Гидрологические расчеты малых рек для природообустройства (на примере реки Большой Улуй – с. Большой Улуй)

Актуальность работы заключается в том что, при осушении и обводнении территорий, при проектировании и строительстве водозаборных сооружений, каналов, водохранилищ и т.д. на реках и озерах требуются знания о режиме рек, озер, болот и о тех изменениях, которые могут произойти в результате осуществления намеченных мероприятий. Необходимо иметь точное представление о всех особенностях режима водного объекта, это данные о максимальных, минимальных уровнях и расходах воды, сроках начала половодья, паводков и межени, данные о внутригодовом распределении стока и т. д.. г. Красноярск ,2015 г. Оценка "отлично". ...

СОДЕРЖАНИЕ СТР.
Введение 7
Цели и задачи 8
Глава I. Физико-географические условия формирования стока реки Большой Улуй – с. Большой Улуй 10
1.1.Рельеф и геологическое строение 10
1.2.Почвы и растительный покров 10
1.3.Климатические условия11
1.4.Водный режим рек 17
Глава II. Расчеты гидрологических характеристик при наличии данных наблюдений 18
2.1. Норма годового стока 18
2.2. Максимальный сток 26
2.3. Минимальный сток 36
Глава III. Определение расчетных гидрологических характеристик при недостаточности данных гидрометрических наблюдений 49
3.1. Норма годового стока 50
3.2. Максимальный сток 50
Глава IV. Определение расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений 66
4.1. Норма годового стока 66
4.2. Максимальный сток 72
4.3. Минимальный сток 75
Глава V. Охрана окружающей среды 78
Глава VI. Безопасность жизнедеятельности 86
6.1. Анализ состояния охраны труда инженера – гидролога 87
6.2. Анализ производственного травматизма и заболеваемости 91
6.3. Пожарная безопасность 91
6.4. План мероприятий по улучшению условий труда в ФГБУ «Гидрометцентр России» 94
Заключение 97
Библиографический список 100
Приложение 1 102
Приложение 2 104
Приложение 3 106
Приложение 4 108

Введение
Природообустройство - это улучшение (мелиорация) земель разного назначения: сельскохозяйственных, водного и лесного фондов, населенных пунктов, промышленности, транспорта, связи, земель рекреационного, оздоровительного, историко-культурного, научного, оборонного назначения.
Непременной составляющей природообустройства является восстановление свойств компонентов природы или даже самих компонентов после их использования: рекультивация земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, в результате строительства и т.д.; восстановление растительного покрова: восстановление (возобновление) запасов и качества подземных и поверхностных вод и т.п. . [5]

При выборе пунктов-аналогов необходимо учитывать пространственную связанность рассматриваемой гидрологической характеристики, которую количественно выражают через матрицу парных коэффициентов корреляции или пространственную корреляционную функцию, представляющую собой зависимость коэффициентов парной корреляции стока рек от расстояния между центрами тяжести водосборов.Связь считается удовлетворительной и приемлемой для практических расчетов, если отклонения большей части точек не превышают 15% и коэффициент корреляции их r ≥ 0.8[1-3,5-9].Коэффициент корреляции рассчитывается по следующее формуле: (3.1)где yi и xi – соответствующие значения стока рассматриваемых рядов; y0 и x0 – средние значения стока каждого ряда (для продолжительных рядов – нормы стока).При приведении допускается использование гидрометрической информации, а также метеорологической и другой информации, период наблюдений за которой превышает период наблюдений за рассматриваемой гидрологической характеристикой.При привлечении метеорологической и другой информации могут быть использованы региональные зависимости рассматриваемой гидрологической характеристики от факторов, ее определяющих.