Для того чтобы решить следующие типы задач, необходимо вспомнить, как определяется падение реки, а зная падение, можно определить и её уклон.
Падением реки называют превышение уровня её истока над устьем, выраженное в метрах. Падение же на отдельном участке реки — это разница высоты между двумя точками, взятыми на определённом расстоянии друг от друга. Падение реки определяют по формуле:
П = h1 – h2,
где П — падение реки,
h1 — высота истока,
h2 — высота устья.
Уклоном реки называют отношение её падения (в сантиметрах) к длине реки (в километрах). Уклон реки вычисляется по формуле:
Пр = П / L,
где Пр — уклон реки,
П — падение реки,
L — длина реки.
Для примера решим одну из предложенных задач, потому что они идентичны.
Задача 1
Определите уклон реки, если его длина составляет 50 км, высота истока — 150 м, высота устья — 100 м.
Решение
Дано:
L = 50 км
h1 = 150 м
h2 = 100 м
Падение (П) — ?
Уклон (Пр) — ?
П = h1 – h2 = 150 м – 100 м = 50 м.
Пр = 5000 см : 50 км = 100 см/км = 1 м/км.
Ответ
Уклон реки составляет 1 м на километр длины.
Предлагаем другие типы задач, касающихся этой темы.
Задача 2
Определите падение и уклон реки, длина которой 3000 км, высота истока — 260 м, а устья–20 м.
Решение
Дано:
L = 3000 км
h1 = 260 м
h2 = –20 м
Падение (П) — ?
Уклон (Пр) — ?
П = h1 – h2 = 260 – (–20 м) = 280 м.
Пр = 28 000 см : 3000 км = 9,3 см/км.
Ответ
Падение реки составляет 280 метров, а уклон
реки равен 9,3 см на километр длины.
Задача 3
Определите уклон реки, длина которой 502 км, высота истока — 256 м, высота устья — 100 м.
Решение
Ответ
Уклон реки равен 31 см/км.
Задача 4
Вычислите высоту одного из крупнейших барханов Западной Сахары, если известно, что крутизна его подветренного склона 30°, а длина — 200 м.
Решение
- Авторы
- Резюме
- Файлы
П.М. Мазуркин
Для примера данные водомерного поста в течении одного года приняты по учебнику инженерной геодезии для наблюдений за 1975 год уровня реки Угрюмая около с. Горное. В статье излагается метод, в соответствии с которым, последовательно выделяются этапы годичной динамики уровня воды в реке или иных гидрологических показателей.
Основы статистической гидрологии приведены в учебном пособии [1]. Для примера данные водомерного поста в течении одного года приняты по учебнику инженерной геодезии [2] для наблюдений за 1975 год уровня реки Угрюмая около с. Горное. В статье излагается метод, в соответствии с которым, последовательно выделяются этапы годичной динамики уровня воды в реке или иных гидрологических показателей.
Метод поэтапного анализа. В задачи гидрометрии входят непрерывные измерения уровней и глубин водных потоков, скоростей и направлений течения жидкости, расходов воды и наносов, гидравлических уклонов и других гидрологических показателей у элементов водных объектов, характеризующих их режим поведения во времени.
Уровни воды в реках постоянно изменяются. Наблюдения за уровнями ведут ежедневно на гидрологических постах, оборудованных специальными приборами. Сроки измерения уровней зависят от режима водного объекта и назначения поста. Первичная обработка заключается в приведении измеренных уровней к нулю графика гидрологического поста, вычислении среднесуточных уровней, выборе максимальных и минимальных уровней, составление годовой таблицы и хронологического графика колебаний среднесуточных уровней воды. Задача гидрометрических исследований — наметить такие мероприятия, чтобы за счёт изучения сезонов годичного цикла подготовиться к рациональной, комплексной и экологически ответственной эксплуатации реки. Для этого годичные данные следует моделировать поэтапно, разбив весь год на периоды (весеннее половодье, летная и зимняя межени, ледостав, ледоход). Это — последовательный метод, так как вначале по характерным точкам динамики уровня реки выделяются сезонные этапы, а в них принимаются «свои» шкалы времени.
В таблице 1 приведен пример исходных данных для моделирования.
График ежедневных уровней строится, в сравнительно мелком масштабе, и на нем показываются начало и конец различных фаз (периодов, гидрологических сезонов года).
По данным [2, с.13] выделены следующие характерные границы этапов годичной динамики уровня воды в реке:
- зимняя межень — 16.01.75г.;
- начало половодья — 24.03.75г.;
- пик весеннего половодья — 02.04.75г. (эта точка помещается в этап весеннего половодья);
- летняя межень — 6.07.75г.;
- начало осени — 23.08.75г.;
- начало ледохода — 15.11.75г.;
- начало ледостава — 29.12.75г.
Всего можно выделить на этой реке (в соответствующих климатических условиях число этапов различно) шесть последовательных этапов (фаз) изменения гидрологического режима:
- от зимней межени до начала весеннего половодья;
- от начала весеннего половодья (включая весенний ледоход) до летней межени;
- от летней межени до начала осени;
- от начала осени до начала осеннего ледохода;
- от начала осеннего ледохода до начала ледостава;
- от начала ледостава до зимней межени.
По данным табл. 1 возможно получить статистические модели по первым пяти фазам режима реки, так как ледостав будет определяться еще и данными начала 1976 г.
