operat hydrologiczny
Transkrypt
operat hydrologiczny
Analiza hydrologiczne rzeki w przekroju wodowskazowym (operat hydrologiczny) 1. Charakterystyka i opis zlewni (mapa lokalizacji zlewni): Opis położenia cieku wraz z mapą jego lokalizacji. Krótki opis zlewni. 2. Tabelaryczne zestawienie codziennych stanów, wykres codziennych stanów, charakterystyki miesięczne i roczne. Zestawienie stanów codziennych wraz ze stanami charakterystycznymi (max (WW), min (NW) i stan średni (SW) dla każdego miesiąca i całego roku). Wykres stanów codziennych wraz z naniesionym stanem średnim. 3. Opracowanie krzywej częstości stanów i sum czasów trwania stanów. Po wyznaczeniu przedziałów dla całego zakresu występowania stanów (około 20 przedziałów), należy określić liczbę wystąpień stanów z danego przedziału dla każdego miesiąca. Suma wystąpień miesięcznych pozwala na określenie częstości występowania danego stanu (tabela i wykres). Sumując liczbę wystąpień w poszczególnych przedziałach należy określić sumy czasów trwania poszczególnych stanów wraz ze stanami wyższymi (tabela i wykres). 4. Określenie stref stanów wody Na wykresie sum czasów trwania stanów należy nanieść granice stanów średnich: - stan średni Hśr = suma(H)/365 - górna granica stanów średnich: GGHśr = suma(H>=Hśr)/t gdzie: t - liczba wystąpień H>=Hśr - dolna granica stanów średnich: DGHśr = suma(H<Hśr)/t gdzie: t - liczba wystąpień H>=Hśr 5. Opracowanie krzywej objętości przepływu: - wyznaczenie położenia zera wodowskazu (B), na podstawie danych należy nanieść na wykres punkty z pomiarów objętości przepływu. Określenie położenia zera wodowskazu należy wykonać dwiema metodami: 1. metoda graficzna - polega na określeniu punktu przecięcia wygładzonej krzywej przeprowadzonej poprzez punkty z pomiarów z osią stanów 2. metoda Głuszkowa - należy wybrać dwie pary punków H1,Q1; H2,Q2 z dolnej części linii powstałej po wyrównaniu punktów z obserwacji - obliczyć położenie trzeciego punktu: Q3=(Q1*Q2)^0.5 - z wykresu należy odczytać H3 dla Q3 - obliczyć B = (H3^2-H1*H2)/(2*H3-H1-H2) Do dalszych obliczeń należy przyjąć wartość parametru B, która lepiej odzwierciedla charakter krzywej konsumcyjnej. - określenie parametrów wzoru krzywej konsumcyjnej Q=a(H-B)^n W zależności od położenia zera wodowskazu od dna przekroju wartość B przyjmuje znak dodatki lub ujemny. Do wyznaczenia zależność między stanem a przepływem posługujemy się wartością napełnienia (odległość zwierciadła wody od dna przekroju) T=H-B 1. Na podstawie danych pomiarowych należy sporządzić wykres zależności logQ i logT, nanosząc na układ współrzędnych poszczególne punkty. Poprzez punkty kreślimy prostą, która najdokładniej odzwierciedla układ punktów 2. Z prostej wybieramy dwie pary punktów: logQ1, logT1; logQ2, logT2, parametry równania krzywej konsumcyjnej należy obliczyć z zależności: log a = logQ1-(logQ2-logQ1)/(logT2-logT1)*logT1 n = (logQ2-logQ1)/(logT2-logT1) 6. Tabelaryczne zestawienie codziennych przepływów, wykres przepływów codziennych, charakterystyki miesięczne i roczne - dla każdej wartości stanu z tabeli stanów codziennych należy określić wartość przepływu Q=a(H-B)^n, w miesiącach zimowych należy wartość przepływu zredukować