Приведение к многолетнему периоду может быть выполнено по установленной графической или аналитической зависимости короткого ряда с длительным. Наиболее распространенным способом является построение графической зависимости связи, значений модулей стока в двух разных створах. Поле рассеяния эмпирических точек аппроксимируется аналитической зависимостью, благодаря которой рассчитываются недостающие данные в коротком ряду. Приведение гидрологических рядов и их параметров распределения к многолетнему периоду в настоящее время, как правило, осуществляют аналитическими методами. Для предварительного приведения допускается использование графических и графоаналитических методов.При расчете параметров распределения и значений стока за отдельные годы Qi с использованием аналитических методов, основанных на регрессионном анализе, должны соблюдаться следующие условия:n' (6-10); R Rкр; R/R Акр, k/k Bкр,где n' - число совместных лет наблюдений в приводимом пункте и пунктах-аналогах (n' 6 при одном аналоге, n' 10 при двух и более аналогах) или число пунктов-аналогов при восстановлении с привлечением кратковременных наблюдений (n' 6)R – коэффициент парной или множественной корреляции между значениями стока исследуемой реки и значениями стока в пунктах-аналогах;k - коэффициент регрессии;k - средняя квадратичная погрешность коэффициента регрессии;Rкр - критическое значение коэффициента парной или множественной корреляции (обычно задается 0, 7);Акр, Bкр - критические значения отношений R/R и k/k соответственно (обычно задаются 2,0).Если хотя бы один из коэффициентов уравнения регрессии не удовлетворяет условию, то это уравнение не используют для приведения к многолетнему периоду.В слабо изученном в гидрологическом отношении районе Rкр, Акр и Bкр могут быть уменьшены, а в хорошо изученном – увеличены. При увеличении значений Rкр, Акр и Bкр возрастает точность, но уменьшается объем восстановленных данных.Для определения годового, максимального и минимального стока требуется провести три независимых расчета на основе соответствующих исходных данных.1) Ранжируются (располагаются в убывающем порядке) эмпирические данные о расходах воды (модульных коэффициентов стока); 2) Определяется обеспеченность (Р%) каждого ранжированного значения по формуле эмпирической кривой обеспеченности;3) На клетчатке вероятности строится эмпирическая кривая обеспеченности;4) По данным наблюдений вычисляются среднемноголетние значения годового, максимального, минимального стока с оценкой их точности;5) Определяются коэффициенты вариации и асимметрии с оценкой их точности;6) Подбирается соотношение Cs/Cv;7) Ординаты аналитической кривой обеспеченности определяются по таблице ординат для заданных значений обеспеченности;8) На клетчатку вероятности наносится аналитическая кривая обеспеченности и проверяется ее совпадение с эмпирической кривой;9) По ординатам кривой обеспеченности вычисляются значения стока воды заданной вероятности превышения, которые заносятся в таблицу.3.1 Расчет годового стока различной вероятностью превышенияВ таблице 3.1 приведены исходные данные наблюдений годового стока р. Большой Улуй и возможных рек аналогов. Таблица 3.1. Средние годовые расходы воды (м3/ с) р. Больной Улуй и возможных рек аналогов, (восстановленные значения показаны красным цветом)р, Рыбное-с ,Рыбное Базаиха - Базаихар, Тюхтет-с, Тюхтет р, Нижняя Подъемная-пгт, Большая Мурта р, Большой Улуй-с, Большой Улуй 