Одной из основных задач инженерной гидрологии является разработкой методов расчета величин стока. В основе гидрологических расчетов лежит определение гидрологических характеристик стока.
Основными гидрологическими характеристиками стока являются:
расход воды - Q, м3/с;
объем стока - V (W), м3;
модуль стока воды - q (M), м3/с км2;
слой стока - h (у), мм;
коэффициент стока - a.
Главной характеристикой речного стока являются расходы воды - объем воды, проходящий через данное поперечное сечение потока в 1 секунду.
Наряду с экстремальными значениями (максимальными и минимальными) часто используются расходы воды, осредненные за различные периоды времени (сутки, месяц, сезон, год и т. д.).
Все остальные характеристики речного стока, по сути, являются производными от соответствующих расходов воды. Рассмотрим наиболее часто употребляемые характеристики речного стока.
Объем стока V или W (м3, км3) - количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени (сутки, месяц, год и т. д.), определяется по формуле
|
|
V = Q . t.
где Q средний расход за расчетный период времени, м3/с, t - число секунд в том же периоде времени.
Модуль стока М, л/(с . км2) или q, м3/(c . км2) - количество воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени, определяется по формуле
M = Q 103 / F,
где F - площадь водосбора, км2, 103 - переводной коэффициент из метров кубических в литры.
Слой стока h или y (мм) - количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределенного по площади этого водосбора, определяется по формуле
h = 10-6 M . t,
где 10-6 - коэффициент размерности, t - число секунд в расчетном периоде.
Для года hг = 31,5 106. Mг; для месяца hм = 2,63106 . Мм,
где 31,5 - число миллионов секунд в среднем за год; 2,63 - число миллионов секунд в среднем за месяц.
Коэффициент стока отношение слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока, - определяется по формуле:
a = h / x,
где h - слой поверхностного стока (мм), х - атмосферные осадки (мм), вызвавшие этот сток. Коэффициент стока - величина, показывающая, какая часть осадков идет на сток.
Указанные характеристики нередко определяют понятие сток воды. Они являются временно связанными и могут быть пересчитаны одна в другую. Соотношения между основными характеристиками стока представлены в таблице 1.2.2.1.
Таблица 1.2.2.1
Соотношения между основными характеристиками стока
Характеристики стока | Q, м3/с | q (м), л/с км2 | У(h), мм | W, м3 |
Q | – | 10-3qF | 10-3уFt-1 | Wt-1 |
L (м) | 103 QF-1 | – | 106уt-1 | 103WF-1t-1 |
У (h) | 10-3QF-1t | 10-6qt | – | 10-3WF-1 |
W | Qt | 10-3qFt | 10-3уF | – |
Примечание: F – площадь водосбора, км2; t – время, с.
|
|
В гидрологических расчетах используют также понятие модульный коэффициент К, являющийся отношением какой-либо величины стока, например, расхода к ее среднему значению.
Для их определения используют формулы:
Кгi = Qгi/Qo; Кni = Qмi/Qi.
Здесь Кгi – модульный коэффициент года наблюдения i;
Кмi – модульный коэффициент месяца года наблюдения (или декады месяца Кд);
Qгi – среднее значение расхода за год наблюдения i;
Qо – среднемноголетнее значение расхода;
Qмi – среднемесячный (или среднедекадный Qмi расход воды года наблюдения i).
Годовой сток подсчитывается в умеренном климате не за календарный год, а за гидрологический, начинающийся осенью (1 октября или 1 ноября), когда запасы влаги в речных бассейнах, переходящие из одного года в другой, малы. При подсчете за календарный год сток и осадки не могут соответствовать друг другу, так как осадки, выпавшие в конце одного года, стекают весной следующего года.