Таблица 1. Ежедневные уровни реки Угрюмая на 1975г. у села Горное, см
|
Дни |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 |
16 19 20 19 19 18 18 19 20 20 20 18 16 12 12 12 12 14 14 14 17 18 16 17 17 17 18 19 20 21 22 |
22 21 25 26 29 30 32 32 32 31 31 30 30 31 31 30 31 32 32 33 34 36 37 39 41 43 48 50 |
56 63 69 80 96 112 119 132 140 136 128 116 107 103 106 96 89 89 90 91 96 93 96 91 100 115 151 204 265 297 343 |
447 477 472 450 425 405 402 415 433 447 450 442 428 412 398 386 375 364 353 339 323 300 275 251 219 194 175 159 146 133 |
114 113 107 101 99 97 96 96 91 86 79 72 67 62 57 54 49 46 42 40 40 43 40 39 37 34 29 28 24 16 13 |
8 12 14 15 11 7 4 1 0 0 -2 -3 -5 -8 -10 -13 -14 -16 -16 -16 -15 -16 -16 -18 -19 -18 -20 -22 -19 -19 |
-15 -18 -19 -21 -22 -24 -21 -18 -19 -20 -20 -22 -21 -18 -16 -16 -17 -14 -13 -13 -12 -11 -12 -12 -12 -14 -17 -17 -16 -15 -12 |
-7 -6 -2 -6 -4 -4 -5 -7 -7 -6 -4 -4 -3 -3 -6 -7 -8 -9 -9 -11 -14 -17 -18 -17 -17 -14 -14 -14 -15 -13 -13 |
-13 -13 -13 -14 -14 -15 -15 -15 -17 -15 -16 -17 -16 -13 -12 -11 -9 -10 -10 -12 -14 -16 -16 -16 -16 -16 -17 -17 -18 -19 |
-20 -20 -19 -18 -16 -14 -14 -15 -16 -17 -18 -19 -19 -18 -18 -19 -21 -21 -19 -19 -20 -19 -18 -17 -16 -16 -15 -10 -9 -8 -8 |
-7 -5 -3 1 3 1 0 -2 -3 -3 -4 -5 -6 -9 -16 -15 -8 -5 -10 -5 -3 -1 3 10 8 7 10 21 21 20 |
20 20 22 23 28 35 48 77 246 294 247 288 320 315 315 301 285 244 206 194 194 184 182 179 171 162 162 158 157 158 158 |
|
Средн. Высш. Низш. |
17 22 12 |
33 51 21 |
125 395 56 |
350 478 128 |
62 114 11 |
-7 16 -22 |
-17 -10 -24 |
-9 -1 -18 |
-14 -9 -18 |
-17 -8 -21 |
0 22 -16 |
174 321 20 |
Предвесеннее пробуждение реки. Первый этап — от зимней межени до начала весеннего половодья (табл. 2). Разбивку календарного года на этапы начнем с зимней межени, то есть с самой нижней точки уровня воды в зимнее время. До этого был период «спячки» реки, то есть этап от начала ледостава до зимней межени.
Поэтому первым циклом в жизнедеятельности реки будет весеннее пробуждение водотока подо льдом, то есть в условиях ледостава.
Для реки Угрюмая около водомерного поста села Горное в 1975 году зимняя межень была 16 января. С этого момента, принимая для указанной даты t1=0, в таблице. 2 приведены даты и значения времени, а также значения фактических y^ и расчетных y уровней реки.
После структурно-параметрической идентификации биотехнического закона была получена статистическая модель
,
(1)
в которой время изменяется от нуля до 67 дней.
Первая составляющая формулы (1) показывает экспоненциальный рост уровня реки на первом этапе от зимней межени до начала весеннего половодья. Из данных табл. 2 видно, что, если бы не «сопротивление» (противодействие льда подъему воды реки) по двум другим составляющим модели (1), то уровень реки теоретически достиг бы через 67 дней до отметки 296,0 см. Тогда возможно определить содержательный смысл двух других частей статистической модели.
Вторая и третья составляющие вычитаются из первой. Вторая составляющая показывает стрессовое возбуждение реки в первом периоде, а вторая изменяется по волновой зависимости с полупериодом в 16,76 дней (с периодом в 33,5 дня). При этом происходит возбуждающее колебание уровня реки, причем по данным табл. 2 от нуля (в зимнюю межень) до 106,0 м (в начале половодья). Именно это отрицательное сопротивление водотоку взламывает лед, и река переходит в следующий этап своего годичного цикла — происходит весеннее половодье. Тогда можем допустить, что вторая и третья составляющие описывают влияние климата на уровень реки.
По таблице 2 максимальная относительная погрешность равна 27,90%. Поэтому для этих наблюдений по худшему из них доверительная вероятность будет 72,10%. В связи с этим, можем утверждать, что статистическая модель (1) имеет доверительную вероятность не ниже указанного значения. В этом случае, например в сравнении с критерием Фишера, требовательность к статистической модели повышена примерно на порядок, так как по многим другим дням зимы относительная погрешность меньше 5%.
В дальнейшем строятся графики изменения уровня реки по отдельным составляющим модели (1) и сравнением их находятся новые объяснения явлениям и процессам, происходящим на каждом этапе годичного цикла жизнедеятельности водотока реки. Для последующих лет по многолетним гидрометрическим данным уравнение (1) для этого зимнего сезона останется без изменения по конструкции, а параметры модели будут иметь другие численные значения.
