МУ к практическим занятиям ч

Методические указания к выполнению практических занятий

для студентов очного и заочного обучения по направлению

656200 – «Лесное хозяйство и ландшафтное строительство»

Часть I. Гидрология, гидрометрия, гидравлика

УДК 630 651.78 (075)

Шошин, В.И. Прутской, А.В. Гидротехнические мелиорации (Часть I. Гидрология, гидрометрия, гидравлика): методические указания к выполнению практических занятий / В.И. Шошин, А.В. Прутской. – Брянск: БГИТА, 2011. – 26 с.

Методические указания позволяют студентам ЛХФ усвоить основные разделы курса ГТМ и получить практические навыки при выполнении необходимых расчетов.

Рецензент: проф. Ткаченко А.Н. (БГИТА)

Рекомендованы учебно-методической комиссией лесохозяйственного факультета

Протокол № ____от _________________________ 2011г.

Дисциплина «Гидротехнические мелиорации» изучается студентами лесохозяйственного факультета и включает в себя такие разделы как «Гидрология», «Гидрометрия», «Гидравлика», «Осушение», «Орошение», «Водоснабжение и гидротехнические сооружения».

Методические указания (состоящие из трех частей) разработаны с целью помочь студентам лучше усвоить основные разделы курса ГТМ и получить практические навыки при выполнении необходимых расчетов.

При изучении «Гидрологии, гидрометрии, гидравлики» каждый студент получает индивидуальное задание по вариантам с последующей рейтинговой оценкой знаний.

1 Определение характеристик водосбора и объема стока

Цель занятия — закрепить теоретические знания по основным показателям водосборов бассейнов и характеристикам стока.

Материальное обеспечениезанятий. топографические карты, карты стока.

Площадь, с которой стекает вода по поверхности и в толще горных пород в водоток (реку, ручей, канал), называется водосборной площадью (водосбором), Границей поверхностного водосбора служит водораздельная линия, проходящая по наиболее высоким отметкам поверхности.

Водосборы характеризуются физико-географическими и морфологическими показателями. Из морфологических показателей водосбора наиболее часто используют: площадь (А, км 2 ), длину (L, км), среднюю ширину (В, км), средний уклон склонов (Jск,?/??), среднюю высоту (Нв).

Водоток водосбора характеризуют длиной, уклоном, гидравлическими параметрами потока.

Площадь водосбора, его длина, ширина устанавливаются по топографическим картам.

Средний уклон склона определяется по формуле:

где ?h — сечение горизонталей, м;

A — площадь, км 2 ;

l — длина горизонталей, км.

Средняя высота водосбора над уровнем моря определяется по формуле:

где f₁. f₂. f_n — частные площади, заложенные между горизонталями;

h₁. h₂. h_n — средние высоты, заключенные между горизонталями, м.

К физико-географическим характеристикам водосбора, наиболее влияющим на сток, относят географическое положение, климатические условия, геологическое строение и почвы бассейна, растительный покров, озерность, заболоченность, хозяйственную деятельность человека. Данные по указанным характеристикам получают в процессе изысканий.

Относительная лесистость ( залесенность ) водосбора (%) определяется отношением лесной площади к общей площади водосбора (за исключением площади лесов на болотах).

Средневзвешенная озерность определяется по формуле:

где S_i — площадь зеркала озера, км 2 ;

A_i — площадь водосбора озера, км 2 .

Закарстованность (А_к. %), распаханность (А_п. %) водосборов определяют отношением площадей, подвергнутых указанным воздействиям, к общей площади водосбора.

Для характеристики почвогрунтов, слагающих поверхность водосбора, применяют шкалу из пяти граф по механическому составу: глинистые, суглинистые, песчаные, супесчаные и каменистые, а типы почв увязывают с рекомендациями СП 33-101-2003 (глеево-подзолистые на плотных породах, глеево-болотные оглеенные, подзолистые, серые лесные и др.)