o współczynnik zależny od warunków lodowych (w tabeli stanów codziennych warunki lodowe są oznaczone symbolem przy wartości stanu) Qr=k*Q pokrywa lodowa: | - k=0.5 śryż: : - k=0.75 kra: ! - k=0.85 zator: || - k=0.3 lód brzegowy: ζ - k=0.75 - należy określić przepływy charakterystyczne: Qmax (WQ), Qmin (NQ), Qśr (SQ) - dla każdego miesiąca oraz dla całego roku - zmienność przepływu w czasie należy przedstawić na wykresie 7. Opracowanie krzywej sumowej odpływu w układzie normalnym i skośnym - dla każdej dekady w miesiącu należy określić przepływ średni, tak powstałe wartości należy zamienić na odpływ (mnożąc wartość przepływu przez czas jego występowania). Sumując wartości odpływu z poszczególnych dekad (V [mln m3]), otrzymuje się objętość odpływu dla całego roku - zależność sumy odpływu w czasie należy przedstawić na wykresie w układzie normalnym oraz skośnym. 8. Określenie rocznych przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się (Qmaxp%) w oparciu o rozkład Persona typ III - dane przepływy maksymalne z 20-lecia obserwacji należy ułożyć w ciąg rozdzielczy od wartości największej do najmniejszej - wyznaczyć prawdopodobieństwo empiryczne p(m,N)% = (100*m)/(N+1) gdzie: m - kolejny element ciągu rozdzielczego N - liczba elementów w ciągu rozdzielczym - na siatce prawdopodobieństwa (patrz materiały pomocnicze) należy nanieść wartości przepływów, punkty należy wyrównać odręcznie - z wykresu należy odczytać: Q10, Q50, Q90, Q100 gdzie: Q10 - przepływ o prawdopodobieństwie 10% - obliczenie maksymalnych przepływów empirycznych o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się Qmaxp% = Q50 * (1+Φ(s,p) * Cv) gdzie: Cv - współczynnik zmienności Cv = (Q10-Q90)/(2*Q50) Φ(s,p) - funkcja zależna od współczynnika skośności (s) i prawdopodobieństwa (p) podana w tabeli 2 (patrz materiały pomocnicze) s - współczynnik skośności - tabela nr 3 Cp = (Cv*Q50)/(Q50-Q100) - na podziałce prawdopodobieństwa należy nanieść wartości przepływów maksymalnych - teoretyczna krzywa prawdopodobieństwa 10. Określenie rocznych przepływów maksymalnych o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się (Qmaxp%) w metodę największej wiarygodności - dane przepływy maksymalne z 20-lecia obserwacji należy ułożyć w ciąg rozdzielczy od wartości największej do najmniejszej - wyznaczyć prawdopodobieństwo empiryczne p(m,N)% = (100*m)/(N+1) gdzie: m - kolejny element ciągu rozdzielczego N - liczba elementów w ciągu rozdzielczym - na siatce prawdopodobieństwa (patrz materiały pomocnicze) należy nanieść wartości przepływów, punkty należy wyrównać odręcznie - na podstawie rozkładu prawdopodobieństwa empirycznego należy odczytać wartość ε ε - dolne ograniczenie rozkładu (wartości przecięcia się rozkładu z pionową osią wykresu) - dla wartości przepływów maksymalnych należy obliczyć x = Qmax - ε lnx - logarytm z wartości x Qmaxp% = ε + 1/α * tp gdzie: ε - dolne ograniczenie rozkładu (wartości przecięcia się rozkładu z pionową osią wykresu) α = λ/xśr xśr - średnia arytmetyczna z wartości x λ = 1/(4*A) * [ 1 + ( 1 + 4/3 * A)^0.5] A = lnxśr - (lnx)śr (lnx)śr - średnia arytmetyczna z wartości lnx tp - należy odczytać z tablic pomocniczych - na podziałce