Меню

95 процентная обеспеченность реки это

Определение минимальных расходов различной обеспеченности при наличии гидрометрических наблюдений

Определение стока маловодных лет и минимальных расходов весьма важно как при использовании рек в естественном состоянии так и при регулировании рек для ряда отраслей водного хозяйства-гидроэнергетики, судоходства, водоснабжения и орошения.

Для определения минимальных расходов воды рек используются данные наблюдений по стоку за зимний и летне-осенний сезоны. При этом под летне-осенним сезоном понимается период от конца весеннего половодья до начала ледовых явлении на реках рассматриваемой территории; за зимний сезон принимается период от начала появления ледовых явлений на реках до начала весеннего половодья. В случае отсутствия ледовых явлений за зимний сезон принимается период от средней даты устойчивого перехода температуры воздуха через 0° в сторону понижения до начала весеннего половодья.

Основной расчетной характеристикой является минимальный средний месячный расход воды, наблюдающийся в меженный период зимнего или летне-осеннего сезона. В случае если меженный период является коротким (меньшим двух месяцев) или прерывистым (состоит из нескольких периодов, разделенных паводками), вместо среднего месячного расхода воды используется средний расход воды за 30 суток с наименьшим стоком (не календарный месяц).

Он определяется следующим образом: строятся гидрографы стока исследуемой реки за каждый год за весь период наблюдений (необходимость такого построения определяется сложностью режима стока реки, что устанавливается путем анализа таблиц ежедневных расходов воды); на гидрографе определяется участок с наименьшими расходами воды в данном сезоне продолжительностью 30 суток и по таблицам ежедневных расходов воды производится подсчет среднего расхода воды за выбранный период.

В случае если для рек данного района характерно наличие длительного меженного периода, прерываемого только в многоводные годы значительными паводками, т.е. когда меженный период является коротким, вместо 30-дневного периода в такие годы используется и более короткий период, но не менее 25-23 суток, чтобы исключить влияние паводков. Если длительные беспаводочные периоды наблюдаются редко, в расчет вводится величина минимального стока, определенная за 23-30 суток с наименьшим стоком. Такой режим характерен для рек с коротким и неустойчивым меженным периодом. Длительность периода минимального стока определяется величиной паводков, предшествующих периоду наименьшего стока и следующих за ним.

Средний за период наблюдений минимальный расход воды определяется как среднее арифметическое из имеющегося ряда фактических данных о стоке. При этом в случае определения минимального 30-дневного расхода воды средняя величина рассчитывается независимо от того, имеются в ряду наблюдений только 30-дневные величины или с сокращенным периодом — 25-23-дневные. Средняя многолетняя величина минимального стока считается достаточно надежной, если ее средняя квадратическая ошибка σn, определяемая по формуле , составляет не более ±15%. Если значение σn превышает допустимую величину, необходимо удлинить ряд наблюдений методом аналогии. При выборе реки-аналога используются гидрогеологические описания и карты изучаемого района, а также карты районов для определения минимального стока на малых реках. При отсутствии аналога расчет производится по методу определения минимального стока на реках с отсутствием гидрометрических наблюдений.

Наиболее обоснованными являются карты Л. Н. Попова (рис 4.1 и 4.2), составленные им для среднемесячных минимальных летних и зимних модулей стока. Картами можно пользоваться при предварительных расчетах для площадей бассейнов более 2000 км 2 . Средняя ошибка при определении минимального стока, по мнению автора, равна ±12,0-14%. При сложных геологических условиях эта ошибка может оказаться значительно большей.

При достаточном ряде наблюдений можно составить кривые обеспеченности. Для пересыхающих рек М. Э. Шевелев рекомендует принимать Cs min =0 (для рек южной полосы и рек малых бассейнов), а для бассейнов, покрытых растительностью, Cs min = =2Cυ min . Для пересыхающих рек рекомендуется принимать Cs min от 2Cυ min до ЗCυ min . В зависимости от величины Cυ годового стока Cs min принимают от 1,5 Cv до 2 Cv.

При недостаточном ряде наблюдений производят удлинение этого ряда по реке-аналогу. При кратковременных наблюдениях (один -два года) в правильности выбора аналога убеждаются определением в хронологическом порядке отношения расходов грунтового питания Qa реки-аналога и расходов Q рассматриваемой реки:

Если в течение нескольких месяцев эти отношения постоянны или близки между собой, то условия грунтового питания обеих рек считают одинаковыми.