Гидрографические характеристики водотока и водосбора определяются по новейшим топографическим картам, масштабы которых зависят от размеров водотока и водосбора. При площади водосбора менее 10 км 2 для слабо расчлененных районов используют топографические карты М 1. 10 000 в соответствии с “Руководством по определению гидрографических характеристик картометрическим способом”. Остальные показатели устанавливаются на основании проведенных специальных изысканий.

Стоком называется движение воды по поверхности и в толще горных пород в процессе ее круговорота. Выделяют поверхностный и внутрипочвенный сток. Поверхностный сток делят в свою очередь на склоновый, русловой и речной. Для выражения интенсивности и количества стока используют основные гидрологические характеристики: расход воды (Q, м 3 /с), объем стока (V, м 3 ), модуль стока (q, л/с*км 2 ), слой стока (h, мм), а также коэффициент стока (?) и модульный коэффициент (К).

Зная отдельные характеристики стока, можно определить, и другие (таблица 1).

Таблица 1 - Соотношение между основными характеристиками стока

При определении нормы стока приходится учитывать степень разрушения водотоком различных водоносных горизонтов. Среднемноголетний сток замкнутых водосборов (поверхностный и подземный водосбросы совпадают) зависит от осадков и испарения (Р и Е), а для висячих водосборов еще и от ряда других факторов, определяющих:

а) характер и размеры перераспределения климатического стока (Р и Е) на поверхностный и подземный (крутизна склонов, инфильтрационные свойства почвогрунтов, расчлененность рельефа, развитие гидрографической сети, растительность и др.);

б) степени дренированности водоносных горизонтов (глубина их залегания и расположения, характер водообмена верхних и нижних горизонтов).

В расчетах среднемноголетнего стока в нормы стока, снятые с карт, вводят поправки, учитывающие особенности водосбора (площади водосброса, рельеф, почвы, влияние леса, растительности, влияние озер, болот, физико-географических факторов).

2 Построение кривой обеспеченности расходов (уровней)

Цель занятий — закрепить знания по определению гидрологических характеристик заданной обеспеченности.

Материальное обеспечение занятий — исходные данные по характеристикам стока, клетчатки вероятности, микрокалькуляторы, персональный компьютер.

Вероятность появления в гидрологическом ряду характеристики стока, равной данному значению или больше него, принято называть обеспеченностью гидрологической характеристики. Обеспеченность выражают в %.

Эмпирическую ежегодную вероятность превышения (Pm) гидрологических характеристик СП 33-101-2003 рекомендует определять по формуле:

Pm= [m/ (n+ 1 )] ?100 %, (2.1)

где m — порядковый номер членов ряда гидрологической характеристики, расположенных в убывающем порядке;

n — общее число членов ряда.

Линия, проходящая через совокупность вычисленных значений Pm, называется эмпирической кривой обеспеченности.

Пример вычисления эмпирической обеспеченности приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Расчет обеспеченности годового стока

(р. Болва — д. Псурь, А — 3210 км 2 )

В гидрологии редко имеются данные по длительному наблюдению за стоком малых водотоков. Проектирование гидротехнических сооружений и мелиоративных систем базируется на показателях обеспеченности, располагаемых обычно за пределами эмпирически установленных. Для получения нужных значений приходится экстраполировать ход эмпирической кривой обеспеченности в областях крайних значений. Это достигается использованием теории вероятности на базе имеющейся кривой распределения. Для построения применяют асимметричную кривую Пирсона типа III или кривую трехпараметрического гамма распределения. Для ее построения нужны три параметра: среднее арифметическое значение ряда, коэффициент вариации (C_v ) и коэффициент асимметрии (C_s ). На основании уравнений кривых составлены специальные таблицы, позволяющие переходить от среднего арифметического значения (норма гидрологической величины) к значениям заданной обеспеченности на основе расчетных значений C_v и C_s (трехпараметрическая кривая) или только данных C_s (кривая Пирсона). Используя сумму?(K_i- 1) 2 гр. 9 таблицы 1 можно получить смещенное значение коэффициента вариации Cv:

где К_i — модульный коэффициент i-го года (K_i = Qi/Q);

n — число членов гидрологического ряда.

