Гидрологические и водохозяйственные расчеты по курсу «Гидрология и гидрометрия» в створе п. Стешицы реки Вилия

 Министерство Образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический  Университет

Кафедра «Гидравлика»

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Гидрологические и водохозяйственные расчеты

по курсу «Гидрология и гидрометрия» в створе п. Стешицы

реки Вилия »

 

 

 

 

 

                                                                      Выполнил: ст. гр. 110128

        Филипович  А.С.

                       Руководитель: к.т.н, доцент

         В. Н.Юхновец

 

 

Минск 2010

СОДЕРЖАНИЕ

1. Краткая характеристика природных условий бассейна реки и района гидротехнического  строительства 

1.2  Характеристика водосбора 

1.3 Долина и русло реки 

2. Определение расчетных гидрологических 

характеристик стока 

2.1. Годовой сток разной обеспеченности 

2.2. Расчет внутригодового распределения стока 

2.3. Расчет максимального расхода талых вод 

2.4.Расчет максимального расхода дождевых паводков 

2.5.Расчет и построение гидрографа весеннего половодья 

2.6.Расчет минимальных расходов воды 

2.7.Определение стока взвешенных наносов 

   2.8.Ледовый режим реки……………………………………………………………….

3. Расчет водохранилища 

3.1. Расчет и построение кривых морфометрических 

характеристик водохранилища 

3.2 Установление объемов притока и потребления воды 

3.3 Расчет сезонного регулирования вез учета потерь воды 

3.4 Установление мертвого объема 

3.5. Расчет сезонного регулирования стока с учетом потерь воды 

на испарение, фильтрацию, льдообразование 

   3.5.1. Дополнительное испарение 

   3.5.2. Потери воды на фильтрацию 

   3.5.3. Потери воды на образование льда 

   3.5.4. Расчет сезонного регулирования стока 

табличным методом с учетом потерь воды 

4.Определение расчетного расхода 

воды для проектирования водосборных сооружений 

Заключение 

Литература 

 

 

 

 

1. Краткая характеристика природных условий бассейна реки и района строительства

1.1  Месторасположение реки Вилия

Река Вилия берет начало из болот на водоразделе р. Немана и р. Березины,в 3 км восточнее д. Березки, Бегосльского района. Она протекает по территории Бегомльского района, Минской области, Кривичского(по южной границе), Вилейского(частично по южной границе), Сморгонского и по границе Свирского и Островецкого  районов, Молодечненской области. Вилия впадает в р. Неман на 209 км от устья, в 2 км ниже г. Каунас. От истока до 185 км река протекает в юго-восточном направлении, ниже до устья—в южном. Общее протяжение реки 480 км.

Наиболее крупные населенные пункты по реке: г. Каунас (у устья), г. Ионава (43 км) и г. Вильнюс (165 км); Михалишки (273 км), Жодишки (317 км), Сморгонь (346 км), Вилейка (400 км). Общая длина реки 510 км.

1.2  Характеристика водосбора

Площадь водосбора 25054 км², водосбор почти симметричный.

 Граничит он с водосборами:

● на севере: р. Западной Двины;

● на востоке: р. Березины (приток Днепра);

● на юге: р. Немана;

 

Рельеф водосбора на территории Беларуси  холмистый. Наибольшие возвышенности водосбора: Литовско- Белоруское, Ошмянское и Свенцянское взгорья. Плоский и волнистый рельеф приурочен к пониженным частям водосбора (Двиноса, Илия, Сервечь, Нарочь и др.). Абсолютные отметки поверхности водосбора белорусской части 180-300 м над уровнем моря.

Заболоченность водосбора около 22%. Наиболее заболочено верховье бассейна, водосборы притоков Двиносы, Сервечь, Илии, Нарочи и Уши. Наиболее крупные болотные массивы расположены в междуречье рек Илии и Уши, южнее г. Вилейки, а также в водосборе р. Нарочь.

Озерность водосбора около 1,3%. Общая площадь озер около 175 км.² Наибольшее количество озер находится в северо-восточной части в бассейнах рек Нарочи и Страчи.

 Речная сеть. Густота ее 27 км на 100 км² площади водосбора (общее протяжение около 3700 км). В состав ее входят р. Сервечь (102км), р. Ошмянка (108км), Илия (87 км) и др.

Лесистость водосбора около 15%.

1.3 Долина и русло реки

По характеру долины и  русла р. Вилию можно отнести к типу рек возвышенно-равнинной местности.