19489,8419499,25195012,80195113,2019527,9819539,93195413,1019559,5419568,92195712,70195810,8019593,1710,9019606,4514,4019616,383,4013,5019623,339,7819631,687,3419642,093,7910,6019651,693,449,8819664,244,8219,6019671,472,9410,7019680,952,287,8919694,294,1819702,193,7611,6019716,731,834,6710,8019726,571,733,8311,0019737,993,845,1114,5019743,301,251,787,4219756,503,593,3314,2019764,271,181,716,2319775,501,672,407,9719785,691,403,168,1719796,623,202,7610,2019807,052,382,818,4319815,081,263,086,3219825,331,501,947,0119835,753,633,4111,3019845,323,473,2310,3019857,583,313,6513,0019866,652,512,559,8319876,303,442,499,36198810,504,743,9815,5019895,412,142,896,9019903,831,041,925,1919917,542,525,0311,3019927,293,383,7913,7019936,753,802,0810,0019944,1114,0019954,443,7613,1019964,092,117,5919974,862,8010,6019985,713,3112,1019995,132,8512,1020007,701,912,0210,1020017,582,8513,9020026,422,899,8820034,972,052,388,3320046,902,954,0611,50Расчетный бассейн (река Б. Улуй – с. Б.Улуй) характеризуется длиной ряда наблюдений 64 лет. Возможные аналоги имеют ряды наблюдений продолжительностью от 3 до 51 года . Самый высокий коэффициент корреляции с р.Рыбная –с. Рыбная, но у аналога ряд наблюдений всего 3 года. Для восстановления ряда используем р. Тюхтет – с. Тюхтет коэффицент корреляции 0,78, длина ряда 53 г. В таблице 3.2 приведены коэффициенты парной корреляции годового стока. В последней строке показаны коэффициенты корреляции стока рек аналогов со стоком реки Большой Улуй.Таблица 3.2 Коэффициенты парной корреляции р, Рыбное-с, Рыбное Базаиха - Базаихар, Тюхтет-с, Тюхтет р, Нижняя Подъемная-пгт, Большая Мурта Р ,Рыбное-с, Рыбное 1Базаиха - Базаиха0,604921р, Тюхтет-с, Тюхтет 0,204920,569611Р ,Нижняя Подъемная-пгт, Большая Мурта 0,159300,609950,504921р, Большой Улуй-с, Большой Улуй 0,973320,682640,787370,73475На рисунке 3.1 приведен график связи р. Большой Улуй – с. Большой Улуй и р. Тюхтет – с. Тюхтет и уравнение регрессии, R2 по которому был восстановлен годовой сток р. Тюхтет. Рис 3.1 График связи годового стока рек Большой Улуй – с. Большой Улуй и р. Тюхтет – с. Тюхтет.В таблице 3.3 приведены параметры кривой распределения вероятностей ряда годовых расходов воды восстановленных при помощи аналога.Таблица 3.3Определение параметров кривой распределения вероятностей ряда годовой расходов воды№Годы в хронологическом порядкеРасходы воды куб. м/секГодыРасходы. в убыв.порядкеЭмпирическая вероятность превышенияP%1196112.38200917.851.922196212.22200616.662.97319638.43198715.465.77419649.38200814.207.69519658.46200714.049.62619677.95199314.0211.54719686.76200513.4913.46819699.61197213.4015.38919708.78199213.3017.311019718.55199413.2119.2311197213.40198212.9121.151219737.45197412.8223.0813197412.82198312.5524.531419757.29198612.4826.921519768.41200412.3828.851619777.79196112.3830.7717197811.93199112.3432.6918197910.04196212.2234.621919807.47198412.1836.542019818.02199712.1838.4621198212.91197811.9340.3822198312.55200311.3542.3123198412.18200111.2144.2324198510.34200011.1246.1525198612.48199811.1248.0826198715.46199611.0150.002719889.49199010.3651.922819896.96198510.3453.8529199010.36201010.2755.7730199112.34197910.0457.6931199213.3019699.6159.6232199314.0219889.4961.5433199413.2119959.4263.463419959.4219649.3865.3835199611.0120029.2867.3136199712.1819998.9669.2337199811.1219708.7871.153819998.9619718.5573.0839200011.1219658.4675.0040200111.2119638.4376.924120029.2819768.4178.8542200311.3519818.0280.7743200412.3819677.9582.6944200513.4919777.7984.6245200616.6620117.7286.5446200714.0419807.4788.4647200814.2019737.4590.3848200917.8519757.2992.3149201010.2719896.9694.235020117.7219686.7696.155120125.5520125.5598.08При помощи программы Gidrostatistica нами рассчитаны координаты кривых обеспеченности.Метод моментовТеоретическая кривая обеспеченности годового стока приведена на (рис.3.2), сток различной обеспеченности в (табл. 3.4).