Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Российский Государственный Геологоразведочный Университет
им. Серго Орджоникидзе
Кафедра гидрогеологии
Курсовой проект по гидравлике, гидрологии и гидрометрии
Вариант 13
Выполнила: Секерина И.
Группа: РГ-08-2
Проверил: Климова Т.И.
Москва
2010
Задание 1
На основе данных таблицы 1 (для 13 варианта) определить характеристики речного стока (Q0, M0, Y0, η0).
Годовая среднемноголетняя сумма осадков х0=610 мм
|
дата |
1.1 |
15.1 |
1.2 |
15.2 |
1.3 |
15.3 |
1.4 |
15.4 |
1.5 |
15.5 |
1.6 |
15.6 |
|
расход реки [м3/c] |
3,00 |
2,90 |
2,80 |
2,70 |
2,62 |
2,60 |
4,52 |
11,00 |
17,60 |
7,30 |
3,51 |
3,48 |
|
1.7 |
15.7 |
1.8 |
15.8 |
1.9 |
15.9 |
1.10 |
15.10 |
1.11 |
15.11 |
1.12 |
15.12 |
1.1 |
|
3,25 |
3,10 |
3,08 |
3,05 |
3,02 |
3,00 |
5,50 |
5,80 |
3,50 |
3,40 |
3,20 |
3,08 |
3,00 |
1) Находим средний годовой расход Q0 =ΣQi /n, где Qi – средний полумесячный расход с порядковым в ряду наблюдений номером i, n – число полумесяцев гидрометрических наблюдений.
Q0 = (3,00 + 2,90 + 2,80 + 2,70 + 2,62 + 2,60 + 4,52 + 11,00 + 17,60 + 7,30 + 3,51 + 3,48 + 3,25 + 3,10 + 3,08 + 3,05 + 3,02 + 3,00 + 5,50 + 5,80 + 3,50 + 3,40 + 3,20 + 3,08)/24 = 107,01/24=4,4 м3/c
2) Находим модуль стока M0 л/(с*км2) – это количество воды в литрах, стекающее за секунду с квадратного километра площади водосбора.
M0 = (Q0 *103)/F
F – это площадь водосбора
M0 = 4,4 *1000/2840 = 1,55 л/(с*км2)
3) Определяем средний многолетний объем стока W – это количество воды, стекающее с водостока за год. W0 = Q0 *T [м3 / год], где Т – число секунд в году, Т = 86400*365 = 31,54*106
Объем стока можно выразить через модуль стока W0 = (M0 * F/103 ) *31.54*106 =
M0 * F*31.54*103
W0 = 4,4*31,54*106=138776*103 м3 / год
5) Находим средний многолетний слой стока Y0 мм/год, который образуется при условии, что весь объем стока за год распределяется равномерным слоем по всей площади водосбора.
Средний многолетний слой стока определяется по формуле: Y0 = W0 * 103/(F*106 ) =
W0 /(F*103) мм
Y0 = 138776*103 / 2840*103 = 48,86 мм
5) Находим средний многолетний коэффициент стока η 0, который определяется отношением высоты слоя Y0 (мм) за какой-либо период к количеству осадков х0 (мм) за этот же период.
η 0 = Y0 / х0
Коэффициент стока колеблется от 0 до 1, причем на его значение большое влияние оказывает испарение, характер подстилающей поверхности водосбора физико-географических, геоморфологических и др. факторов.
η 0 = 48,86/610=0,08
Задание 2
По данным таблицы 1 (для 13 варианта) построить гидрограф речного стока Q=f(t), выделить в нем подземную составляющую, определить характеристики подземного стока (Qп, Mп, Yп, η п )
На основе данных таблицы 1 строим гидрограф речного стока с инфильтрационным типом питания, выделяем на нем подземную составляющую.