 

Долина от истока до д. Мильча (494 км) шириной 0,5-0,7 км. Склоны пологие, песчаные, высотой 5-6 м. От д. Мильча до д. Данюшево (330 км) ширина долины  от 0,2 до 1,5 км, от д. Данюшево до границы Беларуси – 0,15-0,2 км и лишь местами уширяется до 2 км. Коренные берега твердые, крутые. Высота их в пределах 5-60 м. На большом протяжении среднего участка покрыты лесом.

Пойма луговая, местами заболочена (главным образом в верховьи) и покрыта кустарниками. Ширина ее 100-400 м.

Русло извилистое. Наибольшая извилистость на протяжении 162 км от  д. Мильча до д. Данюшево. У д.д. Доманово, Плоса, Данюшево (330 км) разделяется на рукава. Берега крутые и обрывистые, высота их 3-4 м. Дно в верховьи песчаное в среднем и нижнем течении - гравелисто-галечное и каменистое.

 

Характерные данные о реке для меженного периода:

От 510 до 492 км

Размеры	Ширила по урезу, м	Глубина потока, \м	Скорость течения, л/сек	Средний уклон  всего участка
Доминирующие Наибольшие  Наименьшие	8 10 6	0,5 1,5 ---	0,3 0,5 ---	0,0008

 

От 492 до 275 км

Размеры	Ширина по урезу  воды, м	Глубина потока, м	Скорость течения, м/сек	Средний уклон дна участка
Доминирующие .…	35-80	1,0	0,4	0,00036
Наибольшие ....	100	3,5	2,0
Наименьшие ....	6-10	0,2-0,3	---	0,00022

           

  Важно отметить и изученность реки. Рекогносцировочные обследования по реке производились неоднократно, главным образом в связи с изучением возможности ее энергетического использования. В последнее время обследования производились Мосгидэп’ом в 1946 г. С целью составления схемы энергетического использования р. Вилия в пределах Беларуси

В гидрологическом отношении р. Вилия на территории Беларуси изучена слабо. Гидрологические станции с длительными периодами наблюдений расположены главным образом на устьевом участке, за пределами Беларуси.

Река Вилия в настоящее время используется для лесосплава и судоходства, а также в рыбохозяйственных целях и как источник для местного водоснабжения.

● Для судоходства река используется главным образом в низовьи на протяжении около 200 км, от впадения р. Жеймяны до устья. Судоходство носит местный характер и продолжается около 90 дней в году. При низких горизонтах судоходство невозможно из-за малых (0,3-0,4м) глубин на порогах, а в высокие горизонты- из-за больших скоростей на них.

● Для лесосплава река использовалась на протяжении 490 км от д. Мильча до устья. В настоящее время для сплава в пределах Беларуси от д. Мильча до д. Михалишки на протяжении около 220 км.

● В энергетических целях  река до сего времени почти не использовалась.

Некоторые другие данные по реке и поселку приведем в таблица 

 

 

 

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ

ХАРАКТАРИСТИК СТОКА

2.1. Годовой сток  разной обеспеченности

Для реки Вилия в курсовом проекте были исходные данные. На ЭВМ вводили количество лет n=25 и по данным  в задании модулям среднегодового стока в створе за период в 25 лет (q) получали таблицу со значениями эмпирической обеспеченности Р члена статистического ряда (таблица 2.1). В данной варианте курсового проекта принято n=25

Таблица 2.1

№	Расход q, м³/с	Ki	Р
1	11,6	1,68	3,85
2	7,98	1,38	7,69
3	6,74	1,37	11,54
4	6,78	1,33	15,38
5	6,62	1,159	19,23
6	6,44	1,156	23,08
7	8,00	1,1	26,92
8	5,15	1,00	30,76
9	6,08	0,982	34,62
10	5,17	0,981	38,46
11	7,59	0,976	42,31
12	9,43	0,96	46,15
13	6,55	0,95	50,00
14	9,19	0,93	53,85
15	5,58	0,92	57,69
16	6,93	0,89	61,54
17	5,71	0,88	65,38
18	9,51	0,87	69,23
19	5,98	0,85	73,08
20	5,82	0,84	76,92
21	6,19	0,82	80,77
22	6,77	0,81	84,62
23	5,93	0,75	88,46
24	6,37	0,74	92,31
25	4,56	0,66	96,15

В данном курсом проекте  необходимо рассчитать и построить  на функциональной сетчатке (клетчатке вероятностей) эмпирическую кривую обеспеченности. Также необходимо подобрать соответствующие теоретические кривые обеспеченности Пирсона III типа и трехпараметрического гамма-распределения по методам наибольшего правдоподобия, моментов и квантилей и вычислить их координаты и расходы различной вероятности превышения. Также определить стандартные ошибки ординат кривой обеспеченности ε_{Q p%}. Приведем эти все расчеты ниже.