Таблица 3.4Qcp = 10.80 Cv = 0.25 Cs = 0.34 P %1255075909597Qcp17.7512.5110.638.877.476.686.07Рис.3.2 Теоретическая кривая обеспеченности годовых расходов воды р. Большой Улуй.Метод наибольшего правдоподобия Теоретическая кривая обеспеченности годового стока приведена на (рис.3.3), сток различной обеспеченности в (табл. 3.5).Таблица 3.5Qcp = 10.80 Cv = 0.25 Cs = 1.50Cv P %1255075909597Qcp17.7812.5210.628.877.456.666.05Рис.3.3 Теоретическая кривая обеспеченности годовых расходов воды р. Большой Улуй.В таблице 3.6 приведен годовой сток, восстановленный по реке аналогу (выделено красным цветом), расчеты, сделанные в главе 2 и данные территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края 2004 г.[11].. Из таблицы видно, что все три расчета значительно не отличаются, так как длина ряда реки-аналога был больше 30. Таблица 3.6Обеспеченные расходы воды годового стокаПериоднаблюденийЧисло лет наблюденийПлощадь водосбора,Ср. за многолетний периодПринятые значенияГодовой сток различной обеспеченности, л/с км2Расход воды, м3/смодуль стока, л/с км2слой стока, ммкоэффициент вариации годового стока Cvкоэффициент асимметрии Cs1%25%50%75%90%95%97%По данным территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края 2004г1948-1968; 1970-200456213010,75,02158,40,270,558,685,874,934,063,342,952,72По данным приведенным в главе 3 метод моментов1961-1965; 1967-201251213010,85,07159,90,250,348,355,874,994,163,513,142,85По данным приведенным в главе 2 метод моментов1947-1967; 1969-201264213010,85,08160,40,270,368,595,944,994,113,423,022,733.2 Максимальный стокРасчет максимального стока талых вод различной вероятностью В таблице 3.7 приведены исходные данные наблюдений максимального стока за период половодья р. Большой Улуй и возможных рек аналогов. Таблица 3.7Максимальные за период половодья расходы воды (м3/ с) р. Большой Улуй и возможных рек аналогов, (восстановленные значения показаны красным цветом)р,Ельник - с,Алтат р,Усолка - с,Троицкое р, Ададым- Назаровор, Большая Уря - с, Малая Уря р, Большой Улуй - с, Большой Улуй 1946114,0046,7019471948152,00127,001949154,00148,001950277,0084,40245,001951355,0051,80312,001952142,0033,10125,001953228,00112,00200,001954214,008,04215,001955232,0044,00162,001956183,0038,20169,001957148,0022,70115,001958178,00126,00176,001959227,005,60159,001960219,0057,20210,001961186,0065,90155,001962221,0026,60106,001963150,0017,50118,001964182,0011,40286,001965285,0039,00283,001966571,00316,00686,001967276,0076,10340,001968128,0015,2074,401969221,0041,60201,001970136,00186,00222,001971304,0053,50236,001972155,0050,30115,001973224,00129,00208,001974117,0010,20325,001975144,0016,80273,001976122,005,00144,001977206,0054,80159,00197816,30221,0026,80126,00197917,20181,0018,20180,00198033,20150,0019,20218,00198115,60241,0040,80131,00198210,40225,0027,10114,00198318,60261,0013,0073,20264,00198458,50258,0059,6060,20205,00198538,20255,0054,3073,50295,00198618,10197,0014,9038,50153,00198720,20122,0020,4024,40141,00198838,90245,0025,20161,00251,00198910,00312,008,5913,8088,9019903,5473,500,933,4520,60199122,80179,0024,0096,20138,00199213,80224,0014,2056,10181,0019939,3671,8010,1017,30110,0019948,90187,005,4356,40163,001995148,0013,9059,80156,00199670,8010,7022,10113,001997129,0020,3071,50150,001998231,008,9070,30164,001999430,0014,50115,00252,002000191,0011,2051,70129,002001277,0015,50157,00146,002002220,009,9522,80164,002003130,0016,3026,30114,002004286,0013,2053,10139,002005186,0015,3082,90171,00Расчетный бассейн (река Б. Улуй) характеризуется длиной ряда наблюдений 66 года. Возможные аналоги имеют ряды наблюдений продолжительностью от 17 до 66 лет. В таблице 3.9 приведены коэффициенты парной корреляции максимального стока за половодье. В последней строке показаны коэффициенты корреляции стока рек аналогов со стоком реки Б. Улуй (наибольший коэффициент корреляции выделен красным цветов). На рисунке 3.4 приведен график связи рек Б.