1.Вычисляем площадь f подземного стока в см2
f = 83 см2
2. Определяем объем подземного стока Wп = масштаб *f
Wп = 1296*103*83=107568000 м3/год
3. Вычисляем средний многолетний расход подземного стока по формуле Qп =Wп/Т
Т = 31,54*106 сек/год
Qп =107568000/31,54*106=3,41 м3/сек
4. Находим модуль подземного стока Мп по формуле
Мп= Qп*103/F = 3410/2840 = 1,2 л/сек*км2
5. Находим средний многолетний слой стока Уп по формуле
Уп = Wп * 103/F*106 = 107568000*103/2840*106 = 37,88 мм
6. η п - средний многолетний коэффициент стока
η п = Yп/хп = 37,88/610 = 0,062
Задание 3
Рассчитать максимальный расход временного водотока (оврага) по формуле Шези. Максимальный расход наблюдается во время весеннего снеготаяния Полые воды оставляют на склонах оврага метки (остатки травы, ветки деревьев и прочее), по которым путем нивеоирования определяют уклон потока I, а так же проводят нивелирование поперечного профиля оврага (для определения площади живого сечения оврага ω). По данным нивелирования строится профиль поперечного сечения оврага и определяются глубины потока через расстояние 0,5 м.
Продольный уклон оврага I=0,001. Характеристика русла оврага: русло периодического водостока, сильно засоренное, извилистое, коэффициент шероховатости n=0.067
Найдем максимальный расход временного водостока по формуле Шези.
Q = ω *С* √R*I, где I – продольный уклон потока, R – гидравлический радиус, С – коэффициент Шези, ω – площадь живого сечения оврага
Коэффициент Шези можно определить по формуле Агроскина: С = 17,72(К + lg R) , где К = 1/(17,72*n) = 0,842 м0,5/с (зависит от шероховатости).
Гидравлический радиус найдем по формуле: R = ω/χ, где χ – смоченный периметр
По профилю поперечного сечения определим площадь живого сечения ω.
ω= (h1+h2)/2 *b
ω1 =0,5/2*0,5=0,125 м2
ω2 =(0,5+0,76)/2 *0,5=0,315 м2
ω3 =(0,76+1,5)/2*0,5=0,565 м2
ω4=(1,5+2)/2 *0,5=0,875 м2
ω5=(1,8+2)/2 *0,5=0,95 м2
ω6=0,5*1,8=0,9 м2
ω7= ω5=0,95 м2
ω8=(2+1,92)/2 *0,5=0,98 м2
ω9=(1,92+1,5)/ 2 *0,5=0,855 м2
ω10=0,5*1,5=0,75 м2
ω11=(1,5+1,3)/ 2 *0,5=0,7 м2
ω12=(1,3+1)/ 2 *0,5=0,575 м2
ω13=(1+0,8)/ 2 *0,5=0,45 м2
ω14=0,8/2*0,5=0,2 м2
ω=Σωi=0,125+ 0,315+0,565+0,875+0,95+0,9+0,95+0,98+0,855+0,75+0,7+0,575+0,45+0,2=
=9,19 м2
Найдем смоченный периметр χ :
χ1=√(0,52+0,52) = 0,71м
χ2=√(0,52+0,262) = 0,56 м
χ3=√(0,52+0,742) = 0,89 м
χ4=√(0,52+0,52) = 0,71 м
χ5=√(0,52+0,22) = 0,54 м
χ6= 0,5 м
χ7=√(0,52+0,22) = 0,54 м
χ8=√(0,52+0,082) = 0,51 м
χ9=√(0,52+0,422) = 0,65 м
χ10=0,5 м
χ11=√(0,52+0,22) = 0,54 м
χ12=√(0,52+0,32) = 0,58 м
χ13=√(0,52+0,22) = 0,54 м
χ14=√(0,52+0,82) = 0,94 м
χ =Σ χ i= 0,71+0,56+0,89+0,71 +0,54+0,5+0,54+0,51+0,65+0,5+0,54+0,58+0,54+0,94=8,71м
R=ω/ χ =9,19/8,71=1,06 м
C = 17.72 (0.842 + lg1,06) = 14,74 м0,5/c
Q = 9.19*14,74*√(1,06*0.001) = 4.4 м3/c
Задание 4
Рассчитать коэффициент корреляции между расходами источника и осадками, используя данные таблицы 2.