Смещенное значение коэффициента асимметрии C_s можно получить по формуле:

Расчетные значения C_v и C_s СП 33-101-2003 рекомендует определять по формулам:

Для пользования таблицами 3 и 4 необходимо знать значение коэффициента автокорреляции, определяемого по таблице 5. 5% точность нахождения C_v при вариабельности значений до 25 % обеспечивается при ряде наблюдений от 10 до 25 лет. Однако при той же точности, но коэффициенте вариации, равном 0.5 — 0.6 требуется иметь ряд продолжительностью уже в 100 — 150 лет. Ошибка коэффициента асимметрии при любом коэффициенте C_v и n?50 составляет десятки и сотни процентов, поэтому на практике коэффициент С_s определяют по соотношению с коэффициентом C_v (т.е. C_s / C_v ), используя способ подбора теоретической (аналитической) кривой и эмпирическим точкам. Для объема годового стока наиболее часто C_s / C_v = 2.0. Руководство допускает определять расчетное значение C_v по формуле 2.2, а коэффициент асимметрии C_s по формуле:

Для построения теоретической кривой обеспеченности находят значения гидрологических характеристик необходимой обеспеченности (Р = 1, 3, 5, 10, 25, 50, 50, 75, 95, 99 %).

Величину гидрологической характеристики заданной обеспеченности находят по формуле:

где М_р% — значение гидрологической характеристики заданной обеспеченности;

М — среднее значение гидрологической характеристики;

К_р% — ордината кривой гамма распределения, определяемая по специальной таблице на основании C_v. P и C_s .

Таблица 3 - Значения коэффициентов в формуле (2.4)

3 Определение расходов воды в открытых водотоках методом

поплавков, с помощью водосливов

Цель занятий — получить практические навыки по гидравлическим расчетам водотоков на основании заданного расхода, усвоить методику проведения гидрометрических наблюдений.

Материальное обеспечение занятия — микрокалькуляторы, персональный компьютер, миллиметровка.

3.1 Определение расходов воды в открытых водотоках методом поплавков

Расход воды в открытых водотоках (Q) обычно находят через живое сечение (W) и среднюю скорость потока (V) по формуле:

Живое сечение — плоскость, перпендикулярная направлению течения воды, ограниченная профилем русла и уровнем воды. В естественных водотоках живое сечение имеет обычно неправильную форму, поэтому для его определения водоток разбивают на элементарные фигуры промерами глубины через определенные расстояния (рис. 1, б). Площадь живого сечения равна сумме площадей этих элементарных фигур (треугольников, трапеций и пр.).

Рисунок 1 - Разбивка створов (а) и промеры живых сечений (б)

Скорость течения воды определяют различными способами. На небольших водотоках скорость определяют вертушками, поплавками. Ниже приводится пример определения скорости поплавками.

На водотоке выбирают прямолинейный незаросший участок без подпора воды. На выбранном участке разбивают три створа (рис. 1,а). Расстояние между крайними створами должно равняться приблизительно трех-четырех-кратной ширине реки. Кроме того, поплавок должен проходить это расстояние не менее чем за 25 секунд. Бросают на середину реки 10 поплавков или более на расстояние 1 — 2 м и выше верхнего створа, где наибольшая скорость воды. Секундомером засекают время прохождения каждого поплавка через верхний, средний и нижний створы. После этого проводят детальные промеры живых сечений на каждом створе (рис. 1, б).

Ход расчетов виден из примера.

ПРИМЕР. Определить расход воды по следующим данным: расстояние между крайними створами h = 12 м, время прохождения брошенных в воду поплавков: 32, 29,36,30,28,35,31,33,30 и 32 сек.