Улуй и Усолка. Коэффициенты корреляции не большие (табл.3.8), в учебных целях для проведения анализа используем аналог с длинным рядом наблюдений это река Усолка – с. Троицкое (рис.3.4), (табл. 3.8). Таблица 3.8 Коэффициенты парной корреляции р,Ельник - с,Алтат р,Усолка - с,Троицкое р,Ададым- Назаровор,Большая Уря - с,Малая Уря F=1150 кв,кмр,Ельник - с,Алтат 1р,Усолка - с,Троицкое 0,3477561р,Ададым- Назарово0,9312470,2224075951р,Большая Уря - с,Малая Уря 0,5146160,5844885860,2666451р,Большой Улуй - с,Большой Улуй 0,6803950,6820848660,5678230,61391Рис.3.4 График связи рек Большой Улуй – с. Большой Улуй и р. Усолка – с. Троицкое.В таблице 3.9 приведены параметры кривой распределения вероятностей ряда максимальных расходов воды за половодье.Таблица 3.9 Определение параметров кривой распределения вероятностей ряда наибольших за период половодья расходов воды№Годы в хронологическом порядкеРасходы воды куб. м/секГодыРасходы. в убыв.порядкеЭмпирическая вероятность превышенияP%11947112.652010481.001.5221949143.401966463.993.0331950237.961999355.594.5541951297.931951297.936.0651952134.171989264.877.5861953200.291971258.729.0971954189.532008247.0010.6181955203.372004244.8812.1291956165.701965244.1113.64101957138.791950237.9615.15111958161.852001237.9616.67121959199.521967237.1918.18131960193.371983225.6619.70141961168.001984223.3621.21151962194.911985221.0522.73161963140.331988213.3624.24171964164.931981210.2925.76181965244.112007204.0027.27191966463.991955203.3728.79201967237.191998202.6030.30211968123.411953200.2931.82221969194.911959199.5233.33231970129.561982197.9934.85241971258.721973197.2236.36251972144.171992197.2237.88261973197.221978194.9139.39271974114.951969194.9140.91281975135.711962194.9142.42291976118.802002194.1443.94301977183.381960193.3745.45311978194.911954189.5346.97321979164.161977183.3848.48331980140.331986176.4650.00341981210.292000171.8551.52351982197.992005171.0053.03361983225.661994168.7754.55371984223.361961168.0056.06381985221.052006168.0057.58391986176.461956165.7059.09401987118.801964164.9360.61411988213.361979164.1662.12421989264.871991162.6263.6443199081.511958161.8565.15441991162.621972144.1766.67451992197.221949143.4068.1846199380.201980140.3369.70471994168.771963140.3371.21481995138.791957138.7972.7349199679.441995138.7974.24501997124.181975135.7175.76511998202.601952134.1777.27521999355.592009131.0078.79532000171.851970129.5680.30542001237.962003124.9581.82552002194.141997124.1883.33562003124.952011124.0084.85572004244.881968123.4186.36582005171.001976118.8087.88592006168.001987118.8089.39602007204.001974114.9590.91612008247.001947112.6592.42622009131.00199081.5193.94632010481.00199380.2095.45642011124.00199679.4496.9765201259.90201259.9098.48При помощи программы Gidrostatistica нами рассчитаны координаты кривых обеспеченности.Метод моментовТеоретическая кривая обеспеченности годового стока приведена на (рис.3.5), сток различной обеспеченности в (табл. 3.10).Таблица 3.10Qcp = 186.07 Cv = 0.40 Cs = 1.81 P %0.11510202550Qp635.29 439.70336.77279.04239.15219.20170.60График 3.5 Теоретическая кривая обеспеченности максимальных расходов р. Большой Улуй.Метод наибольшего правдоподобияТеоретическая кривая обеспеченности годового стока приведена на (рис. 3.6), сток различной обеспеченности в (табл. 3.11).Таблица 3.11Qcp = 186.07 Cv = 0.40 Cs = 4.50P %0.11510202550Qp634.90439.52336.67279.99239.13219.19170.62График 3.6 Теоретическая кривая обеспеченности максимальных расходов р. Большой Улуй.