Среднегодовые расходы (дебиты) источника и суммы годовых осадков (для установления их коррелятивной связи)
|
Годы |
1985 |
1986 |
1987 |
1988 |
1989 |
1990 |
1991 |
|
Расход источника, Q л/с |
50 |
48 |
59 |
65 |
57 |
46 |
42 |
|
Осадки, Р мм |
598 |
366 |
898 |
906 |
692 |
416 |
530 |
|
Годы |
1992 |
1993 |
1994 |
1995 |
1996 |
1997 |
1998 |
|
Расход источника, Q л/с |
57 |
57 |
44 |
53 |
49 |
50 |
57 |
|
Осадки, Р мм |
700 |
656 |
382 |
666 |
396 |
584 |
650 |
Для исследования зависимости между расходами рек или источников и метеорологическими факторами, за параллельные периоды наблюдений, можно использовать метод корреляции.
Установим связь между расходами и количеством осадков. Чтобы найти коэффициент корреляции и составить уравнение прямой линии, построим таблицу:
|
Год |
Расход, Q л/с |
Осадки, P мм |
Qi-Qo |
Pi-Po |
(Qi-Qo)^2 |
(Pi-Po)^2 |
(Qi-Qo)*(Pi-Po) |
|
1985 |
50 |
598 |
-2,43 |
-4,86 |
5,9049 |
23,6196 |
11,8098 |
|
1986 |
48 |
366 |
-4,43 |
-236,86 |
19,6249 |
56102,66 |
1049,2898 |
|
1987 |
59 |
898 |
6,57 |
295,15 |
43,1649 |
87113,52 |
1939,1355 |
|
1988 |
65 |
906 |
12,58 |
303,15 |
158,2564 |
91899,92 |
3813,627 |
|
1989 |
57 |
692 |
4,58 |
89,15 |
20,9764 |
7947,72 |
408,307 |
|
1990 |
46 |
416 |
-6,43 |
-186,86 |
41,3449 |
34916,66 |
1201,5098 |
|
1991 |
42 |
530 |
-10,43 |
-72,86 |
108,7849 |
5308,58 |
759,9298 |
|
1992 |
57 |
700 |
4,57 |
97,15 |
20,8849 |
9438,12 |
443,9755 |
|
1993 |
57 |
656 |
4,57 |
53,14 |
20,8849 |
2823,86 |
242,8498 |
|
1994 |
44 |
382 |
-8,43 |
-220,86 |
71,0649 |
48779,14 |
1861,8498 |
|
1995 |
53 |
666 |
0,57 |
63,14 |
0,3249 |
3986,66 |
35,9898 |
|
1996 |
49 |
396 |
-3,43 |
-206,86 |
11,7649 |
42791,06 |
709,5298 |
|
1997 |
50 |
584 |
-2,43 |
-18,86 |
5,9049 |
355,6996 |
45,8298 |
|
1998 |
57 |
650 |
4,57 |
47,14 |
20,8849 |
2222,18 |
215,4298 |
|
734 |
8440 |
0 |
0 |
549,4286 |
393709,4 |
12739,052 |
1.Найдем Qo и Хо:
Qo = ΣQi /n = 52,43 л/с
Pо = ΣPi /n = 602,857 мм
2.Найдем r – коэффициент корреляции по формуле:
r = (Σ(Qi – Qo)* (Pi-Po))/ √ Σ (Qi-Qo)2 * (Pi-Po) 2 = 12739/√(549,4*393709,4) = 0,87
3.Рассчитаем среднеквадратическое отклонение от среднего количества осадков по формуле:
σP = (√Σ(Pi-Po) 2) /(n-1)
σP = √393709,4/ 13= 48,27
4. Рассчитаем среднеквадратические отклонение от среднего расхода по формуле:
σQ = (√ Σ (Qi-Qo)2 )/(n – 1)
σQ = √549,4/13=1,804
5.Вероятностная ошибка коэффициента корреляции вычисляется по формуле: Δ r = ±0.67*(1-r2)/ √n
Δ r = ±0,67*(1- 0,872)/√14= ±0,044
6.Найдем коэффицент регрессии:
RQ/P = r * σQ / σP
RQ/P =0,87*1,804/48,27=0,03
7.Уравнение прямой регрессии имеет вид:
Q – Qo = r *(σQ / σ P )*(P-Po)
Q – Qo = RQ/P *(P-Po)
Q = RQ/P * (P-Po) + Qo
Q = 0.03(P-602,857)+52,43
Q = 0,03P – 18,09 + 52,43
Q = 0,03P + 34,34
Задание 5
Построить кривую обеспеченности минимальных среднегодовых расходов источника и определить минимальный среднемесячный расход 85% обеспеченности.
