,1	4,24	1,71	2,71	411,9
0,5	3,31	1,34	2,34	354,9
1	2,89	1,17	2,17	329,2
3	2,18	0,88	1,88	285,6
5	1,84	0,74	1,74	264,8
10	1,34	0,54	1,54	234,1
20	0,78	0,31	1,31	199,8
25	0,58	0,23	1,23	187,5
30	0,41	0,17	1,17	177,1
40	0,12	0,05	1,05	159,3
50	-0,13	-0,05	0,95	144,0
60	-0,37	-0,15	0,85	129,3
70	-0,6	-0,24	0,76	115,2
75	-0,73	-0,29	0,71	107,2
80	-0,86	-0,35	0,65	99,3
90	-1,17	-0,47	0,53	80,2
95	-1,38	-0,56	0,44	67,4
97	-1,52	-0,61	0,39	58,8
99	-1,74	-0,70	0,30	45,3
99,5	-1,84	-0,74	0,26	39,2
99,7	-1,9	-0,77	0,23	35,5
99,9	-2,02	-0,81	0,19	28,1