В таблице 3.12 приведен максимальный сток за период половодья, восстановленный по реке аналогу (выделено красным цветом), расчеты сделанные в главе 2 и данные территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края 2004 г. [11].Данные восстановленные по реке аналогу значительно меньше предыдущих расчетов, так как связь аналога и расчетной реки была с коэффициентом корреляции 0.68, а этого не достаточно для восстановления ряда. Таблица 3.12Максимальный сток за период половодья различной обеспеченностирекаПлощадь водосбораЧисло лет наблюденийЗа многолетний периодМаксимальные расходы воды за половодье различной обеспеченностиQMCvCs0.115102025По данным территориального комплексного кадастра природных ресурсов Красноярского края 2004гР. Большой Улуй21306018787,80,542,47848539386302248220По данным метода моментов глава 2Р. Большой Улуй213066185,3870,532,45855539386304250223По данным приведенным в главе 3 метод наибольшего правдоподобияР. Большой Улуй21306518687,40,44,5634,9439337280239219Глава IV. Определение расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений4.1. Норма годового стока В тех случаях, когда сведения о режиме реки представлены всего двумя - тремя годами наблюдений или вообще отсутствуют, в основу расчетов стока ложатся косвенные приемы. При отсутствии данных гидрометрических наблюдений в расчетном створе применяют региональные методы расчета гидрологических характеристик, основанные на результатах обобщения данных гидрометеорологических наблюдений в районе проектирования. Параметры распределения и расчетные значения определяют с помощью следующих основных методов[1,5,10] :- водного баланса;- гидрологической аналогии;- осреднения в однородном районе;- построения карт изолиний;- построения региональных зависимостей стоковых характеристик от основных физико-географических факторов водосборов;- построения зависимостей между погодичными стоковыми характеристиками и стокоформирующими факторами.При определении среднего многолетнего стока (нормы) по карте в его значения, определенные по карте, следует вводить поправки на влияние местных азональных факторов, которые учитывают неполное дренирование реками подземных вод, наличие карста, выходов подземных вод, особенности геологического строения бассейна, характер почв (грунтов), промерзание и пересыхание рек, различие средних высот водосборов и другие особенности. Поправки определяют путем построения зависимостей среднего многолетнего стока от азональных факторов.Среднее многолетнее значение стока (в модулях или слоях стока) для расчетного пункта (центра тяжести водосбора) на равнинной территории или при незначительно меняющемся рельефе определяют линейной интерполяцией между изолиниями стока.В случае пересечения водосбора несколькими изолиниями средневзвешенное значение стока вычисляют по формуле, (4.1)где , ,..., - средние значения стока между соседними изолиниями, пересекающими водосбор;, ,..., - соответствующие площади между изолиниями; - общая площадь водосбора до расчетного створа.Основными гидрографическими и физико-географическими факторами для построения региональных зависимостей являются следующие:1) площадь водосбора , км2;2) гидрографическая длина водотока , км;3) средневзвешенный уклон водотока i,представляющий собой условный выровненный уклон ломаного профиля, эквивалентный сумме частных средних уклонов профиля водотока.Средневзвешенный уклон определяют только для незарегулированных водотоков, а также для участков рек, расположенных в нижних бьефах водохранилищ;4) средняя высота водосбора , м, над уровнем моря; определяют по гипсографической кривой водосбора или по формуле , (4.