prawdopodobieństwa należy nanieść wartości przepływów maksymalnych 11. Sprawdzenie zgodności krzywej teoretycznej i empirycznej - test zgodności Kołmogorowa (w przypadku niezgodności testu należy zmienić rozkład, dla celów dydaktycznych wystarczy skomentować wynik testu) : max(p(m,N)%-p%)<136/N^0.5 gdzie: p(m,N)% - prawdopodobieństwo empiryczne p% - prawdopodobieństwo teoretyczne N - liczba elementów w ciągu 12. Obliczenie błędu oszacowania Qmaxp(0.84)=Qmaxp + tα * σ(Qmaxp) gdzie: tα = 1 (dla poziomu ufności 0.84) σ(Qmaxp) = F(s,p) * Cv * Q50 / (N)^0.5 F(s,p) - tabela nr 4 - na podziałce prawdopodobieństwa należy nanieść wartości błędu oszacowania 13. Określenie rocznych przepływów minimalnych o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się (Qmin%) w oparciu o rozkład FisheraTippetta - dane przepływy maksymalne z 20-lecia obserwacji należy ułożyć w ciąg rozdzielczy od wartości najmniejszej do największej - wyznaczyć prawdopodobieństwo empiryczne p(m,N)% = (100*m)/(N+1) gdzie: m - kolejny element ciągu rozdzielczego N - liczba elementów w ciągu rozdzielczym - na siatce prawdopodobieństwa (patrz materiały pomocnicze) należy nanieść wartości przepływów, punkty należy wyrównać odręcznie - następnie należy obliczyć współczynniki: _ średnia arytmetyczna (średni niski przepływ SNQ) Qminśr = suma(Qmin)/N _ odchylenie średnie σ = (suma(Qmin^2)/N-Qminśr^2)^0.5 _ najniższy zaobserwowany przepływ Qmin1 _ estymator τ(λ.Ν)=(Qminśr-Qmin1)/σ gdzie: λ(N,τ) - tablica nr 5 _ ε - dolne ograniczenie rozkładu ε = Qmin1 - (Qminśr-Qmin1)/(N^λ-1) 0 <= ε <= Qmin1 _ Θ - charakterystyczna niżówka Θ = (Qminśr-ε) / (Γ(1+λ)) + ε gdzie: (Γ(1+λ) - funkcja odczytywana z tabeli nr 6 - obliczenie minimalnego przepływu teoretycznego o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się Qminp% = ε +(Θ−ε)*e^(λ*yp) gdzie: yp - zmienna prawdopodobieństwa (tablica 8) lub yp = ln(-ln(1-p)) przepływ minimalny należy wyznaczyć dla prawdopodobieństwa: 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 50%, 80%, 90%, 95%, 99% _ w przypadku gdy ε <= 0 należ zmodyfikować parametry rozkładu _ estymator τ1(λ)=Qminśr/σ gdzie: λ1 - tablica nr 7 _ Θ1 - charakterystyczna niżówka Θ1 = Qminśr / (Γ(1+λ1)) gdzie: (Γ(1+λ1) - funkcja odczytywana z tabeli nr 6 przepływ minimalny należy wyznaczyć dla prawdopodobieństwa: 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 50%, 80%, 90%, 95%, 99% - obliczenie minimalnego przepływu teoretycznego o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się dla zmodyfikowanych parametrów Qminp% = Θ1*e^(λ1*yp) gdzie: yp - zmienna prawdopodobieństwa (tablica 8) lub yp = ln(-ln(1-p)) przepływ minimalny należy wyznaczyć dla prawdopodobieństwa: 0.1%, 0.2%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 10%, 20%, 50%, 80%, 90%, 95%, 99% Uwaga: Wszystkie wykresy powinny mieć podpisane osie, tytuł oraz określenie rzeki, wodowskazu i roku. Literatura : 1. Dębski K. - Hydrologia, Arkady, Warszawa, 1970. 2. Lambor J. - Hydrologia inżynierska, Arkady, Warszawa, 1971. 3. Ozga-Zielińska M. - Hydrologia stosowana, PWN, Warszawa 1994. 4. Eagelson P.S. - Hydrologia dynamiczna, PWN Warszawa, 1978. 5. Dorzecze Górnej Wisły, PWN Warszawa-Kraków 1991