.

Рис. 4.1. Изолинии среднемесячных минимальных модулей стока за летний период, л/сек·см² (по Л. Н. Попову)

Тогда при определении минимумов расчетной обеспеченности поступают следующим образом:

1) для тех месяцев, у которых определялись указанные коэффициенты К, определяют средний из среднемесячных для расчетного створа расход Qp и средний расход Qa реки-аналога;

2) вычисляют по Qcp, Cv и Cs минимальные месячные расходы расчетной обеспеченности реки-аналога, например, Q95% и Q97% ;

3) берут отношения

Расчетные минимальные месячные расходы в рассматриваемом створе определяют при помощи полученных величин Qp и коэффи­циентов С95% и C97%:

Читайте также:  Зависимость скорости течения от рельефа реки ганг

Рис. 4.2. Изолинии среднемесячных минимальных модулей стока за зимний период, л/сек·км 2 (по Л. Н. Попову)

Если по расчетному створу имеется два-три года наблюдений над минимальным стоком, то указанным способом определяют Q95% и Q97% для каждого года в отдельности и в качестве расчетного для каждой обеспеченности принимают средний из расходов, установленных за эти годы.

Минимальные расходы воды расчетной обеспеченности определяются методом, аналогичным определению средних годовых расходов. Построение кривых обеспеченности производится отдельно для зимнего и летне-осеннего периодов. Если в составе ряда минимальных расходов воды имеются нулевые значения вследствие пересыхания или промерзания реки, величина Cv определяется графо-аналитическим способом по эмпирической кривой обеспеченности.

Пример 4.1.Определить минимальные средние месячные расходы воды на р. Печа у д. Падун (Кольский полуостров) в зимний и летне-осенний сезоны, обеспеченные на 90%. Сведения о стоке исследуемой реки имеются с 1933 по 1965 г. Анализ водного режима реки показывает, что в зимний сезон меженный период является продолжительным и устойчивым, в то время как в летне-осенний сезон он довольно часто нарушается дождевыми паводками, являясь прерывистым или коротким. Поэтому в зимний сезон используется величина минимального расхода воды, среднего за календарный месяц, а в летне-осенний сезон в многоводные годы производится сдвижка по времени и, вместо календарного среднего месячного, используется средний расход воды за 30 суток с наименьшим стоком. Результаты произведенной выборки минимальных средних месячных (30-дневных) расходов воды за зимний и летне-осенний сезоны приведены в таблица 4.1.

Минимальные средние месячные (30-дневные) расходы воды р. Печау д. Падун

№ п/п Год Q зимний м³/сек Q летний м³/сек № п/п Год Q зимний м³ /сек Q летний м³/сек
5,34 9,42 2,65 6,82
3,30 13,9 2,16 16,6*
4,10 15,1 4,49 19,0*
3,23* 9,15* 3,47 9,32
2,75 4,36 3,55 11,6*
2,60 14,2* 4,02 9,68
i 3,70 7,70 * 2,62 9,79*
3,50 23,1 * 3,43 16,8*
3,58 9,64 3,79 10,5
2,08 6,56 3,77 14,4
3,02 21,1 * 2,98 5,71
4,53 20,3 1,70 17,7
4,03 7,29 * 3,64 15,8
3,90* 13,8* 3,81 12,3
2,77 15,4 4,10 11,1
2,52 16,2* 3,87 29,8
4,97 16,0

* Расход воды, определенный со сдвижкой по времени, т. е. за период наименьшего стока продолжительностью 30–23 дня.

Исходя из данных этой таблицы, для зимнего сезона получаем следующие параметры, необходимые для построения кривой обеспеченности: Q=3,45 м³/сек, Cv=0,23 при σn=4,8%. Эмпирическим точкам соответствует теоретическая кривая при Cs = 2Cv. Тогда искомая величина Q90% будет равна 2,4 м 3 /сек.

