Гидрограф реки. Расчет характеристик стока

Цельработыприобретение навыков обработки материалов опубликованных в «Гидрологических ежегодниках», проведение анализа водного режима и расчет стоковых характеристик, а также оценки основных источников питания

Работа состоит из следующих заданий:

1. Выбор гидрологического поста и составление его описания.

2. Построение и анализ гидрографов уровней и стока реки. Определение типа водного режима реки по классификации Б.Д. Зайкова.

3. Расчленение гидрографа стока по типам питания. Оценка величины каждого типа питания водотока. Определение типа питания реки по классификации М.И.Львовича.

4. Расчет основных характеристик стока реки.

Задание 1: Выбор гидрологического поста и составление его описания

«Гидрологический ежегодник» (с 1979 г. именуемый «Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши») имеет «Схему расположения гидрологических постов», что определит Ваш выбор гидрологического поста, обозначенный на карте полностью затушеванным треугольником. Рекомендация. Гидрологический пост желательно выбирать вне районов высокогорий или вне влияния подпора водоприёмного объекта, так как расчленение гидрографов стока горных и зарегулированных рек представляет значительные трудности даже для опытных специалистов.

Необходимые сведения приведены в таблицах «Уровень воды» и «Расходы воды», «Расходы взвешенных наносов»

Рекомендация. В верхнем правом углу таблицы «Расход воды» для Вашего поста символом F обозначена площадь водосбора в километрах квадратных (кв. км, км²). Для наглядности графической работы лучше выбирать пост с площадью водосбора менее 20 тыс. км².

При составлении «Описания гидрологического поста» приводится информация о его положении согласно вышеуказанным «Схемам…», а также «Алфавитному списку…», где точно указано, какому бассейну принадлежит рассматриваемый водоток и с какого берега он впадает в главную речную систему. В работе в произвольном масштабе составляется небольшая схема, характеризующая географическое местоположение гидрологического поста.

Пример: Для р.Осы - с.Оса район работ представлен на рисунке. 6:

Характеристика гидрологического поста базируется на данных, приведенных в таблице «Список постов на реках и каналах, сведения по которым помещены в настоящем выпуске». В разделе «Дополнения к ранее опубликованным описаниям» также можно найти информацию для Вашего поста, но не во всех изданиях. Полные описания гидрологических постов публикуются раз в 10 лет, в «Гидрологических ежегодниках» за 1940, 1950, 1960, 1970 годы и т.д.

Рисунок 6. Район исследований

К работе над разделом «Описание гидрологического поста» можно привлечь дополнительную информацию как в целом для выбранной Вами реки, так и для ее участка. Это может быть описание, взятое на самом гидрологическом посту, в библиотеке регионального УГКС, публичных, либо научных библиотеках, экспедиционных отчетах. А может, это будут личные полевые наблюдения будущего специалиста-гидролога. Возможно, Вы выберете рядом расположенный с местом Вашего проживания водоток. Тогда описываемый раздел можно украсить фотографиями. Причем интереснее, если они будут сделаны в разные фазы водности реки с одной точки (например, с обрыва).

Задание 2: Построить и проанализировать гидрографы уровней и стока реки. Определить тип водного режима реки по классификации Б.Д. Зайкова.

Гидрографом уровней или стока реки называется хронологический график колебаний основных гидрологических характеристик во времени. Исходными данными для построения гидрографа являются сведения об ежедневных уровнях и расходах воды, помещенные в таблицах «Уровень воды» и «Расходы воды» (пример в таблицах 5,6,7). Особое внимание следует обратить на условные знаки справа от цифр в таблице «Уровень воды». Эти знаки отражают ледовые явления, происходящие на водном объекте:

Условный знак	Явление	Условный знак	Явление	Условный знак	Явление
)	забереги	*	редкий шугоход	Z	несплошной ледостав
:	сало	III	средний, густой шугоход	T	водная растительность
x	редкий ледоход	I	ледостав	L	лесосплав
Л	средний, густой ледоход	↑Л	ледоход поверх льда	I;	ледостав с торосами

Более детальные разъяснения можно найти в пояснительной части перед таблицей «Уровень воды».

Рекомендация. В старых «Гидрологических ежегодниках» имеется таблица «Измеренные расходы воды». Не перепутайте ее с таблицей «Расход воды». При построении гидрографов уровней и расходов воды используются данные таблиц «Уровень воды» и «Расход воды», как показано в качестве примера для р. Осы - с. Оса за 1978 г. в таблицах 5,6.

Гидрограф уровней, расходов воды и наносов строится на миллиметровой бумаге. Горизонтальный масштаб – временной (365 дней). Выбор вертикального масштаба диктуется амплитудой уровня и расхода воды, информацию о которых можно найти внизу таблиц.

Рекомендация. Длина вертикальной оси не должна превышать 20 см. На график последовательно наносятся среднесуточные уровни, расходы воды и наносов с 1 января по 31 декабря, точки соединяются плавной линией.