Таблица 2. Изменение уровня реки Угрюмая около с. Горное зимой, см
|
Дата |
Время |
Уровень |
Расчетные значения (1): |
Составляющие (1): |
||||
|
учета |
t1, дни |
y^ |
y |
ε |
Δ, % |
y1 |
y2 |
y3 |
|
16.01.75 19.01.75 27.01.75 01.02.75 04.02.75 08.02.75 16.02.75 23.02.75 26.02.75 28.02.75 02.03.75 04.03.75 05.03.75 07.03.75 08.03.75 09.03.75 10.03.75 11.03.75 12.03.75 14.03.75 16.03.75 19.03.75 22.03.75 24.03.75 |
0 3 11 16 19 23 31 38 41 43 45 47 48 50 51 52 53 54 55 57 59 62 65 67 |
12 14 18 22 26 32 30 37 43 50 63 80 96 119 132 140 136 128 116 103 96 90 93 91 |
10.98 12.67 19.51 27.34 32.08 35.18 25.07 26.69 41.61 56.49 73.91 91.87 100.30 114.60 119.90 123.60 125.70 126.00 124.60 116.90 104.90 86.51 82.48 96.47 |
-1.02 -1.33 1.51 5.34 6.08 3.18 -4.93 -10.34 -1.39 6.50 10.92 11.87 4.31 -4.41 -12.12 -16.37 -10.29 -1.98 8.58 13.98 8.92 -3.50 -10.58 5.47 |
-8.50 -9.50 8.40 24.30 23.40 9.90 -16.40 —27.90 -3.20 19.90 17.30 14.80 4.50 -3.70 -9.20 -11.70 -7.60 -1.50 7.40 13.60 9.30 -3.90 -11.30 6.00 |
10.98 12.72 18.86 24.11 27.94 34.02 50.41 71.13 82.43 90.95 100.30 110.70 116.30 128.30 134.80 141.60 148.70 156.20 164.10 181.00 119.70 231.50 268.30 296.00 |
0.00 0.00 0.02 0.24 0.67 2.06 10.28 26.14 35.36 42.07 49.05 56.19 59.63 66.46 69.74 72.89 75.89 78.71 81.35 85.97 89.64 93.15 94.18 93.52 |
0.00 0.06 -0.68 -3.46 -4.81 -3.24 15.07 18.30 5.47 -7.61 -22.62 -37.27 -43.64 -52.73 -54.83 -54.94 -52.88 -48.53 -41.85 -21.92 5.19 51.84 91.62 106.00 |
Весеннее половодье. Второй этап — от начала весеннего половодья (включая весенний ледоход, происходящий в несколько дней) до летней межени. Начало весеннего половодья 24.03.1975 года примем за новую шкалу времени t2 с началом t2=0. По исходным данным табл. 9.1 была получена статистическая модель (табл. 3)
. (2)
Из данных таблицы 3 видно. что наиболее значимым является вторая составляющая стрессового возбуждения, которая имеет начало и конец по концам интервала времени данного этапа режима реки.
Относительно постоянного уровня 87,71 см происходит колебательное возмущение по третьей составляющей. При этом полный период одной длины волны равен 2 х 3,1654 = 6,33 суток. Смещение колебательного возмущения, происходящего на гребне общей волны резкого изменения уровня воды в реке, происходит на 0,9188 радиан или 0,9188 х 3,1654 / 3,14156 = 0,93 суток. Таким образом, частота колебания третьей составляющей высока, и её более точно возможно идентифицировать по данным почасовых замеров в течение суток.
Таблица 3. Изменение уровня реки Угрюмая около с. Горное в половодье, см
|
Дата |
Время |
Уровень |
Расчетные значения (2): |
Составляющие (2): |
||||
|
учета |
t2,дни |
y^ |
y |
ε |
Δ, % |
y1 |
y2 |
y3 |
|
24.03.75 26.03.75 28.03.75 29.03.75 31.03.75 01.04.75 02.04.75 03.04.75 11.04.75 12.04.75 16.04.75 21.04.75 24.04.75 27.04.75 30.04.75 04.05.75 12.05.75 19.05.75 29.05.75 06.06.75 23.06.75 30.06.75 06.07.75 |
0 2 4 5 7 8 9 10 18 19 23 28 31 34 37 41 49 56 66 74 91 98 104 |
91 115 204 265 343 447 477 472 450 442 386 323 251 175 133 101 72 42 24 7 -16 -19 -24 |
87.71 124.34 209.06 249.95 356.19 432.48 481.84 474.73 441.02 451.45 397.34 303.52 232.94 191.06 148.04 108.84 59.61 37.05 18.80 8.49 -10.54 -18.14 -24.63 |
3.29 -9.34 -5.06 15.05 -13.19 14.52 -4.84 -2.73 8.98 -9.45 -11.34 19.48 18.06 -16.06 -15.04 -7.84 12.49 4.95 5.20 -1.49 -5.46 -0.86 0.63 |
3.62 -8.12 -2.48 5.68 -3.84 3.25 -1.01 -0.57 1.99 -2.14 -2.94 6.03 7.19 -8.17 -11.31 -7.76 17.34 11.78 2.16 -21.28 34.12 4.53 -2.62 |
87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 87.71 |
0.00 38.63 126.52 177.23 276.69 319.17 357.03 388.59 428.04 413.80 339.32 237.38 183.32 137.84 101.31 65.17 24.74 9.82 2.38 0.72 0.05 0.02 0.01 |
0.00 -0.21 0.78 9.55 -0.31 -34.23 -46.86 -9.26 55.31 29.48 4.87 -8.66 4.57 -2.22 1.00 -0.23 0.02 0.00 0.00 4.02 -1.82 -9.93 -1.41 |
В ориентировочных гидрологических расчетах третьей составляющей можно пренебречь, так как погрешность максимума 55,31 см не превышает 12,29%.
Теоретический максимум уровня воды совпадает по дню с фактическим значением. Поэтому уравнение (2) вполне может заменить табличную модель изменения уровня воды в реке, например, при прогнозировании весеннего половодья в имитационных моделях. Причем дополнительным уравнением биотехнического изменения можно описать небольшое снижение уровня воды в пике половодья (какое-то явление импульсно повлияло на частичное снижение уровня воды).