В летне-осенний сезон величина среднего многолетнего минимального 30-дневного расхода воды составляет 13,3 м 3 /сек, что на 14% меньше величины, определенной по календарным месяцам без сдвижки по времени. Значения других параметров следующие: Сv = 0,41; σn=7,1%, т.е. в пределах допустимой ошибки. Эмпирической кривой, построенной на клетчатке вероятности, наиболее соответствует теоретическая биномиальная кривая при Сs = 2Сv. Искомая величина минимального 30-дневного расхода воды обеспеченностью 90% составляет 6,94 м 3 /сек.

Пример 4.2.

Определить минимальные средние месячные расходы воды в зимний и летне-осенний сезоны, обеспеченные на 5, 15, 25, 75, 90, 99 %. Сведения о стоке исследуемой реки имеются с 1963 по 1995 г. Результаты произведенной выборки минимальных средних месячных (30-дневных) расходов воды за зимний и летне-осенний сезоны приведены в таблица 4.2.

Минимальные средние месячные (30-дневные) расходы воды реки

Источник

Понятие обеспеченности

В практике водохозяйственой деятельности используется несколько понятий обеспеченности, учитываемых при выполнении расчетов водохозяйственных балансов. Это обеспеченность стока и обеспеченность потребления. Обеспеченность стока это количество лет в процентах от расчетного, в течение которых объем стока реки не ниже расчетного. Так, обеспеченность по стоку Р = 75 % означает, что в течение 75 лет из 100 требуемый объем стока будет обеспечен.

С учетом обеспеченности по стоку водохозяйственные балансы составляются для среднего по водности года с обеспеченностью стока Р = 50 %, среднезасушливых лет Р = 75 % и острозасушливых лет по стоку Р = 95 %.

Расчетная обеспеченность водопотребления характеризуется вероятностью ежегодного превышения расхода, то есть числом лет, выраженным в процентах, в течение которых водопользователь полностью и бесперебойно обеспечивается водой в условиях регулирования стока /4/. Обеспеченность водопотребления характеризует не только гидрологический режим водного объекта, носящий вероятностный характер, но и экономический смысл водопотребления конкретного водопользователя. Экономический смысл этого понятия заключается в том, что, используя реку в естественном состоянии, или располагая водохранилищем определенной емкости, мы можем на протяжении определенного периода обеспечить бесперебойное удовлетворение водопотребления лишь при размерах его, не превышающих вполне определенного предела. В случае если к источнику водоснабжения подключить более крупного водопользователя, то снабжение его водой неизбежно происходило бы с перебоями, которые бы принесли ущерб этому потребителю за счет недовыпуска продукции. Для устранения ущерба мы вынуждены были бы либо увеличить емкость имеющегося водохранилища, либо найти дополнительный источник воды, либо получить недостающий объем продукции на альтернативном производстве. Все рассмотренные варианты выхода из создавшейся ситуации обязательно приведут к дополнительным расходам, целесообразные размеры которых определяются теми экономическими преимуществами, которые достигаются в результате исключения перебоев в водоснабжении. Таким образом, обеспеченность водопотребления определяется для каждого водопользователя (отрасли, предприятия) исходя из решения оптимизационной задачи минимума суммарных расчетных затрат на водозабор:

Читайте также:  Реки нижнего тагила список

где — затраты, связанные с производством продукции i-м водопотребителем;

— затраты, связанные с производством продукции на заменяющем предприятии;

— возможные ущербы.

Примером такого подхода к решению задачи водопользования может быть решение воспроизводства осетровых в р. Дон путем строительства Семикаракорского осетрового завода с мощностью выпуска до 3.0 млн. молоди осетровых пород в год, так как затраты на его строительство и эксплуатацию оказались ниже, чем затраты на дополнительное регулирование водных ресурсов.

Однако примеров такого эффективного решения проблемы дефицита водных ресурсов не так уж и много, поэтому на практике при выборе расчетной обеспеченности водопотребления принято исходить из определенной дифференциации всех водопользователей.

Отрасли экономики по степени бесперебойности водопотребления делят на три группы: не допускающие перерыва или уменьшения отдачи; не допускающие перерыва, но допускающие кратковременное снижение подачи воды (определяемое технологией); допускающие кратковременный перерыв и уменьшение подачи воды. Чем выше степень бесперебойности потребления, тем выше процент ее обеспеченности.

