1. Определение средней многолетней величины (нормы) годового стока при наличии данных наблюдений.
Нормой гидрологической величины называется среднее арифметическое значение характеристик гидрологического режима за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное среднее значение существенно не меняется. Ряд наблюдений должен быть однородным, репрезентативным и достаточным. Однородность ряда может быть нарушена строительством плотины на реке, больших мелиоративных систем, вырубкой леса сразу на большой площади водосбора и т.д. Репрезентативность или представительность ряда выявляется по значениям построением интегральной кривой с помощью которой из многолетнего ряда наблюдений исключаются не полные циклы водности. Цикл - сочетание многоводных, маловодных и средних по водности лет. Включение в расчетный период одной многоводной фазы дает преувеличение, только маловодной преуменьшение норм стока. Год является многоводным если значение среднего расхода больше нормы стока. Год является маловодным, если значение среднегодового расхода меньше нормы стока. При наличии длительных (50-80 лет наблюдений) и неизменных физико-географических и хозяйственных условий, а также если период наблюдений включает не менее двух полных циклов, колебаний водности режима, тогда величина среднего многолетнего стока вычисляется по формуле:
Q0=∑Qi/n, где (1)
Qi – среднегодовой сток за i-тый год, n-число лет наблюдений (для уменьшенного объема расчетов, период сокращен до 10 лет).
Q0=
= 91,93м3/с.
Определили среднюю многолетнюю величину годовых расходов реки Клязьма по данным с 1972 по 1981 год (10 лет).
Расход воды - объем воды, протекающий через живое сечения потока в единицу времени. Полученную норму в виде среднего многолетнего расхода воды требуется выразить через другие характеристики стока: модуль, слой объем и коэффициент стока.
Модуль стока - количество воды, стекающее с единицы площади водосбора в единицу времени.
Средний многолетний модуль стока можно вычислить по соотношению:
M0=Q0·103/F, где (2)
F - площадь водосбора (км2)
M0= 91,93·1000/14300 = 6,428л/c·км2.
Объем стока - объем воды, стекающий с водосбора за какой-либо интервал времени.
Вычислить средний многолетний объем стока за год можно по формуле:
W0=Q0·T, где (3)
T - число секунд в году (31,54·106 c)
W0=91,93·31,54·106 = 2899,47·106 м3.
Слой стока - количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени равный толще слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора
Средний многолетний слой стока вычисляется по зависимости:
h0= W0/(F·103); (4)
h0= (2899,47·106)/(14300·103) = 202,76 мм/год.
Коэффициент стока - относительная величина (объема или слоя стока) к количеству выпавших осадков на площади водосбора осадков, обуславливающих возникновение стока.
Средний многолетний коэффициент стока вычисляется:
α0=h0/x0; (5)
α0 = 202,76/691 = 0,293 , где
x0 – средняя многолетняя величина осадков в год (мм).
2. Определение коэффициента изменчивости (вариации) годового стока.
Коэффициент изменчивости Сν характеризует отклонение стока за отдельные годы от нормы стока:
Сν=δq/Q0; (6)
δq=
, где (7)
δq - среднее квадратичное отклонение годовых расходов от нормы стока. Если n<30, то
δq=
;
(8)
Если сток за отдельные годы выразить в виде модульных коэффициентов K=Qi/Q0, то
Сν=
(9)
и при n<30
Сν=
,
(10)
то составляем таблицы для подсчета Сν годового стока реки Мокша.
Таблица 1 - Данные для подсчета Сν
№ |
Годы |
Годовые расходы м3/c |
K |
k-1 |
(k-1)2 |
1 |
1972 |
66,6 |
0,720 |
-0,280 |
0,0784 |
2 |
1973 |
76,0 |
0,820 |
-0,180 |
0,0324 |
3 |
1974 |
95,5 |
1,039 |
0,039 |
0,0015 |
4 |
1975 |
62,4 |
0,679 |
-0,321 |
0,1030 |
5 |
1976 |
78,1 |
0,850 |
-0,150 |
0,0225 |
6 |
1977 |
89,7 |
0,976 |
-0,024 |
0,0006 |
7 |
1978 |
101,0 |
1,099 |
0,099 |
0,0098 |
8 |
1979 |
114,0 |
1,240 |
0,240 |
0,0576 |
9 |
1980 |
133,0 |
1,447 |
0,447 |
0,1998 |
10 |
1981 |
103,0 |
1,120 |
0,120 |
0,0144 |
∑ |
|
919,3 |
10,000 |
0,000 |
0,5200 |
Коэффициент изменчивости Сν годового стока реки Клязьма:
Сν=
=0,24
Относительная средняя квадратичная ошибка средней многолетней величины годового состояния реки Мокша за период с 1972 по 1981 года равна:
εQ
=
·100%; (11)
εQ
=
·100%
= 7,59% <10%
Относительная средняя квадратичная ошибка коэффициента изменчивости Сν при его определении методом моментов равна:
εсν=
·100%; (12)
εсν=
·100%
= 22,5% ˃ 10%.
Вывод - εсν больше допустимой ошибки, значит ряд наблюдений недостаточен, необходимо его удлинить.