От летней межени до начала осени. В этот период наблюдаются наиболее низкие уровни воды в реке. Размах динамики уровня воды незначителен. Однако вполне возможно получить статистические закономерности и по этой фазе режима реки. После структурно-параметрической идентификации была получена формула (табл. 4)
. (3)
Первая составляющая, являясь естественной закономерностью, описывает влияние летнего климата на динамику уровня воды в реке: происходит постепенное снижение уровня воды из-за интенсивного испарения. Этому процессу противостоит вторая составляющая, которая, конечно же, показывает влияние летних осадков.
Волновое возмущение значимо для июля месяца, а в августе динамика уровня воды описывается в основном первыми двумя составляющими уравнения (3). Длина волны равна 2 х 16,945 = 33,89 суток и смещение возмущения также значительно 4,3990 х 16.945 / 3,14156 = 23,73 суток. Таким образом, периодичность волнового возмущения в весеннее половодье в 16,945 / 3,1654 = 5,35 раз чаще, чем летом.
Таблица 4. Изменение уровня реки Угрюмая около с. Горное летом, см
|
Дата |
Время |
Уровень |
Расчетные значения (3): |
Составляющие (3): |
||||
|
учета |
t3, дни |
y^ |
y |
ε |
Δ, % |
y1 |
y2 |
y3 |
|
06.07.75 07.07.75 08.07.75 10.07.75 12.07.75 14.07.75 16.07.75 19.07.75 22.07.75 24.07.75 26.07.75 29.07.75 31.07.75 01.08.75 03.08.75 05.08.75 07.08.75 10.08.75 13.08.75 15.08.75 18.08.75 20.08.75 21.08.75 23.08.75 |
0 1 2 4 6 8 10 13 16 18 20 23 25 26 28 30 32 35 38 40 43 45 46 48 |
-24 -21 -18 -20 -22 -18 -16 -13 -11 -12 -14 -16 -12 -7 -2 -4 -5 -6 -3 -6 -9 -11 -14 -18 |
-20.26 -20.47 -20.67 -21.06 -21.11 -19.79 -16.53 -11.41 -11.31 -13.24 -14.54 -13.13 -10.40 -8.85 -5.97 -3.87 -2.79 -3.00 -4.84 -6.67 -9.97 -12.37 -13.61 -16.11 |
3.74 0.53 -2.67 -1.06 0.89 -1.79 -0.53 1.59 -0.31 -1.24 -0.54 2.87 1.60 -1.85 -3.97 0.13 2.21 3.00 -1.84 -0.67 -0.97 -1.37 0.39 1.89 |
15.54 2.53 -14.83 -5.30 4.04 -9.94 -3.31 12.23 -2.82 -10.33 -3.86 17.94 13.33 -26.43 —198.50 3.25 44.20 50.00 -61.33 -11.77 -10.78 -12.45 2.78 10.50 |
-20.26 -20.47 -20.87 -21.09 -21.51 -21.95 -22.39 -23.08 -23.78 -24.26 -24.75 -25.50 -26.02 -26.28 -26.81 -27.35 -27.90 -28.75 -29.63 -30.23 -31.15 -31.78 -32.10 -32.75 |
0.00 0.00 0.00 0.01 0.04 0.40 1.10 3.22 6.71 9.63 12.79 17.49 20.27 21.49 23.53 24.95 25.74 25.80 24.70 23.48 20.15 19.38 18.49 16.64 |
0.00 -0.00 0.00 0.01 0.31 1.76 4.76 8.44 5.76 1.40 -2.58 -5.11 -4.65 -4.07 -2.69 -1.47 -0.63 -0.05 0.08 0.07 0.04 0.02 0.01 0.01 |
Некоторые точки можно исключить из-за малости их значений, например, 03.08.75г. уровень воды был всего -2 см, поэтому погрешность резко увеличилась. Анализ показал, что исключение таких резко отклоняющихся по погрешности точек не влияет на общую картину по статистической модели. Поэтому такие уточнения здесь, если этого не требуют специальные исследования с требуемой высокой точностью моделирования, не приводим.
Уровень воды в реке осенью. С конца августа начинается осенний этап режима реки и здесь, из-за неритмичности выпадения дождей, могут появиться микровейвлетные всплески. К середине сентября, по-видимому из-за отсутствия дождей почти 10 дней, произошло частное снижение уровня воды в реке. А в последней декаде месяца, наоборот, произошло незначительное повышение уровня воды в реке. Такие участки данных исключались из анализа динамики уровня воды.
Если не учитывать несколько резко отклоняющихся точек, модель (табл. 5) вида
(4)
с относительно высокой точностью описывает осеннюю динамику уровня воды в реке.