К числу отраслей экономики, не допускающих снижения водопотребления, относятся коммунально-бытовое водоснабжение, промышленность, теплоэнергетика. Норматив расчетной обеспеченности водопользования (по числу бесперебойных лет) таких потребителей составляет 95-99 %. К числу отраслей экономики, допускающих кратковременное снижение водообеспеченности, можно отнести водный транспорт, гидроэнергетику, рыбное хозяйство, водообеспеченность которых составляет 80-90 %. К отраслям с более низкой расчетной обеспеченностью водопотребления относится сельское хозяйство (орошение) с Р = 75-80 %.

Допуская ограничение водопотребления необходимо четко определять приемлемую степень сокращения потребляемого расхода воды и продолжительность его снижения, которая не вызовет существенных отрицательных последствий. В частности, в орошении объем недоданной воды, а также величина и продолжительность перебоя, играют большую роль. Для частичного устранения этого недостатка обычно устанавливается двойной норматив расчетной обеспеченности для нормирования надежности водообеспечения: полной нормы водопотребления Q п и урезанного минимума Q м. Это означает, что если в маловодный год отрасль переходит на урезанный объем водопотребления, то расчетная обеспеченность этого расхода становится очень высокой 95-97 %, что обеспечивает его гарантированную подачу потребителю.

Источник

Обеспеченность и повторяемость гидрологических величин

Гидрологических величин.

Тема 3. Расчёты обеспеченности и повторяемости

Лекционный материал:

Водность любой реки может быть оценена величиной годового стока – объёмом воды, прошедшим через живое сечение за определённый отрезок времени, т.е. за один год. Колебания годового стока, как и других гидрологических величин, обусловлены достаточно большим количеством меняющихся факторов (климатических, метеорологических, антропогенных и др.) и подвержены существенным изменениям от года к году. Поэтому их часто изучают при помощи методов математической статистики и теории вероятностей. Многолетние изменения годового стока можно изучать по так называемым кривым повторяемости и обеспеченности среднегодовых расходов реки. Под повторяемостью понимается отношение числа лет с определённым расходом воды к общему периоду наблюдений; под обеспеченностью – вероятность превышения числа лет с определённым расходом, над числом лет с меньшим расходом. Для таких расчётов необходимы данные по расходам за значительный период (не менее 50 лет), которые должны разбиты на ряд интервалов. Расчёт ведётся табличным методом.

Предположим, что мы имеем данные расходов за 77 лет, минимальный расход составляет 650 м³/с, максимальный – 2550 м³/с ( по Т.А.Берниковой и А.Г.Демидовой, 1977). Разобьём расходы с интервалом в 200 м³/с и внесём имеющиеся данные в таблицу.

Расчёт обеспеченности и повторяемости

Интервалы расходов, м³/с Повторяемость (частота) Обеспеченность
Число случа- ев (лет) % Число случа- ев (лет) %
2599 — 2400 1,3 1,3
2399 – 2200 3,9 5,2
2199 – 2000 6,5 11,7
1999 – 1800 10,4 22,1
1799 – 1600 19,4 41,5
1599 – 1400 22,1 63,6
1399 – 1200 15,7 79,3
1199 – 1000 11,7 91,0
999 – 800 7,7 98,7
799 – 600 1,3
Сумма 100,0

Следовательно, величина повторяемости показывает, насколько часто в ряду наблюдений встречается тот или иной интервал расходов воды: минимальный расход в 650 м³/с отмечен лишь в один год из 77 лет наблюдения – это и составляет 1,3%. Точно так же и максимальный расход также встретился только один раз – его повторяемость составила также 1,3%. Величина обеспеченности демонстрирует, насколько часто встречается изучаемая характеристика – среднегодовой расход – не ниже меньшей границы интересующего нас интервала, сколько лет обеспечивается значение расхода воды, не ниже заданного. Например, расход воды в интервале от 1199 до 1000 м³/с и более в ряду наблюдений отмечался 70 раз, это значение было обеспечено в 91% случаев.

Читайте также:  Многие реки протекающей через великобритании

След., чем ниже расход воды, тем больше вероятность его превышения (т.е. обеспеченность), и, наоборот, чем больше среднегодовой расход, тем меньше его реальная обеспеченность. Это имеет наглядную форму – при минимальном расходе воды в реке оказываются затопленными все отметки уровня, минимальные расходы имеют практически 100%-ную обеспеченность и встречаются каждый год.

