Расчет кривой свободной поверхности р. Индигирка
|
Введение 4
1. Теоретическая часть. Построение кривых свободной поверхности в естественных руслах
1.1 Основное уравнение кривой свободной поверхности в естественных
руслах
1.2 Метод построения кривых свободной поверхности, предложенный
А.Н.Рахмановым
1.3 Метод построения кривых свободной поверхности, предложенный
Н.Н. Павловским 5
2. Метеорологическая и гидрологическая характеристика бассейна
р. Индигирка 8
2.1 Природные условия 8
2.2 Рельеф и геологическое строение 9
2.3 Почвы 22
2.4 Растительный покров 26
2.5 Карст 27
2.6 Радиационный баланс 29
2.7 морфология мерзлой зоны 30
2.8 Подземные льды 34
2.9 Современное оледенение 37
2.10 Наледи 38
2.11 Климатические условия 39
2.12 Ветер 42
2.13 Радиационный баланс 43
2.14 Температура воздуха 44
2.15 Температура почвы 48
2.16 Влажность воздуха 49
2.17 Осадки 49
2.18 Снежный покров 53
2.19 Испарение с суши 54
2.20 Поверхностные воды 55
2.21 Реки 55
2.22 Озера 61
2.23 Описание постов 62
З. Расчет кривых свободной поверхности 64
3.1 Выбор исследуемых годов 64
3.2 Расчет фактических кривых свободной поверхности 66
3.3 Расчет кривых свободной поверхности по методу Павловского 72
3.4 Расчет параметров в программе «STATISTICA» 74
Заключение 75
Список использованных источников 76
Приложения 77
1. Теоретическая часть. Построение кривых свободной поверхности в естественных руслах
1.1 Основное уравнение кривой свободной поверхности в естественных
руслах
1.2 Метод построения кривых свободной поверхности, предложенный
А.Н.Рахмановым
1.3 Метод построения кривых свободной поверхности, предложенный
Н.Н. Павловским 5
2. Метеорологическая и гидрологическая характеристика бассейна
р. Индигирка 8
2.1 Природные условия 8
2.2 Рельеф и геологическое строение 9
2.3 Почвы 22
2.4 Растительный покров 26
2.5 Карст 27
2.6 Радиационный баланс 29
2.7 морфология мерзлой зоны 30
2.8 Подземные льды 34
2.9 Современное оледенение 37
2.10 Наледи 38
2.11 Климатические условия 39
2.12 Ветер 42
2.13 Радиационный баланс 43
2.14 Температура воздуха 44
2.15 Температура почвы 48
2.16 Влажность воздуха 49
2.17 Осадки 49
2.18 Снежный покров 53
2.19 Испарение с суши 54
2.20 Поверхностные воды 55
2.21 Реки 55
2.22 Озера 61
2.23 Описание постов 62
З. Расчет кривых свободной поверхности 64
3.1 Выбор исследуемых годов 64
3.2 Расчет фактических кривых свободной поверхности 66
3.3 Расчет кривых свободной поверхности по методу Павловского 72
3.4 Расчет параметров в программе «STATISTICA» 74
Заключение 75
Список использованных источников 76
Приложения 77
Изучение кривых свободной поверхности представляет собой интересную задачу. В последние годы пристальное внимание уделяется Арктической зоне Российской Федерации, а исследуемый объект - река Индигирка - находится именно на этой территории. В настоящее время реализуются программы по экономическому развитию данного региона, проекты на континентальном шельфе, развитие месторождений полезных ископаемых. Также стал активно использоваться Северный морской путь. Работы по строительству участка железной дороги Якутск - Мома - Магадан, которая пересекает Индигирку, планировалось начать в 2016 году, была принята программа «Развитие транспортной системы в Магаданской области» на 2014-2022 годы. Все вышеперечисленное требует строительства инфраструктуры. Поэтому данная территория является перспективным районом, а любые строительные работы требуют гидрологических и гидравлических расчетов. В связи с актуальностью изучения этих земель выбрана тема данной работы.
Целью работы является рассмотрение изменчивости кривых свободной поверхности в зависимости от водности исследуемых лет и фаз внутригодового цикла по фактическим данным уровней воды, построение кривых свободной поверхности интегральным методом Н.Н. Павловского, а также анализ и сравнение результатов, полученных в результате расчетов.