Таблица 5. Изменение уровня реки Угрюмая около с. Горное осенью, см
|
Дата |
Время |
Уровень |
Расчетные значения (4): |
Составляющие (4): |
||||
|
учета |
t4,дни |
y^ |
y |
ε |
Δ, % |
y1 |
y2 |
y3 |
|
23.08.75 26.08.75 31.08.75 15.09.75 17.09.75 19.09.75 24.09.75 30.09.75 02.10.75 04.10.75 13.10.75 18.10.75 22.10.75 26.10.75 28.10.75 30.10.75 01.11.75 03.11.75 06.11.75 08.11.75 10.11.75 11.11.75 14.11.75 15.11.75 |
0 3 81 23 25 27 32 38 40 422 51 56 60 64 66 68 70 72 75 77 79 80 83 84 |
-18 -14 -13 -11 -10 -12 -16 -19 -20 -18 -19 -21 -19 -16 -10 -8 -7 -3 1 -2 -3 -4 -9 -16 |
-16.77 -16.54 -12.23 -10.36 -11.58 -12.74 -15.11 -17.17 -17.80 -18.44 -21.06 -20.90 -18.77 -14.50 -11.71 -8.70 -5.73 -3.15 -0.84 -0.93 -2.75 -4.40 -9.30 -16.40 |
1.23 -2.54 0.77 0.64 -1.58 -0.74 0.89 1.83 2.20 -0.44 -2.06 0.10 0.23 1.50 -1.71 -0.70 1.26 -0.15 -0.84 1.07 0.25 0.60 -0.30 -0.40 |
-6.83 18.14 -5.92 -5.82 15.80 6.17 -5.56 -9.63 -11.00 2.44 10.84 -0.48 -1.21 -9.38 17.10 8.75 -18.00 5.00 —84.00 -53.50 -8.33 -30.00 3.33 2.50 |
-16.77 -16.87 -17.03 -17.53 -17.60 -17.67 -17.84 -18.04 -18.11 -18.18 -18.50 -18.68 -18.83 -18.97 -19.05 -19.12 -19.19 -19.27 -19.38 -19.45 -19.53 -19.57 -19.64 -19.72 |
0.00 0.32 4.79 7.13 5.95 4.83 2.62 1.11 0.81 0.59 0.12 0.05 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 |
0.00 0.00 0.00 -0.05 -0.08 -0.09 -0.10 0.23 0.50 0.84 2.68 2.27 -0.03 -4.46 -7.33 -10.41 -13.46 -16.11 -18.53 —18.52 -16.78 -15.16 -10.33 -3.34 |
Примечания: 1начало вейвлет-функции импульсного снижения уровня воды;
2начало импульсного повышения уровня воды в реке.
Частота колебательного возмущения уменьшается по сравнению с летним изменением уровня воды в реке, то есть в 24,831 / 16,945 = 1,47 раза, а по сравнению с весенним половодьем — в 7,84 раза.
Характер изменения естественной составляющей аналогичен летнему сезону. Однако, если летом (при отсутствии осадков) снижение уровня могло быть в 32,75 / 20,26 =
1,62 раза, то осенью это снижение мало и составляет всего 19,72 / 16,77 = 1,18 раз.
Максимум стрессового возбуждения реки 7,13 см в сторону повышения уровня воды в реке наблюдался 15.09.75г., то есть в середине сентября. А максимум волнового возмущения -18.52 см в сторону снижения уровня реки приходится на 08.11.75г.
От начала ледохода до начала ледостава. Этот предзимний этап гидрологического режима реки также получает уравнение с тремя составляющими (табл. 6)
. (5)
Таблица 6. Изменение уровня реки Угрюмая около с. Горное в предзимье, см
|
Дата |
Время |
Уровень |
Расчетные значения (5): |
Составляющие (5): |
||||
|
учета |
t5, дни |
y^ |
y |
ε |
Δ, % |
y1 |
y2 |
y3 |
|
15.11.75 19.11.75 23.11.75 27.11.75 01.12.75 05.12.75 07.12.75 08.12.75 09.12.75 10.12.75 12.12.75 13.12.75 15.12.75 16.12.75 17.12.75 18.12.75 19.12.75 23.12.75 26.12.75 29.12.75 |
0 4 8 12 16 21 23 24 25 26 28 29 31 32 33 34 35 39 42 45 |
-16 -10 3 10 20 28 48 77 246 294 288 320 315 301 285 244 206 182 162 157 |
-16.00 -15.89 -17.77 18.52 28.36 10.51 80.45 132.14 188.18 242.05 319.61 335.73 321.63 497.63 268.58 239.42 214.19 179.64 179.50 140.06 |
0.00 5.89 20.77 -8.52 -8.36 17.49 -32.45 -55.14 57.82 51.95 -31.61 -15.73 -6.63 3.37 16.42 4.59 -8.19 2.36 -17.50 16.94 |
0.00 5.90 693.30 -85.20 -41.80 62.50 -67.60 -71.60 23.50 17.70 -10.90 -4.90 -2.10 1.10 5.80 1.90 -3.90 1.30 -10.80 10.80 |
-16.00 -15.02 -14.05 -13.24 -12.43 -11.49 -11.14 -10.96 -10.79 -10.62 -10.29 -10.13 -9.82 -9.66 -9.51 -9.36 -9.22 -8.65 -8.25 -7.87 |
0.00 0.00 0.12 3.11 22.43 98.34 143.72 167.57 191.14 213.61 252.14 266.89 285.17 288.31 287.49 282.93 274.94 218.42 164.72 114.29 |
0.00 -0.86 -3.79 28.54 18.37 -76.33 -52.13 -24.46 7.83 39.06 77.76 78.97 46.28 18.98 -9.40 -34.15 -51.54 -30.13 23.04 33.64 |
Большие значения относительной погрешности в первой декаде декабря показывают, что возможно разделение этапа еще на две фазы: 1) ледоход; 2) ледостав. Для этого необходимо проводить дальнейшие исследования по статистическому моделированию режима различных рек.
Для реки Угрюмая, около села Горное [2], приведены табличные модели различных гидрологических показателей. В этом случае образуется комплекс регрессионных моделей, характеризующих не только динамику среднесуточных уровней воды в реке, но и профиль реки на данном водомерном посту, скорости водотока и другие гидрологические и гидрометрические показатели.
Статья подготовлена и опубликована при поддержке гранта 3.2.3/4603 МОН РФ
Список литературы
- Мазуркин П.М., Зверев В.И., Толстухин А.И. Статистическая гидрология: Учебное пособие. — Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. — 274 с.