Расходы, средние для данной реки имеют максимальную повторяемость (частоту) и среднюю (близкую к 50%) обеспеченность; минимальные расходы имеют наименьшую повторяемость и максимальную обеспеченность; максимальные расходы воды имеют минимальную повторяемость и обеспеченность.

По эмпирическим данным могут быть построены кривые повторяемости и обеспеченности, где по оси ординат откладывают интервалы расходов, а по оси абсцисс – значения повторяемости и обеспеченности в % (рис. 1):

Рис. 1. Кривые повторяемости (1) и обеспеченности (2)

среднегодовых расходов воды.

Знание вероятностей повторяемости и обеспеченности имеет важное практическое значение. При строительстве различных гидротехнических сооружений всегда возникает необходимость учёта максимальных расходов воды – от этого зависит безопасность эксплуатации. При проектировании систем питьевого водоснабжения, наоборот, необходимо ориентироваться на минимальные расходы воды, но имеющие 100%-ную обеспеченность.

В практической деятельности чаще приходится иметь дело с непродолжительными рядами наблюдений, по которым трудно построить надёжную кривую обеспеченности. В этом случае пользуются теоретическими кривыми обеспеченности, построенными на основе математических методов – анализа коэффициентов вариации, коэффициентов асимметрии и модульных коэффициентов. В таких расчётах 100%-ной обеспеченности соответствует не минимальный (как в нашем примере), а нулевой расход воды.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Обеспеченность и повторяемость речного стока

Имеющиеся ряды наблюдений над стоком и другими факторами не настолько продолжительны, чтобы непосредственно из них можно было бы установить величины стока редкой повторяемости. Производя количественную оценку поверхностного стока, необходимо установить статистическую закономерность колебания стока во вермени (внутри ряда наблюдений), применяя методы теории вероятности.

Рассмотрим ряд лет n, в течение которых при соблюдении некоторых условий изучаемое явление А (например, модуль стока) может наблюдаться, не наблюдаться или повторяться несколько раз.

Вероятность – мера оценки достоверности появления того или иного события. Вероятность появления рассматриваемой величины Р(А) равна отношению числа случаев, благоприятствующих появлению рассматриваемого события m, к общему числу случаев n.

Вероятность появления достоверного события изменяется от 1 до 100%, вероятность невозможного события равна нулю.

Обеспеченность – какой – либо величины исследуемого ряда называется вероятность того, что рассматриваемое значение может быть превышено среди совокупности всех возможных ее значений.

Обеспеченностью годового стока Р может быть названо среднее число лет (выраженное в процентах от общего числа лет), в течение которых годовой сток будет равен данному или больше его.

Повторяемость – какой-либо величины, например годового стока, называется число лет N , в течение которых годовой сток повторяется в среднем один раз. Связь между обеспеченностью и повторяемостью может быть представлена следующими соотношениями:

а) при обеспеченности Р£ 50%, N= 100/Р

б) при обеспеченности Р > 50%, N = 100/(100-Р)

При достаточно продолжительных и репрезентативных рядах расчеты годового расхода воды заданной обеспеченности рекомендуется производить по кривым обеспеченности По оси абсцисс такой кривой откладывается Р%, по оси ординат одна из гидрологических характеристик ( это могут быть модуль стока, слой стока, расход воды или модульный коэффициент). Кривая обеспеченности – интегральная кривая, показывающая вероятность превышения ( в процентах или долях от единицы) данной гидрологической характеристики среди общей совокупности ряда. Кривые обеспеченности могут быть построены в виде эмпирических (наблюдаемых) и аналитических (теоретических) кривых.

Эмпирическая кривая строится по ряду наблюдений и всегда им ограничена, поэтому для определения значений редкой обеспеченности необходимо провести расчеты для построения аналитической кривой на основе данных фактического ряда. Таким образом, аналитические кривые обеспеченности применяются для сглаживания и экстраполяции эмпирических точек. В настоящее время за основу приняты биномиальная кривая обеспеченности и кривая трехпараметрического гамма-распределения. Трехпараметрическое гамма-распределение является более гибким, чем биномиальное.

1 Постороение эмпирической кривой обеспеченности

Для построения эмпирической кривой обеспеченности необходимо заполнить следующую таблицу:

Источник

Adblock
detector