Рекомендация. Гидрограф уровней вычерчивается синим цветом, гидрограф расходов воды – красным, гидрограф взвешенных наносов - зеленым.

Сверху гидрографов, посередине листа, выполняются следующие надписи: название реки, пункт наблюдений, ниже – год наблюдений. Ниже, справа, подписывается площадь водосбора. Чуть ниже площади водосбора, в рамочке, приводятся условные знаки кривых (рисунок 7).

Ледовые явления изображаются на гидрографах условными знаками: ледостав – сплошной прямой линией шириной 4 мм, густой ледоход – сплошной линией шириной 3 мм, редкий ледоход – сплошной линией шириной 2 мм, густой шугоход – в виде гребенки с высотой зубьев 4 мм, редкий шугоход – в виде гребенки с высотой зубьев 2 мм, забереги – двумя параллельными линиями на расстоянии 4 мм друг от друга.

Рекомендация. Длина линий равна продолжительности данного ледового явления в днях и не должна пересекать гидрографы.

Анализ гидрографов включает выделение по ним основных фаз водного режима реки. Основными (характерными) периодами (фазами) в режиме реки являются: 1) половодье, 2) паводки и 3)межень.

Пример: На р.Осе - с.Оса с 1 января по 1 апреля 1978 г. (рисунок 7) наблюдается период зимней межени, характеризующийся общим спадом стока, обусловливающим истощение подземных вод. Уровень воды в этот период колеблется незначительно.

С 1 апреля по 22 мая – половодье, отличающееся тремя последовательными пиками (волнами). Основной источник питания – талые снеговые воды. Максимальные расходы воды отмечаются одновременно с максимальными уровнями.

С 22 мая по 24 июня – межпаводочный период, характеризующийся спадом уровней и расходов воды.

С 24 июня по 11 июля – летний паводок, резкое повышение уровней и расходов воды, обусловленное выпадением летних осадков значительной интенсивности.

11 июля – 19 июля – летняя межень, питание реки осуществляется преимущественно подземными водами.

19 июля – 26 июля – кратковременный летний паводок, связанный с выпадением летних осадков.

27 июля – 19 октября – летне-осенняя межень. Периоды низкой водности чередуются с незначительными повышениями уровней и расходов воды вследствие выпадения осадков.

С 19 октября река вступает в фазу зимней межени, характеризующуюся истощением

подземных вод и, как следствие, плавным уменьшением расходов воды. Что касается уровней воды, то, начиная с 12 ноября, происходит их рост, связанный с развитием ледовых явлений на реке.

Определение типа реки по характеру водного режима согласно классификации Б.Д.Зайкова, разработанной для территории бывшего СССР. Согласно Б.Д.Зайкову все реки разделяются на три группы:

I - реки с весенним половодьем;

II – реки с половодьем в теплую часть года;

III – реки с паводочным режимом в течение всего года.

Пример: Согласно классификации Б.Д.Зайкова р.Оса (с.Оса) относится к первой группе рек восточносибирского типа.

Задание 3: Расчленить гидрограф стока по типам питания. Оценить величину каждого типа питания водотока. Определить тип питания реки по классификации М.И.Львовича

Существует целый ряд способов расчленения гидрографов. Наиболее распространенными являются методы, разработанные Б.Д.Поляковым и Б.И.Куделиным со срезкой доли подземного питания на нуль в период прохождения пика весеннего половодья. Предполагается, что уменьшение подземного стока происходит в результате гидростатического давления речных вод на грунтовые, что приводит к фильтрации речных вод в аллювий долины. Предложены и гидрохимические методы определения доли подземного питания в общем объеме годового стока реки.

Простейший способ расчленения гидрографа стока продемонстрируем на примере р.Осы – с. Оса (рисунок 7). При выделении подземной составляющей производится соединение на гидрографе плавными линиями точек минимального расхода предвесеннего периода и всех частных минимумов меженного периода в промежутках между паводками (пунктирная линия). Часть гидрографа под линией AB относится к подземному стоку. Хотя при таком способе и не учитываются особенности режима стока подземных вод в реки, он позволяет приближенно дать оценку подземному питанию реки. Далее выделяем долю снегового питания (точки CDF на рисунке 2) – это часть гидрографа между кривыми подъема и спада стока весеннего половодья до кривой AB. К дождевому питанию (точки FEGHI) относится оставшаяся часть гидрографа стока. Каждый тип питания заштриховывается как показано на рисунке 7.

Затем:

1) планиметром либо палеткой определяется площадь всего гидрографа стока, поверхностного снегового и подземного стока;

2) рассчитывается площадь дождевого стока (вычитаем из площади гидрографа площадь снегового и подземного стока);

3) оценивается в процентах доля каждого типа питания реки по отношению к годовому стоку;

4) определяется тип питания реки по классификации М.И.Львовича.

Таблица 5

Уровень воды, см