Предметом исследования являются данные уровней и расходов воды на гидрологических постах реки Индигирка, их изменение в зависимости от годов и сезонов.
В магистерской диссертации проводится анализ гидрологического режима реки, позволяющий оценить состояние водного объекта. Также физико-географические особенности прилегающей местности, необходимые для того, чтобы всесторонне изучить влияние климата на сток.
Расчету кривой свободной поверхности в естественных руслах рек посвящено множество работ. Наиболее известными из них являются исследования Б.А. Бахметьева, Н.М. Бернадского, Н.В. Мастицкого, Н.Н. Павловского, В.И. Чарномского, Хестеда, П.Г. Киселева, Т.Г. Войнича- Сяножецкого, Д.В. Штеренлихта, В.М. Алышева, Л.В. Яковлева и многих других. Данными исследователями было отмечено, что практически все методы по расчету кривой свободной поверхности являются достаточно приближенными и выбор того, либо иного метода зависит от полноты исходных данных.
Для научной и практической значимости данные о кривых свободной поверхности довольно часто получают в ходе инженерно-технических изыскательских работ. Их используют при проектировании и строительстве железнодорожных и автодорожных мостовых переходов, трубопроводов, проходящих через водотоки, т.к. того требует нормативная документация.
Целью работы является рассмотрение изменчивости кривых свободной поверхности в зависимости от водности исследуемых лет и фаз внутригодового цикла по фактическим данным уровней воды, построение кривых свободной поверхности интегральным методом Н.Н. Павловского, а также анализ и сравнение результатов, полученных в результате расчетов.
Предметом исследования являются данные уровней и расходов воды на гидрологических постах реки Индигирка, их изменение в зависимости от годов и сезонов.
В магистерской диссертации проводится анализ гидрологического режима реки, позволяющий оценить состояние водного объекта. Также физико-географические особенности прилегающей местности, необходимые для того, чтобы всесторонне изучить влияние климата на сток.
Расчету кривой свободной поверхности в естественных руслах рек посвящено множество работ. Наиболее известными из них являются исследования Б.А. Бахметьева, Н.М. Бернадского, Н.В. Мастицкого, Н.Н. Павловского, В.И. Чарномского, Хестеда, П.Г. Киселева, Т.Г. Войнича- Сяножецкого, Д.В. Штеренлихта, В.М. Алышева, Л.В. Яковлева и многих других. Данными исследователями было отмечено, что практически все методы по расчету кривой свободной поверхности являются достаточно приближенными и выбор того, либо иного метода зависит от полноты исходных данных.
Для научной и практической значимости данные о кривых свободной поверхности довольно часто получают в ходе инженерно-технических изыскательских работ. Их используют при проектировании и строительстве железнодорожных и автодорожных мостовых переходов, трубопроводов, проходящих через водотоки, т.к. того требует нормативная документация.
Исследуемый регион в настоящее время развивается, как часть Арктической зоны и как перспективный путь для взаимодействия с другими странами. Помимо того, что планируется развитие транспортной системы, для которой важно гидрологического режима рек, также знание кривой свободной поверхности реки имеет важное значение для решения следующих задач:
1. Прогнозирование максимального стока: кривая свободной поверхности реки является важным инструментом для оценки последствий возникновения опасных гидрологических явлений. На основе данных кривой свободной поверхности можно определить уровень воды, при котором начинаются опасные для жизни и здоровья наводнения.
2. Разработка проектов гидротехнических сооружений: знание кривой свободной поверхности необходимо для проектирования плотин, шлюзов и других гидротехнических сооружений на реке.
3. Оценка возможности судоходства: кривая свободной поверхности реки позволяет определить глубину русла и высоту мостов, что в свою очередь помогает оценить, какие типы судов смогут пройти по данному участку реки.
4. Расчет потенциала энергетических сооружений: северо-восточный регион России имеет значительный потенциал гидроэнергетики. Знание кривой свободной поверхности позволяет более точно оценить потенциал гидроэнергетических сооружений и спрогнозировать объем производства электроэнергии.
5. Оценка рисков для экологии и биоразнообразия при регулировании речного режима. Исследование кривой свободной поверхности помогает проводить экологический мониторинг, оценивать риски и прогнозировать воздействие гидротехнических сооружений на окружающую среду.
В работе произведен анализ кривых свободной поверхности на р. Индигирке при максимальных, минимальных летних и средних уровнях воды в различные по водности годы. Дано подробное описание местности расположения р. Индигирки, климатических характеристик района и описание гидрологических постов.