- Практикум по курсу прикладной геодезии / Н.Н. Лебедев, В.Е. Новак, Г.П. Левчук и др. Под ред. Н.Н. Лебедева. — М.: Недра, 1977. — 384 с.
Библиографическая ссылка
П.М. Мазуркин МЕТОД ПОЭТАПНОГО АНАЛИЗА ДИНАМИКИ УРОВНЯ РЕКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 7.
– С. 32-41;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25025 (дата обращения: 26.05.2023).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
Падение реки — это разница высота истока и устья реки, которое измеряется в метрах.
Падение рассчитывается по следующей формуле:
Н = Н1 — Н2
где Н1 — абсолютная высота истока, а Н2 — абсолютная высота устья.
Пример расчёта падения реки рассмотрим на примере реки Волги. Высота истока (Н1) — 228 м., а высота устья (Н2) — 28 м., тогда 228 — 28 = 200 м. падение реки Волги.
Уклон реки — это отношения величины падения реки (в см.) к её длине (в км.), который измеряется в см/км.
Уклон реки рассчитывается по следующей формуле:
I = H : L
где Н — падение реки, а L — длина реки.
Зная, что длина реки Волги — 3530 км., можно легко определить её уклон. Однако перед этим необходимо перевести значение падения реки из метров в сантиметры:
Уклон Волги — 200 м. = 20000 см., тогда:
20000 : 3530 = 5,67 см/км — уклон реки Волга.
Сообщения:
|
Получил вопрос, на которой не смог толком ответить (часть 1) Александр, здравствуйте! Хочу обратится к Вам с просьбой: Мой ответ на вторую часть: Вопрос в Контакте: vk.com/rusloved |
|
Администратор запретил публиковать записи гостям. |
|
По второму вопросу: вообще-то мало информации и не так все просто. Что это за уровень в 773 см? за какой период наблюдения? в районе Ветлужского есть зажорный участок, это не от зажора уровень? Пост открыт в 1960 году, то есть могут быть 50 с лишним лет наблюдений, но совершенно не факт, что построив статистическую кривую по 50 годам, крайняя точка, как раз 2%, ляжет на кривую хорошо. Причем, еще одна странность — по ниже расположенному посту, в Дубниках (после 60 года, он, судя по всему, и был перенесен в Ветлужский) как раз максимальный уровень в 776 см значится. Так что стоит разобраться, что это за уровень и насколько ему можно доверять. |
|
Администратор запретил публиковать записи гостям. |
|
Наивысшие уровни Ветлуги на в/посту Ветлужский наблюдаются на две недели, или на месяц позже весеннего ледохода, а зажорный участок находится в 162 км выше по течению, на участке в/поста Ветлуга. Получается, что высокие уровни наблюдаются при чистой воде. |
|
Администратор запретил публиковать записи гостям. |
|
В Каталоге заторно-зажорных явлений указан участок как раз в районе вод/поста Ветлужский |
|
Администратор запретил публиковать записи гостям. |
|
Прошу прощения — невнимательно читала каталог. Действительно, ниже поста, в 1 км зажорный участок, но высшие уровни наблюдаются в мае, иногда в конце апреля, а зажорные — декабрь, январь и они гораздо ниже уровней половодья. В томе 18 «Характерные уровни», в/пост Ветлужский, в графе «наивысшие уровни за год» нет пометок, что они наблюдались при зажорах или заторах. |
|
Администратор запретил публиковать записи гостям. |
|
Максим писал(а): могут быть 50 с лишним лет наблюдений, но совершенно не факт, что построив статистическую кривую по 50 годам, крайняя точка, как раз 2%, ляжет на кривую хорошо. Конечно, не ляжет, особенно самый крайний. Но прикинуть, какой он, чтобы оценить в принципе, может ли быть подпорное влияние от основной реки на уровень воды на притоке в расчетном створе — подойдет. То есть, как раз ответить на вопрос: Ну а перед этим просто попробовать понять, будет ли уровень на Ветлуге оказывать влияние на участок реки Беленькая |
|
Администратор запретил публиковать записи гостям. |
Top
После заполнения таблицы обязательно укажите, как вы оцениваете общее состояние реки и качество воды в ней.
Обратите внимание, что для удобства таблицу можно перевернуть и названия граф записывать не по строчкам, а по столбцам. Тогда описания проб будут располагаться по строчкам. Рисуйте и заполняйте таблицы так, как вам удобно, только помните, что они должны быть понятны не только вам, но и другим исследователям.
Гидрологический режим
Вид реки, количество воды в ней, скорость ее течения значительно изменяется в течение года. Эти изменения связаны, прежде всего, со сменой сезонов года, с таянием снега, засухами, дождями, — т.е. теми естественными факторами, которые определяют поступление в реку питающих ее вод. Характерные особенности изменения состояния реки во времени называются ее гидрологическим режимом. Высота поверхности воды в сантиметрах, которую отсчитывают от некоторой принятой постоянной отметки, называется уровнем воды. В годовом цикле жизни реки обычно выделяют такие основные периоды (их называют фазами гидрологического режима):
1.половодье;
2.паводок;
3.межень.
Половодье — это время самой большой водности реки. В Европейской части нашей страны половодье обычно приходится на время весеннего снеготаяния, когда потоки талой воды со всего водосбора устремляются к руслу главной реки и ее притокам. Количество воды в реке увеличивается очень быстро, река буквально «вспухает», может выйти из берегов и затопить пойменные участки. Половодье регулярно повторяется каждый год, но может иметь различную интенсивность.
Паводки представляют собой быстрые и сравнительно кратковременные подъемы уровня воды в реке. Они происходят, как правило, в результате выпадения дождей, ливней летом и осенью или во время оттепелей зимой. Паводки обычно случаются каждый год, но, в отличие от половодья, они нерегулярны.