|
№ п/п |
ряд наблюдений |
эмпирическая кривая |
расчёт параметров для аналитической кривой |
||||||
|
годы |
Qi, л/с |
Qi,л/с |
P,% |
||||||
|
1 |
1985 |
30 |
38 |
6,7 |
|||||
|
2 |
1986 |
19 |
34 |
13,3 |
|||||
|
3 |
1987 |
38 |
32 |
20 |
|||||
|
4 |
1988 |
34 |
31 |
26,7 |
|||||
|
5 |
1989 |
29 |
30 |
33,3 |
|||||
|
6 |
1990 |
31 |
29 |
40 |
|||||
|
7 |
1991 |
22 |
28 |
46,7 |
|||||
|
8 |
1992 |
26 |
27 |
53,3 |
|||||
|
9 |
1993 |
25 |
26 |
60 |
|||||
|
10 |
1994 |
13 |
25 |
66,7 |
|||||
|
11 |
1995 |
27 |
24 |
73,3 |
|||||
|
12 |
1996 |
24 |
22 |
80 |
|||||
|
13 |
1997 |
28 |
19 |
86,7 |
|||||
|
14 |
1998 |
32 |
13 |
93,3 |
|||||
|
n=14 |
n=14 |
Σ=378 |
Для построения теоретической кривой обеспеченности расходов источника можно воспользоваться функцией распределения Шарлье, которая соответствует общему виду кривой распределения
1)по формуле Q0 = Σ Qi / n вычисляется норма расхода, т.е. среднее арифметическое из n наблюдений расхода.
Q0 = 378/14 = 27 л/с
2)определим модульный коэффициент к = Qi / Q0 , где Qi – значение расхода для этого года наблюдений
к1 = 1,11 к8 = 0,96
к2 = 0,70 к9 = 0,93
к3 = 1,41 к10 = 0,48
к4 = 1,26 к11 = 1
к5 = 1,07 к12 = 0,89
к6 = 1,15 к13 = 1,04
к7 = 0,81 к14 = 1,19
Σкi = 14
3)определим коэффициент вариации по формуле Сv =( Σ(кi – 1)2 /(n-1))1/2
Сv = 0.235
4) по формуле х=(к-1)/Сv вычисляется нормированная величина признака, в нашем случае расхода
х1 = 0,46 х8 = 0,17
х2 = 1,25 х9 = 0,29
х3 = 1,71 х10 = 2,17
х4 = 1,08 х11 = 0
х5 = 0,29 х12 = 0,46
х6 = 0,63 х13 = 0,17
х7 = 0,79 х14 = 0,79
5) По величине х определяется функция φ(х) и затем Σ φ(х)
φ(х1 ) = 0,3589 φ (х8) = 0,3932
φ (х2 ) = 0,1826 φ(х9) = 0,3825
φ (х3) = 0,0925 φ(х10) = 0,0379
φ (х4 ) = 0,2227 φ(х11) = 0,3938
φ(х5) = 0,3825 φ(х12) = 0,3589
φ(х6) = 0,3271 φ(х13) = 0,3932
φ(х7) = 0,2920 φ(х14) = 0,2920
Σ φ(хi ) = 4,1149
6)определяем значение хi * φ(хi ) и затем Σ хi * φ(хi )
х1 φ(х) = 0,165094
х2 φ(х) = -0,22625
х3 φ(х) = 0,158175
х4 φ(х) = 0,240576
х5 φ(х) = 0,110925
х6 φ(х) = 0,206073
х7 φ(х) = -0,23068
х8 φ(х) = -0,066844
х9 φ(х) = -0,110925
х10 φ(х) = -0,082243
х11 φ(х) = 0
х12 φ(х) = -0,165094
х13 φ(х) = 0,066844
х14 φ(х) = 0,23068
Σ хi * φ(хi ) = 0,294274
7)вычисляем взвешенные моменты по формуле b0 =2√π/n * Σ φ(хi )
b0 = 1,042
b1 = 0.053
8) Определяем эксцесс по формуле E = 4(b0 – 1)
E = 0.168
9) по формуле S = 4b1 вычисляется характеристика асимметрии
S = 4*0.053 = 0.2
10) по асимметрии S находим отклонение ординат кривых обеспеченности от середины для разных процентов обеспеченности ( при Е = 0 и Сv = 1)
11) по эксцессу Е находим поправку на эксцесс
12) Прибавив поправку на эксцесс к отклонению ординат кривой обеспеченности от середины ( при Е=0, Сv = 1), получаем отклонение х` с учетом эксцесса.