Среднее время t_ср. равно среднему из двух наименьших значений:

Гидрографические характеристики - это

К морфометрическим характеристикам относятся количественные показатели водных объектов и их водосборов. Морфометрические характеристики могут быть разделены на следующие группы:

• морфометрические характеристики водотоков: длина. средний уклон. координаты продольного профиля, извилистость, координаты поперечного профиля;
• морфометрические характеристики водоемов: площадь водоема, площадь водосбора, уровень воды. нормальный подпорный уровень водохранилища, средняя глубина, макс. глубина, объём озера, объём водохранилища (полный и полезный), длина, максимальная ширина и координаты батиграфических кривых (площадей и объёмов) водоема;
• морфометрические характеристики водосборов, из них основные — площадь, средняя высота, средний уклон склонов, густота речной сети, площадь замкнутых впадин, координаты гипсографической кривой, коэффициент канализованности речной сети.

Морфологические характеристики водосборо в — качественно-количественные показатели, характеризующие особенности строения водосбора. К ним относятся озерность, средняя взвешенная озерность, количество и суммарная площадь естественных сточных и бессточных водоемов, заболоченность, распаханность, лесистость, оледененность, урбанизированность, закарстованность, характер почво-грунтов, мерзлотность

Абсолютное большинство гидрографических характеристик (кроме координат поперечного профиля водотока, закарстованности и почво-грунто водосбора) определяются по топографическим картам крупного масштаба (1:10000 — 1:100000) путем проведения специальных картометрических работ. Точность получаемой с карты гидрографической информации зависит в первую очередь от масштаба, в котором составлена карта. Чем крупнее масштаб используемой карты, тем выше точность определяемых по ней гидрографических характеристик. Известно, что с переходом к картам более мелкого масштаба изменяются как качественные, так и количественные показатели гидрографических характеристик в результате отбора и обобщения изображаемых объектов. Однако использование крупномасштабных карт, обеспечивая высокую точность определяемых гидрографических характеристик, резко увеличивает объём картометрических работ. Для предварительного выбора рабочего масштаба пользуются следующей таблицей (F — площадь водосбора) : [2]

При наличии для картометрических работ привлекаются материалы более крупномасштабных и более современных чем используемые карты спутниковой и аэрофотосъемки. В последнее время для уточнения и получения многих гидрографических характеристик используются ГИС-технологии. [3]

1. ^ Руководство по определению гидрографических характеристик картометрическим способом. Ред. Л. А. Чепелкина. — Л. Гидрометеоиздат, 1986, 93 с.
2. ^ Методические указания Управлениям Гидрометслужбы № 56. Картометрические работы для получения гидрографических характеристик. — Л. Гидрометеоиздат, 1960, 97 с.
3. ^С. В. Пьянков, В. Г. Калинин. К вопросу о точности выполнения картометрических работ традиционными способами и с применением ГИС-технологий//Вопросы физической географии и геоэкологии Урала УРАЛА: Межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 2000

• Панов Б. П. Количественные характеристики речной сети // Тр. ГГИ. 1948. Вып. 4(58).
• Ржаницын Н. А. Морфологические и гидрологические закономерности строения речной сети. — Л. Гидрометеоиздат, 1960. ?238 с.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Монза (приток Костромы) — Монза Характеристика Длина 96 км Площадь бассейна 1240 км? Бассейн Каспийское море Бассейн рек Кострома > Волга Водоток … Википедия

Кара-кульджа (река) — Кара Кульджа Характеристика Длина 104 км Площадь бассейна 1300 км? Бассейн рек Карадарья … Википедия

Чон-Кемин (река) — Чон Кемин Река Чон Кемин, вид на спуске с перевала Озёрный Характеристика Длина 116 км … Википедия

Кара-Кульджа — Характеристика Длина 104 км Площадь бассейна 1300 км? Бассейн Аральское море Бассейн рек Карадарья Расположение … Википедия

РИТЭГи — РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) источник электроэнергии, использующий тепловую энергию радиоактивного распада. В качестве топлива для РИТЭГ используется стронций 90, а для высокоэнергоёмких генераторов плутоний 238.… … Википедия

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы — РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) источник электроэнергии, использующий тепловую энергию радиоактивного распада. В качестве топлива для РИТЭГ используется стронций 90, а для высокоэнергоёмких генераторов плутоний 238.… … Википедия