Межень — самая маловодная фаза водного режима. На наших реках различают два периода межени — летнюю и зимнюю. В это время атмосферные осадки не могут обеспечить достаточного питания реки, количество воды в ней значительно уменьшается, большая река может превратится в маленький ручеек и жизнь в ней поддерживается в основном за счет подземных источников питания — родников и ключей.
Хозяйственная деятельность человека на водосборе реки и ее берегах также оказывает влияние на гидрологический режим. Осушение болот, отбор воды для бытовых и промышленных нужд, сбросы сточных вод и т.п. приводят к изменению водности реки. Особенное внимание нужно обратить на случаи, когда идет забор воды на хозяйственные нужды с водосбора одной реки, а используется вода или возвращается в природу — в водосборе другой. Это сильно влияет на природное распределение воды и может приводить к осушению одних территорий и заболачиванию других.
Непродуманные действия человека могут нарушать естественный ход смены фаз водного режима. Известны случаи, когда на малых реках, протекающих в пределах населенных пунктов, неожиданно возникают паводки, вызванные большими сбросами сточных вод промышленных предприятий. Такие изменения сказываются на способности реки к
самоочищению и оказывают влияние на качество воды в ней. Поэтому изучение колебаний уровня воды на реках и озерах имеет большое научное и практическое значение.
Наблюдения за уровнем воды
Организовать наблюдение за уровнем достаточно просто и вполне по силам школьникам и студентам. Данные о регулярных измерениях уровня с точным указанием местоположения створа, времени проведения наблюдения и особенностей погоды представляют собой ценную информацию, и чем больше становится ряд этих наблюдений, тем большую ценность они приобретают.
Государственные посты наблюдений за уровнем состоят из специальных приспособлений для измерения уровней, например реек или свай. Эти рейки и сваи надежно закреплены, чтобы выдержать сильное волнение и ледоход. Каждый пост имеет свою точную топографическую отметку (высоту над уровнем моря), что дает возможность сравнивать показания разных постов между собой и оценивать общую ситуацию на территории водосбора, бассейна и т.п. Если в вашем районе, на вашей реке или озере такой государственный водомерный пост отсутствует, можно организовать свой временный водомерный пост. Конечно, его данные нельзя будет сравнить с данными наблюдений системы государственной гидрометеослужбы, поскольку для этого придется выполнить сложные геодезические измерения. Тем не менее, вы сможете проследить изменение уровня воды в реке от сезона к сезону и от года к году. Пост можно использовать и как место взятия проб при гидрохимических наблюдениях.
Самым удобным способом обустройства водомерного поста является использование постоянной рейки, закрепленной на опоре моста через реку (рис. 6б). На рейку наносится разметка на деления, желательно яркой масляной краской, — чтобы не смывалась водой и была хорошо заметна издалека. Рейка устанавливается на стороне моста, обращенной вниз по течению, чтобы во время ледохода ее не сломало и не сорвало проходящими льдинами.
Рис. 6. Устройство водомерных постов (а — свайного, б — реечного)
Измерения уровня надо проводить с точностью до одного сантиметра. За начальную отметку измерений принимают отметку ниже самого низкого уровня. Ее лучше всего отметить в конце лета, в период глубокой межени. Эту начальную высоту называют нулем графика и все остальные уровни измеряются в превышении над ним.
По-другому выглядит свайный водомерный пост (рис. 6а). Сначала одна свая устанавливается на уровне нуля графика (5-ая на рисунке 6а). Затем выше нее, через определенную высоту (0,5 м, 1 м) с помощью нивелира устанавливаются другие сваи. Чтобы сваи дольше не гнили, их можно обжечь на костре или несколько раз обмазать растительным маслом и дать маслу впитаться. Еще лучше забить в землю обрезки металлических труб, а в
них укрепить деревянные сваи. На верхний конец сваи можно надеть насадку, вырезанную из использованной полиэтиленовой посуды. Получается красиво и прочно, а главное — такие сваи хорошо заметны. Затем сваи нумеруются по порядку сверху вниз, и для каждой отмечается ее высота относительно нуля графика. Для определения уровня водомерную рейку (можно использовать простую линейку) ставят на ближайшую к берегу погруженную в воду сваю, и замечают отметку уровня воды. К относительной высоте сваи прибавляют измеренную высоту воды над сваей и получают отметку уровня воды. Например, свая № 4 находится на высоте 100 см над нулем графика и скрыта под водой на 12 см. Следовательно, уровень воды находится на отметке Н = 100+12=112 см.
Наблюдения за уровнем воды на гидрологических постах обычно ведутся дважды в день — в 8 и в 20 часов, но можно ограничиться и одноразовым утренним наблюдением. Если у вас нет возможности измерить уровень воды точно в это время — не беда, измеряйте тогда, когда сможете, только не забудьте указать время и дату наблюдения. В тех случаях, когда вы можете снимать показания в течение нескольких дней, постарайтесь делать это в одно и то же время.
Полученные данные записываются в журнал в форме таблицы 5. В период половодья, когда вода в реке прибывает особенно быстро, наблюдения проводятся чаще, — через 3-6 часов. То же относится и к периодам сильных дождей и паводков на реке.
Таблица 5. Результаты наблюдений за уровнем воды в реке
Название реки………………………………….
Местонахождение поста………………………
Дата
Время (ч, мин)
Уровень воды над нулем графика Н, см
Изменение уровня ± h, см*
Ф.И.О. наблюдателя
* изменение уровня по сравнению с предыдущим наблюдением.
