Гидрологические основы гидроэнергетики. Кривые обеспеченности. Работа водного потока. Водноэнергетический кадастр рек

За количественную оценку любых водных ресурсов принимают речной сток.

Изучением закономерностей изменения водных процессов на Земле занимается гидрология суши, которая включает в себя:гидрологию рек и инженерную гидрологию. Речные воды, изучаемые в гидрологии суши 0около 0,0001% от вод земного шара.

Гидрология рек рассматривает гидрологичесий режим рек. Инженерная гидрология – это область гидрологических расчетов и прогнозов, в ней получают данные о речном стоке и его характеристиках.

Характеристики речного стока:

- Возобновляемость в результате круговорота воды в природе

- Изменчивость и неповторяемость

Речной сток зависит от многих факторов (испарение, осадки и т. Д.), в первую очередь климатических. Это неблагоприятно для водного хозяйства и гидроэнергетики. Надо иметь хотя бы прогноз его изменения.

- Случайный характер, хнание об изменении величины речного стока

- Неравномерность распределения по территории

В тоже время определяется цикличность.

Речной сток образуется за счет осадков, выпадающих над поверхность. Суши. Часть этих осадков непосредственно скатывается в реку, а часть просачивается в землю. 1-ая поверхностный слой реки; 2-ая подземный слой реки.

Площадь, с которой осуществляется формирование стока воды в данную реку в каком-либо створе, называется водосборным бассейном в данном створе – F. Линия, проходящая по повышенным шестам, отделяющим друг от друга смежные бассейны, называется поверхностным водоразделом между реками.

Уравнение водного баланса реки при отсутствии перетоков подземного стока: Y=X-Z.

Y – речной сток; X – осадки; Z – испарение.

Y,X.Z измеряются в мм с F (км кв). или в объемах (км куб, м куб). X и Z зависят от многих факторов.

Коэффициент стока – отношение стока к осадкам показывает, какая часть осадков превращается в сток. На территории России 0,6-0,7% в серенном и восточном регионах, 0,2-0,3% на юге (в бассейне Азовского и Каспийского морей).

Данные об изменении стока во времени получают на специальных постах наблюдения, которые расположены на реках

Процесс изучения гидрологического режима распадается на две стадии:

- Наблюдения,

- Пп

Т е создание математических моделей речного стока, позволяющих переносить выявленные закономерности его изменения во времени с периода наблюдений на будущие периоды.

Основные показатели речного стока.

Расход воды Q, м^3/c – количество воды, протекающее через заданное поперечное сечение водостока за единицу времени. .

Различают секундный, среднесуточный, среднемесячный, среднегодовой, среднемноголетний нормы расхода.

Норма расхода Q₀ – является основной характеристикой реки, т е количество воды, проходящее в среднем по реке за многолетний период наблюдений.

, W – многолетний сток, Т - период наблюдения.

Модуль коэффициента стока m - расход воды, поступающий в реку с единицы площади водосбора. Модуль меняется от долей единицы (наши реки) до нескольких десятков (горные реки) .

Объемы стока W, км^3 (м^3)

Два вида характеристик речного стока:

1) Календарные характеристики

2) Вероятностные характеристики

Изменения расхода во времени Q(t) – гидрограф реки – хронолонический ход колебания расходов реки. В зависимости от t различают годовые, недельные, суточные. Наиболее интересны годовые гидрографы, т к суточные меняются мало (только периоды половодья и паводков рек). В практике водохозяйствнного проектирования представляют интерес гидрографы маловодных, многоводных и средневодных лет. Вид годового гидрографа в основном определяется типом питания реки

Снеговое (весной) – европейская часть России, дождевое – дальний восток и юг России.

Снеговое питание – распределение по сезонам W_r= 70-80% - половодье (2-3 месяца); 20-30% - остальной период (9-10 месяцев).

Прогноз: ошибка примерно 20% в прогнозе на основе каледарного ряда.

Дождевое питание: нет закономерностей сезонных изменений.

Прогноз на основе календарного ряда плохой.

Во всех гидрографах принято различать три типичных состояния реки:

Половодье – характеризует наибольшую в году водность, высокий и длительный подъем уровня воды в реке, сопровождающееся выходом из русла реки в пойму. Вызывается плавным сточным питание реки: на равнинах – таяние снега, в горах – таяние льда. Повторяется в один и тот же сезон с различной продолжительностью и интенсивностью.

Паводок - быстрый, сравнительно кратковременный подъем уровня воды в створе реки, отличается от половодья нерегулярностью.

Обычно возникает от дождей, иногда уровень воды в реке может превышать уровень при половодье. В условиях зимы кратковременное потепление – таяние снега.

Межень - наблюдается низкая водность, тк к отсутствует дождевое и снеговое питание реки. Преобладающее значение в речном стоке имеют подземные воды. На равнинных реках России различают летнюю и зимнюю межень. Повторяется в одни и те же сезоны, но с различной продолжительностью и интенсивностью.

В практике проектирования существует два способа использования исходной гидрологической информации

1) Непосредственное применение календарного ряда для проведения расчетов с последующей систематической обработкой результатов. Предполагается, что используется для расчетов данные прошлых наблюдений, отражающих закономерности стока в будущем. Требуется длинный ряд наблюдений 40-60 лет

2) Имея короткий ряд наблюдений путем предварительной систематической обработки стоковых данных, создается статическая модель процесса речного стока

Поскольку речной сток – случайный процесс, зависящий от ряда факторов, влияние которых мало изучено, то для его описания применяются законы теории вероятности, т е т е для его описания строят кривую обеспеченности Р(Q).

Различают эмпирическую и теоретическую кривую обеспеченности.

ЭКО строится в результате обработки реальных стоковых данных. Все расходы ранжированы в порядке уменьшения и для каждого значения присвоенная обеспеченность рассчитывается по формуле:

m – порядковый номер численного ряда, n – общее количество численного ряда.

Недостаток ЭКО – это точечная характеристика, какая связь между отдельными точками мы не знаем, т е мы не можем для любых Q определить обеспеченность, т е появляется необходимость выбора вида функции распределения вероятностей. Было обследовано и имеется несколько теоретических кривых распределения. Наиболее распространены в нашей стране 2-х и 3-х параметр. - распределение. Первую называют кривой распределения Пирсона, 2ю – Крицкого-Менкена