Ритэг — (радиоизотопный термоэлектрический генератор) источник электроэнергии, использующий тепловую энергию радиоактивного распада. В качестве топлива для РИТЭГ используется стронций 90, а для высокоэнергоёмких генераторов плутоний 238. Заброшенные… … Википедия

Ритэги — РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) источник электроэнергии, использующий тепловую энергию радиоактивного распада. В качестве топлива для РИТЭГ используется стронций 90, а для высокоэнергоёмких генераторов плутоний 238.… … Википедия

ГКИНП 02-121-79: Руководство по дешифрированию аэроснимков при топографической съемке и обновлении планов масштабов 1:2000 и 1:5000 — Терминология ГКИНП 02 121 79: Руководство по дешифрированию аэроснимков при топографической съемке и обновлении планов масштабов 1:2000 и 1:5000: 7.8.43. «Кусты» свай в воде остатки свайных мостов, некоторых плотин и других сооружений на реках с… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Порты и транспортные терминалы. Ботвинов В. Ф. Курс лекций разработан в соответствии с учебным планом, рабочей программой по дисциплине «Порты и транспортные терминалы» и предназначен для студентов специальности 190701.65 «Организация… Подробнее Купить за 300 руб

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАСТРОВОЙ МОДЕЛИ ПРИ РАСЧЕТЕ ГИДРОГРАФИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

1. Калинин В.Г. Пьянков С.В. Гидрография. Определение гидрографических характеристик рек и их водосборов с применением цифрового картографического моделирования: учеб. пособие. Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, 2013. – Ч. II. – 71 с.

2. Kalinin V.G.,P'jankov S.V. Gidrografija. Opredelenie gidrograficheskih harakteristik rek i ih vodosborov s primeneniem cifrovogo kartograficheskogo modelirovanija: ucheb. posobie. Perm. gos. nac. issl. un-t. – Perm', 2013. – Ch. II. – 71 s. (In Russian).

3. Погорелов А.В. Думит Ж.А. Рельеф бассейна р. Кубани: морфологический анализ. – М. ГЕОС, 2009. – 208 с.

4. Pogorelov A.V. Dumit Zh.A. Rel'ef bassejna r. Kubani: morfologicheskij analiz. – M. GEOS, 2009. – 208 s. (In Russian).

5. Пьянков С.В. Калинин В.Г. Гидрография. Создание цифровых моделей рельефа для определения гидрографических характеристик рек и их водосборов: учеб. пособие. Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь, 2014. – Ч. 1. – 63 с.

6. P'jankovS.V. KalininV.G. Gidrografija. Sozdaniecifrovyhmodelejrel'efadljaopredelenijagidrograficheskihharakteristikrekiihvodosborov: ucheb. posobie. Perm. gos. nac. issled. un-t. – Perm', 2014. – Ch. 1. – 63 s. (In Russian).

7. Руководство по определению гидрографических характеристик картометрическим способом. Л. Гидрометеоиздат, 1986. – 92 с.

8. Rukovodstvo po opredeleniju gidrograficheskih harakteristik kartometricheskim sposobom. L. Gidrometeoizdat, 1986. – 92 s. (In Russian).

9. Яковченко С.Г. Создание геоинформационных систем в инженерной гидрологии: дис. д-ра техн. наук. Барнаул, 2007. 406 с.

10. JakovchenkoS.G. Sozdanie geoinformacionnyh system v inzhenernoj gidrologii: dis. d-ratehn. nauk. Bar-naul, 2007. 406 s. (In Russian).

11. Gyasy-Agyei Y. Wilgoose G.R. and De Troch P.P. Effects of vertical resolution and map scale of digital elevation models on geomorphological parameters used in hydrology, Hydrol. Processes, 1995, v.9, pp 363–382.

12. ПО «ArcGIS Spatial Analyst» [Электронныйресурс]. URL:http://dataplus.ru/ products/spatialanalyst/ detail/review.

Для цитирования: Пьянков С.В. Калинин В.Г. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАСТРОВОЙ МОДЕЛИ ПРИ РАСЧЕТЕ ГИДРОГРАФИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ. Материалы Международной конференции «ИнтерКарто/ИнтерГИС». 2015;1(21):282-288.