13) по формуле к1 = Сv * х` + 1 вычисляем модульный коэффициент
14) по формуле Q = Q0 * к1 вычисляем расходы разной обеспеченности и по ним строим кривую обеспеченности, по которой строим определяем расход 85% обеспеченности.
Q0 = 27 л/с Сv = 0,24
Задание 6
|
№ варианта |
Q, л/с |
L, м |
h, м |
hw доп., м |
n |
|
13 |
40 |
1000 |
29 |
40 |
0,024 |
Рассчитать диаметр трубопровода для перекачки воды из скважины (колодца) в водонапорную башню для следующих условий:
-известно превышение уровня воды в водонапорной башне над уровнем воды в скважине h
-известна длина трубопровода L, подаваемый по трубе расход Q и допустимые потери напора в трубопроводе hw , а так же коэффициент шероховатости стенок трубопровода n
принимаем в расчете напор H = hw + h
Найдем напор Н
Н = 29 +40 =69 м
Решим эту задачу методом подбора различных диаметров
Формула Шези для расхода: Q = ω*С* √R*I, где С – коэф. Шези, R – гидравлический радиус, I – гидравлический уклон, ω – площадь водного сечения
k = ω*С*√R, где k – расходная характеристика [м3/с], откуда Q = к*√I
k подсчитана для различных диаметров труб в области квадратичного движения (смотреть по справочнику)
Найдем К для нашего случая
К = Q *√(L/H) = 0,04 м3/с *√1000м/69м = 0,152277 м3/с
Сведём все данные в таблицу:
|
d, м |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
|
c, м0,5/с |
13,27 |
18,6 |
21,73 |
|
k, м3/с |
0,0165 |
0,13 |
0,42 |
R= d/4, где R – гидравлический радиус, d – диаметр трубы
Определяем гидравлический радиус R1:
R1= d1/4=0,1/4=0,025 м
По формуле Агроскина найдем коэффициент Шези:
c = 17,72(k+lgR1), k= 1/(17,72*n)
k=1/(17,72*0,024)=2,351
c1= 17,72(2,351+lg0,025)=13,27
К1=ω1*c1*√R1=((πd12)/4)*c1*√R1=((3,14*0,12)/4)*13,27*√0,025=0,0165
Определяем гидравлический радиус R2:
R2= d2/4=0,2/4=0,05м
По формуле Агроскина найдем коэффициент Шези:
c = 17,72(k+lgR2), k= 1/(17,72*n)
k=1/(17,72*0,024)=2,351
c2= 17,72(2,351+lg0,05)=18,60
К2=ω2*c2*√R2=((πd22)/4)*c2*√R2=((3,14*0,22)/4)*18,60*√0,05=0,13
Определяем гидравлический радиус R3:
R3= d3/4=0,3/4=0,075м
По формуле Агроскина найдем коэффициент Шези:
c = 17,72(k+lgR3), k= 1/(17,72*n)
k=1/(17,72*0,024)=2,351
c3= 17,72(2,351+lg0,075)=21,73
К3=ω3*c3*√R3=((πd32)/4)*c3*√R3=((3,14*0,32)/4)*21,73*√0,075=0,42