10. 5 Знаходження норми стоку
Норма стоку є вихідною величиною при гідрологічних і водогосподарських розрахунках. Точність визначення норми стоку залежить від довготривалості ряду спостережень і від мінливості стоку річки. При наявності даних спостережень за стоком норма стоку визначається як середнє арифметичне значення середньо річних витрат Qі за період спостережень n, тобто
,
(10.
5)
де
- сума – середніх річних витрат води за
період n років.
У випадку, якщо спостереження в створі у якому планується будівництво водогосподарського об’єкту (водосховища, гідроелектростанції чи ін.) відсутні, а це має місце практичне завжди, то можливі два способи знаходження норми стоку.
При одному з них використовуються дані про стік у вище чи нижче розташованому створі на цій же річці, на якому велися спостереження, цей метод називається методом гідрологічної аналогії. Згідно з цим методом норма стоку, яку необхідно знайти визначається за формулою:
,
(10. 6)
де
,
Fa – відповідно, норма стоку і
площа водозбору річки – аналога;
F - площа водозбору до розрахункового перерізу на річці з запланованим об’єктом використання води.
При другому способі, при якому є спостереження за стоком в створах, розташованих вище і нижче того, що розглядається, норма стоку визначається за формулою:
Q =
+ (
-
)
,
(10. 7)
де і , Fв і Fн- відповідно норми стоку і водозбірні площі для верхнього і нижнього створів;
, F – відповідно, норма стоку і площа водозбору для розрахункового водозбору.
Останній метод можна застосувати і у випадку, коли є дані про стік на сусідній річці, яка знаходиться в аналогічних умовах.
Ізолінії – це лінії рівного значенні модулів стоку нанесені на географічну карту.
При проектуванні водогосподарських об’єктів на річці необхідно знати не тільки середню величину, тобто норму стоку за багаторічний період, а і межі коливання річних значень стоку, що важливо для експлуатації гідроспоруд. Очікувані коливання стоку встановлюються на підставі закономірностей зміни стоку за період попередніх спостережень. Коливання стоку мають випадковий характер, а тому встановлюються за допомогою методів математичної статистики.
Якщо дані спостережень за стоком в загалі відсутні, або недостатні тоді норму стоку приймають наближено по карті ізоліній модулів стоку. (рис. 10. 2).
Рис. 10. 2 Середні багаторічні модулі стоку М річок України л / с∙км2.
Найбільш важливою статистичною характеристикою ряду спостережень є забезпеченість норми стоку. Вона показує, що норма стоку, рівна значенню любого члена ряду спостережень або перевищуюча його, спостерігалась стільки раз, скільки членів ряду знаходяться вище взятої норми стоку, включаючи і цю норму стоку. Для цього норми стоку за наявний період спостережень розташовують в порядку. зменшення Хай маємо спостереження за 20 років, що складає 100 %, тоді кожен рік, по відношенню до всього періоду складе 5 %. Таким чином, найбільша норма стоку за період спостережень має забезпеченість 5 %, слідуюча норма стоку 10 %, а остання 100 %. Таким чином, забезпеченість любого члена ряду визначається за формулою:
,
(10.
8)
де
–
кількість всіх членів ряду;
- порядковий номер цього члена в ряду,
в якому норми стоку розташовані в порядку
що зменшується.
Графічно це ілюструється на рисунку 10. 3.
Рис. 10. 3 Ступенева діаграма (1) і крива (2) забезпеченості середньорічних витрат води.
Забезпеченість показує довжину періоду
в процентах від загальної кількості
років спостережень на протязі якого в
річці спостерігається норма стоку,
рівна і вище даної норми стоку. Наприклад,
норма стоку
показує, що в 75 % випадків із 100 витрата
води не може опинитися меншою і відповідно
в 25 % випадків із 100 ці значення будуть
меншими
.
Вище описана крива забезпеченості (рис. 8) є емпіричною і характеризує коливання стоку за наявний період спостережень, але при гідрологічних розрахунках часто виникає необхідність подовження цього ряду, для чого існує певний математичний апарата на підставі якого отримується теоретична крива забезпеченості.
Для знаходження ординат теоретичної кривої забезпеченості необхідно знати три числових параметри:
1) Середнє значення ряду
Середнє значення ряду визначається за формулою:
,
(10. 9)
де Хі - окремі значення величин;
n - кількість всіх членів ряду.
2) Коефіцієнт варіації.
Коефіцієнт варіації Сv (мінливість) є мірою мінливості ряду, тобто характеризує ступінь відхилення значень членів ряду спостережень від середнього значення ряду і яка визначається за формулою:
,
(10. 10)
де Кі =
–
модульний коефіцієнт;
Х1 – поточне значення величини;
- середнє значення величини;
n - кількість всіх членів ряду.
3) Коефіцієнт асиметрії.
Коефіцієнт асиметрії Сs – характеризує асиметричність розподілу витрати і визначається за формулою:
.
(10. 11)
Значення розрахункових витрат води певної забезпеченості встановлюється по теоретичній кривій забезпеченості.
Таким чином, розрахунок гідрологічних параметрів водного потоку доз