For citation: Pyankov S.V. Kalinin V.G. DETERMINATION OF OPTIMAL PARAMETERS OF RASTER MODELS IN CALCULATING THE HYDROGRAPHIC CHARACTERISTICS OF WATER BODIES. Proceedings of the International conference “InterCarto/InterGIS”. 2015;1(21):282-288. (In Russ.)

• Обратные ссылки не определены.

ISSN 2414-9179 (Print)
ISSN 2414-9209 (Online)

Gpedia, Your Encyclopedia

Гидрографические характеристики — совокупность морфометрических и морфологических характеристик водных объектов и их водосборов. дающих достаточно полное представление о характере, форме, размерах, протяженности водных объектов и некоторых физико-географических особенностях их водосборов. [1]

Морфометрические и морфологические характеристики

• морфометрические характеристики водотоков: длина. средний уклон. координаты продольного профиля, извилистость, координаты поперечного профиля;
• морфометрические характеристики водоемов: площадь водоема, площадь водосбора, уровень воды. нормальный подпорный уровень водохранилища, средняя глубина, макс. глубина, объём озера, объём водохранилища (полный и полезный), длина, максимальная ширина и координаты батиграфических кривых (площадей и объёмов) водоема;
• морфометрические характеристики водосборов, из них основные — площадь, средняя высота, средний уклон склонов, густота речной сети. площадь замкнутых впадин, координаты гипсографической кривой, коэффициент канализованности речной сети.

Морфологические характеристики водосборо в — качественно-количественные показатели, характеризующие особенности строения водосбора. К ним относятся озерность, средняя взвешенная озерность, количество и суммарная площадь естественных сточных и бессточных водоемов, заболоченность, распаханность, лесистость. оледененность, урбанизированность, закарстованность, характер почво-грунтов, мерзлотность

Определение гидрографических характеристик

Абсолютное большинство гидрографических характеристик (кроме координат поперечного профиля водотока, закарстованности и почво-грунто водосбора) определяются по топографическим картам крупного масштаба (1:10000 — 1:100000) путём проведения специальных картометрических работ. Точность получаемой с карты гидрографической информации зависит в первую очередь от масштаба, в котором составлена карта. Чем крупнее масштаб используемой карты, тем выше точность определяемых по ней гидрографических характеристик. Известно, что с переходом к картам более мелкого масштаба изменяются как качественные, так и количественные показатели гидрографических характеристик в результате отбора и обобщения изображаемых объектов. Однако использование крупномасштабных карт, обеспечивая высокую точность определяемых гидрографических характеристик, резко увеличивает объём картометрических работ. Для предварительного выбора рабочего масштаба пользуются следующей таблицей (F — площадь водосбора). [2]

При наличии для картометрических работ привлекаются материалы более крупномасштабных и более современных чем используемые карты спутниковой и аэрофотосъемки. В последнее время для уточнения и получения многих гидрографических характеристик используются ГИС-технологии. [3]

1. ↑ Руководство по определению гидрографических характеристик картометрическим способом. Ред. Л. А. Чепелкина. — Л. Гидрометеоиздат, 1986, 93 с.
2. ↑ Методические указания Управлениям Гидрометслужбы № 56. Картометрические работы для получения гидрографических характеристик. — Л. Гидрометеоиздат, 1960, 97 с.
3. ↑С. В. Пьянков, В. Г. Калинин. К вопросу о точности выполнения картометрических работ традиционными способами и с применением ГИС-технологий//Вопросы физической географии и геоэкологии Урала УРАЛА: Межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 2000

• Панов Б. П. Количественные характеристики речной сети // Тр. ГГИ. 1948. Вып. 4(58).
• Ржаницын Н. А. Морфологические и гидрологические закономерности строения речной сети. — Л. Гидрометеоиздат, 1960. −238 с.

The article is a derivative under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. A link to the original article can be found here and attribution parties here. By using this site, you agree to the Terms of Use. Gpedia Ⓡ is a registered trademark of the Cyberajah Pty Ltd.