Выбраны годы для исследования с минимальными, максимальными и средними годовыми расходами с учетом наличия всех необходимых данных, в данной работе это 2020 г., 2014 г. и 2012 г. соответственно. В каждый исследуемый год выделены две даты с максимальным и минимальным значением уровня воды на нижнем створе (р.п. Чокурдах) в безледоставный период. Далее на остальных пяти пунктах наблюдений взяты данные уровней воды в выбранные даты, пересчитаны уровни воды в метры БС и построены кривые свободной поверхности. Также рассчитаны уклоны поверхности между пунктами наблюдений в промилле.
Для построения кривых свободной поверхности по методу Н.Н. Павловского требуются данные ежедневных расходов воды в верхнем створе (р.п. Чокурдах), но этих данных нет в наличии, поэтому взяты данные ежедневных расходов с поста пос. Индигирский. Таким образом, разницу между эмпирическими и аналитическими значениями уровней воды можно проанализировать на постах гм.ст. Юрты и с. Оймякон, и по данным результатам можно сказать, что кривая, построенная методом Н.Н. Павлоского несколько завышает фактические значения уровней воды.
В ходе проведения анализа графиков и расчетов было выявлено, что вне зависимости от водности года или фазы внутригодового цикла кривые свободной поверхности реки Индигирка ведут себе синхронно.
Также, дополнительно, в программе «STATISTICA» построены аналитические графики рядов уровней воды на исследуемых постах.
1. Прогнозирование максимального стока: кривая свободной поверхности реки является важным инструментом для оценки последствий возникновения опасных гидрологических явлений. На основе данных кривой свободной поверхности можно определить уровень воды, при котором начинаются опасные для жизни и здоровья наводнения.
2. Разработка проектов гидротехнических сооружений: знание кривой свободной поверхности необходимо для проектирования плотин, шлюзов и других гидротехнических сооружений на реке.
3. Оценка возможности судоходства: кривая свободной поверхности реки позволяет определить глубину русла и высоту мостов, что в свою очередь помогает оценить, какие типы судов смогут пройти по данному участку реки.
4. Расчет потенциала энергетических сооружений: северо-восточный регион России имеет значительный потенциал гидроэнергетики. Знание кривой свободной поверхности позволяет более точно оценить потенциал гидроэнергетических сооружений и спрогнозировать объем производства электроэнергии.
5. Оценка рисков для экологии и биоразнообразия при регулировании речного режима. Исследование кривой свободной поверхности помогает проводить экологический мониторинг, оценивать риски и прогнозировать воздействие гидротехнических сооружений на окружающую среду.
В работе произведен анализ кривых свободной поверхности на р. Индигирке при максимальных, минимальных летних и средних уровнях воды в различные по водности годы. Дано подробное описание местности расположения р. Индигирки, климатических характеристик района и описание гидрологических постов.
Выбраны годы для исследования с минимальными, максимальными и средними годовыми расходами с учетом наличия всех необходимых данных, в данной работе это 2020 г., 2014 г. и 2012 г. соответственно. В каждый исследуемый год выделены две даты с максимальным и минимальным значением уровня воды на нижнем створе (р.п. Чокурдах) в безледоставный период. Далее на остальных пяти пунктах наблюдений взяты данные уровней воды в выбранные даты, пересчитаны уровни воды в метры БС и построены кривые свободной поверхности. Также рассчитаны уклоны поверхности между пунктами наблюдений в промилле.
Для построения кривых свободной поверхности по методу Н.Н. Павловского требуются данные ежедневных расходов воды в верхнем створе (р.п. Чокурдах), но этих данных нет в наличии, поэтому взяты данные ежедневных расходов с поста пос. Индигирский. Таким образом, разницу между эмпирическими и аналитическими значениями уровней воды можно проанализировать на постах гм.ст. Юрты и с. Оймякон, и по данным результатам можно сказать, что кривая, построенная методом Н.Н. Павлоского несколько завышает фактические значения уровней воды.
В ходе проведения анализа графиков и расчетов было выявлено, что вне зависимости от водности года или фазы внутригодового цикла кривые свободной поверхности реки Индигирка ведут себе синхронно.
Также, дополнительно, в программе «STATISTICA» построены аналитические графики рядов уровней воды на исследуемых постах.