●среднеарифметическое значение ряда (на ЭВМ):

                                       

●коэффициент вариации Cv, представляющий собой отношение среднеквадратического отклонения ряда к его среднему значению(на ЭВМ):

                                  

где   − переходный коэффициент;

●коэффициент асимметрии кривой C_s , характеризующий степень несимметричности кривой распределения относительно среднего значения Q(на ЭВМ):

                                    

Коэффициент вариации и коэффициент асимметрии кривой вычисляются по методу моментов по вышеприведенным формулам.

Определяются две статистики λ₂ и λ₃ по методу наибольшего правдоподобия

(метод разработан применительно к трехпараметрическому гамма-распределению). Вычислено на ЭВМ:

;

;

По полученным статистикам λ₂ и λ₃ в соответствующей номограмме [11, приложения 1, листы 24-28] снимаем с графика значения C_v=0,257 и C_s/C_v=-1,0.

Вычисленные по методу моментов коэффициент вариации и коэффициент асимметрии кривой корректируются с учетом внутрирядной связи, оцениваемой значением коэффициента r' (на ЭВМ):

 

 

где ; 

;

 

где =0, , , , ,

 

где =0,03, , , , ,

Значения параметров и по [17,стр. 6], принимаются в зависимости от C_s/C_v  и r'.

После этого также на ЭВМ  определяются среднеквадратические ошибки параметров кривой распределения.

ε_Q=;

      ε_Cv=;

      ε_Cv=.

На этом расчеты на ЭВМ  закончены.

Далее нужно построить  теоретические кривые распределения. В данной работе подбор теоретической кривой обеспеченности осуществляем методом наибольшего правдоподобия и методом моментов. Для построения теоретической кривой распределения по данным таблицы2.1 по значениям К и Р строим эмпирическую кривую на клетчатке вероятностей (методом моментов). Когда все точки отмечены на сетчатке- соединяем плавной кривой(либо прямой либо параболой, которая может быть как выпуклостью к верху так и к низу).

Нужно также построить  теоретическую кривую трехпараметрического гамма-распределения. Для этого ординаты К_р выписываются из специальных таблиц в зависимости от Р, C_s/C_{v  ,} C_v[17, прил.3] . Выписываются по значениям C_s/C_v  =-1, C_v=0,257. Значения К_р интерполируются, так как находятся между C_v=0,2 и C_v=0,3.

Определим суммарный среднегодовой  расход в створе:

                                     , м³/с;

Для расчетов принимаем кривую трехпараметрического гамма-распределения:

         , м³/с;

Получаем таблицу 2(см. приложение 1).

Проведенная по теоретическим  точкам кривая должна совпадать с  эмпирической. Иначе необходимо изменить соотношение C_s/C_v до тех пор, пока кривые не совпадут. Наша теоретическая кривая совпала с эмпирической, и замена не требуется.

Построим  биноминальную кривую распределения. Необходимо вычислить также ординаты К_р этой кривой(по значениям C_v и C_s, установленным по методу моментов). Затем отмечаем точки на той же сетчатке вероятностей, где и предыдущих две. по этой кривой также определяются расходы по формуле:

 , м³/с;

Вычисленные значения заносятся  в таблицу 3(см. приложение 1).

По графоаналитическому методу(квантилей)  теоретическая кривая обеспеченности соответствует эмпирической, если она проходит через три опорные точки на эмпирической кривой, которые отвечают обеспеченностям 5%, 50%, 95%.

С эмпирической  кривой на клетчатке снимаем расходы обеспеченностью 5%, 50%, 95% для вычисления скошенности  S кривой:

где К₅=1,45, К₉₅=0,774, К₅₀=0,942.

Соответственно для этих выписанных значений К получаем:

Q₅=K₅*=1,45*8,5=12,32,

Q₉₅=K₉₅*=6,324,

Q₅₀=K₅₀*=8,007.

Коэффициент скошенности  S характеризует несимметричность кривой распределения вероятностей и функционально связан с коэффициентом асимметрии C_s. Зная коэффициент S по[12,прил.2] выбираем значение C_s=f(S)=-0,60.

 Затем вычисляют среднее квадратическое отклонение

 м³/с

Значения Ф выписываются по [12, табл.6].

Среднее арифметическое значение

                    м³/с

Коэффициент вариации

                   

 

 

2.2. Расчет внутригодового  распределения стока

Внутригодовое распределение  стока зависит от водности реки. Выделяют многоводные, средневодные и  маловодные годы.