1.8. Теоретическое определение скорости течения воды и расходов

Для этой цели служит формула Шези, связывающая среднюю скорость равномерного течения в живом сечении русла V с продольным уклоном водотока iо, гидравлическим радиусом живого сечения R и коэффициентом С

(1.9)

Тогда расход воды будет равен

(1.10)

где – площадь живого сечения потока, м².

Для определения коэффициента С служит формула Павловского

(1.11)

где ; n – коэффициент шероховатости водотока n = (0,025…0,13).

R – гидравлический радиус, равный отношению площади живого сечения потока ω к смоченному периметру χ: R = ω/χ.

1.9. Характеристики речного стока

Величину стока характеризуют: объем и расход воды; модуль стока и модульный коэффициент; слой стока, коэффициент и норма стока.

Объем стока – это количество воды, стекающее с водосбора за определенный промежуток времени (год, сутки и т.д.). Выражается в м³ или км³.

Показатели объема стока используются при оценке водных ресурсов, составлении водохозяйственных балансов, для анализа и выявления резервов водных ресурсов. Объем стока (W) определяет водные ресурсы территории. Объем стока (W) рассчитывается по расходу воды (Q) за любой отрезок времени (t):

W = Qt, м³, а также через слой стока (У, мм) и площадь водосбора (F, км²):

W=УF10³ , м³ или W = (УF)/ 10⁶ км³.

Расходом (Q) называется количество воды, протекающее через поперечное сечение водотока в единицу времени (м³/с).

Слой стока (Уо) – количество воды, стекающее с водосбора или с поверхности данной территории за определенный период времени, соответствующее толщине слоя, равномерно распределенного по площади этой территории. Выражается в миллиметрах. Определяется для разных отрезков времени и характеристик стока с различными источниками питания. Обычно слой стока рассчитывают за год, половодье, паводок с выделением поверхностного слоя стока.

Слой стока (или высота слоя стока) это разность Уо = Нос - Е,

где Нос – среднемноголетние количество осадков, м; Е – среднемноголетняя высота слоя испарения, мм (формула пригодна для многолетнего периода).

Слой стока рассчитывается по расходу воды (мм)

, (1.12)

где Q – расход, м³/с; t – продолжительность периода, с; F – площадь водосбора, км².

Коэффициент стока – отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока. Показывает, какая часть осадков расходуется на образование стока. Коэффициент стока возрастает с увеличением количества выпавших осадков, влажности почв, интенсивности выпадения дождей и снеготаяния и уменьшается с увеличением проницаемости почв и густоты растительности.

Отношение величины дренируемого рекой подземного стока за многолетний период к атмосферным осадкам того или иного периода, выпавшим на площадь водосбора, называется коэффициентом подземного стока. Эта величина показывает какая часть осадков идет на питание подземных вод зоны интенсивного водообмена.

(1.13)

Модуль стока – количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени, л/(с∙км²)

(1.14)

Модули стока могут быть: среднегодовые Мср.год, месячные Мср. мес, с указанием месяца, высоких весенних вод Мввв, дождевых – ливневых ( или высоких летних) вод Мвлв, низких меженных, называемых бытовыми, Мб.

Среднегодовой модуль стока

(1.15)

где Qср.г – среднегодовой расход реки, м³/с; F – площадь водосбора, км² .

Норма стока – это средней многолетний расход воды Qo

(1.16)

Модульный коэффициент стока – отношение модуля стока или расхода воды рассматриваемого периода к норме этих величин

(1.17)

Этот коэффициент характеризует водность года: при Км < 1,0 – год маловодный, а при Км > 1,0 – год многоводный. Выражают его обычно в процентах обеспеченности (Р) или повторяемости (N) за определенный промежуток времени. Между обеспеченностью и повторяемостью существует связь:

при Р < 50 % или при Р > 50 % .

В табл. 1.2 приведены характеристики водности года в зависимости от обеспеченности и повторяемости модульного коэффициента стока.

При расчете характеристик речного стока главной задачей гидрологических расчетов является установление наиболее достоверной величины многолетнего среднегодового расхода – нормы стока реки для данного створа, построение кривых распределения речного стока в многолетнем разрезе и определение наибольших и наименьших расходов воды в рассматриваемом створе. При этом основными гидрологическими характеристиками являются:

• расход воды Q, м³/с;

• объем стока воды W, м³;

• модуль стока воды М, л/(с∙км²);

• слой стока воды h, мм;

• уровень воды Н, м.

Таблица1.2.

Обеспеченность и повторяемость модульных коэффициентов стока

Обеспеченность, Р ,%	Повторяемость 1 раз в N лет	Водность года
1	100	Катастрофически многоводный
3	33	Очень многоводный
5	20	Многоводный
10	10	Средне многоводный
25	4	Умеренно многоводный
50	2	Медианный
75	4	Умеренно маловодный
90	10	Средне маловодный
95	20	Маловодный
97	33	Очень маловодный
99	100	Катастрофически маловодный