По полученным данным можно построить график колебания уровня воды за период наблюдений. Тогда заинтересованному человеку легче будет ориентироваться в ваших результатах, к тому же графики нагляднее цифр.
Измерение глубины и ширины реки
Для определения глубин реки и особенностей рельефа ее дна проводятся промеры русла реки. По результатам промерных работ можно получить планы русла реки в линиях равных глубин — изобатах, а также определить площади водных сечений рек.
Необходимое оборудование:
•веревка с разметкой;
•рейка с разметкой;
•журнал для записи.
Глубину реки можно определить только прямыми измерениями с помощью водомерной рейки или лота. На крупных реках с глубинами до 25 м используют лот — металлический груз весом от 2 до 5 кг, прикрепленный на прочном тросе с соответствующей разметкой. В
случае изучения малых рек вполне достаточно водомерной рейки. Она представляет собой деревянный шест диаметром 4-5см с нанесенной на ней сантиметровой разметкой, при этом нулевое деление должно совпадать с одним из концов шеста. При измерениях глубины рейка опускается нулевой отметкой вниз. Длину рейки можно выбрать, исходя из предполагаемых глубин исследуемых рек, но обычно ее делают не длиннее 1,5-2 м. Если река мелкая, то измерять глубину можно, переходя реку вброд. Если река глубокая, то измерения приходится проводить с лодки. Проще всего определить глубину с висящего над рекой моста, если такой есть поблизости.
Внимание! Позволяйте юным исследователям измерять самим глубину реки только в тех местах, где вода не выше их резиновых сапог! Убедите их, что это можно делать только под присмотром руководителя группы или его взрослых помощников. Глубину незнакомого дна можно выяснить, измеряя дно реки впереди себя с помощью водомерной рейки и медленно, шаг за шагом, передвигаясь вслед за ней. Следует быть очень аккуратным, так как в речном дне могут оказаться неожиданные ямы и обрывы
.
Кроме рейки, для проведения промерных работ потребуется размеченная веревка для определения ширины реки и местоположения промерных точек и специальный журнал для записей. Веревку обычно размечают заранее, до проведения работ. Проще всего это сделать с помощью обычных ниток разного цвета, например красных и синих — каждое десятисантиметровое деление надо отметить синими нитками, а каждое метровое деление — красными. Можно также выделить каждые 0,5 м, например красными и синими нитками одновременно, это даст возможность не ошибиться при отсчете расстояния между промерными точками. Вместо ниток можно использовать разноцветные ленточки, шнуры, несмываемый фломастер-маркер или масляную краску — главное, чтобы отметки на веревке были хорошо видны, легко замечались при промерах и были надежно закреплены.
Точки на створе, в которых измеряется глубина реки, называются промерными. Количество промерных точек для исследуемой реки следует определять следующим образом: на реках шириной 10-50 м их назначают через 1 м, на реках шириной 1-10 м — через 0,5м, для реки или ручья шириной до 1 м достаточно 2-3 промерных точек.
Как выполнять измерения глубины и ширины реки:
•На выбранном створе исследуемой реки, поперек течения (это важно!) натягивается размеченная веревка, по ней определяется ширина реки.
•В соответствии с измеренной шириной определяют число промерных точек и их положение на створе. При этом надо помнить, что первая и последняя точки должны находится непосредственно на урезе воды.
•Продвигаясь вдоль веревки в назначенных точках опускают промерную рейку до дна (старайтесь держать рейку вертикально!) и фиксируют деление, на уровне которого находится вода — это и есть глубина реки в данном месте.
•Данные измерений заносятся в журнал в форме таблицы 6. Одновременно в журнал обязательно заносят данные о дате и времени выполнения промеров и указывают местоположение створа. Также надо отметить характер грунта (илистый, песчаный, каменистый), а также наличие и характер растительности в русле реки («растительность отсутствует», «растительность в прибрежной зоне», Нрастительность по всему руслу реки», густая растительность или редкая).
|
Таблица 6. Результаты промеров глубин реки |
|||
|
Местоположение створа………… |
Дата……………………. |
Время начала работ…………… |
Время окончания |
|
работ……………. |
№ точки
Расстояние от начала створа,
м
Расстояние между точками, м
Глубина, м
Характер грунта
Растительность
Кто выполнил работы………………..
По данным измерений можно построить поперечный профиль русла реки и посчитать площадь водного сечения, т.е. сечение потока реки воображаемой плоскостью в месте промерного створа (рис. 7). Площадь этого сечения можно найти как сумму площадей простых геометрических фигур, образованных промерными вертикалями. Этими фигурами могут быть повернутые под 90о прямоугольные трапеции (S2, S3 и S5), прямоугольники (S4) или прямоугольные треугольники (S1), площадь которых определяется по известным правилам — площадь прямоугольной трапеции равняется произведению полусуммы оснований (в примере — h1 и h2) на высоту, площадь прямоугольного треугольника равняется половине произведения катетов, а площадь прямоугольника произведению двух его сторон. В нашем случае основаниями, катетами и сторонами фигур будут измеренные глубины и расстояния между промерными точками. Полученную площадь сечения необходимо записать в журнал в таблицу 7.
Рис. 7. Определение площади поперечного сечения русла реки w (м2)
S1 = h1 * b1 / 2 w = S1 + S2 + S3 + S4 + S5
S2 = (h1 + h2) / 2 * b2
S3 = (h2 + h3) / 2 * b3
S4 = h3 * b4 = h4 * b4
S5 = (h4 + h5) / 2 * b5
Разделив полученную площадь сечения (w, м2) на измеренную ширину реки (В, м) получим значение средней глубины реки на створе: hср = w/B.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
24.02.201631.69 Mб28доклад наше общее будущее.pdf
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #