Анализ условий формирования и расчет основных статистических характеристик стока реки Кара-Буура

Наиболее крупные притоки р. Талас берут начало со склонов Таласского хребта: Беш-Таш, Урмарал, Кумыштаг, Карабура и др. В западной части Таласской долины часть стока направляется к р. Аса, также принадлежащей к Таласскому бассейну. Наиболее значительный приток Асы на территории Киргизии — Куркуреу.

Основное питание реки осуществляется за счет вечных снегов и ледников.

Основные реки области по режиму относятся к тянь-шаньскому типу — наибольшие расходы воды приходятся на летние месяцы.

Почвы и растительность. В их размещении прежде всего проявляется высотная поясность. Выявляются следующие почвенно-растительные высотные пояса: эфемерово-полынная полупустыня, степи, высокотравные луга и лугостепи, субальпийские луга, альпийские луга, нивально-гляциальный.

В каждом поясе, как правило, встречаются иные, не присущие ему типы растительности, наблюдающиеся иногда в нескольких поясах. Их развитие обусловлено азональными факторами, они мало типичны для данного пояса; они как бы вклиниваются в распространенные, господствующие типы растительности. К ним относятся сазы, растительность речных пойм, нагорные ксерофиты или растительность скалистых обнажений и каменистых осыпей, кустарники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. СТОК РЕКИ КАРА-БУУРА И ЕГО РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

1. Характеристика годового стока реки Кара-Буура

Характеристиками стока являются объем, модуль, слой, модульный коэффициент и коэффициент стока.

Средний годовой объем стока W с бассейна реки Кара-Буура составляет 3.76*106 м3/с.

Средний многолетний модуль стока реки Кара-Буура равен 4,72 л/(с*км2), максимальный наблюдался в 1978 г. и составил 6,11 л/(с*км2), а. минимальный (3,14 л/(с*км2)) отмечался в 1963 г.

За 30 лет наблюдений средний многолетний слой стока реки Кара-Буура равен 149 мм. В 1978 г. наблюдался максимальный слой стока, который был равен 193 мм, а в 1963 минимальный (99 мм).

Модульный коэффициент и коэффициент стока относятся к безразмерным характеристикам стока. Модульный коэффициент k представляет собой отношение стока за какой-либо конкретный год к норме стока. Он определяется по формуле:

,      (3.1)

где Q – расход воды; W – объем стока; h – слой стока. Для реального года модульный коэффициент равен 0,91.

Коэффициент стока α – это отношение объема или слоя стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков Х, вызвавших возникновение стока. Этот коэффициент показывает, какая часть осадков идет на образование стока. Коэффициент стока определяется по формуле:

,        (3.2)

где h – слой стока; Х – количество осадков. Коэффициент стока реки Кара-Буура равен 0,596.

 

3.2  Определение нормы годового стока реки Кара-Буура и его статистических характеристик

 

Норма годового стока может быть вычислена по формуле (3.3):

,      (3.3)

где Q0n - норма годового стока, Qi - годовые значения стока за длительный период (n лет).

Коэффициент вариации CV характеризует колебания годовых значений стока относительно их средней величины. Он является безразмерной характеристикой изменчивости годового стока, удобной для сравнения нескольких рядов наблюдений, различающихся своими средними значениями. При выражении отдельных членов ряда в безразмерных модульных коэффициентах ki коэффициент вариации определяется по формуле (3.4):

,     (3.4)

где ki – модульный коэффициент, n – длина ряда наблюдений.

Поскольку в колебаниях годового стока наблюдается определенная цикличность, проявляющаяся в последовательной смене групп многоводных и маловодных лет, то среднеарифметическое из многолетнего ряда наблюдений считается нормой только в случае, если ряд состоит из полных циклов колебаний водности.

Расчеты по определению нормы стока, коэффициента вариации CV и для построения суммарной кривой удобнее свести в таблицу 3.1.

Таблица 3.1-Определение нормы стока.

N п/п	годы	Qi, м3/с	Qon, м3/с	ki=	ki-1	∑(ki-1) в нарастающем порядке	(k-1)2	Сv
1	1930	3,46	3,73	-0,27	0,07	0,93	-0,07	0,14
2	1931	3,94		0,21	0,04	1,06	0,06
3	1932	3,97		0,24	0,06	1,06	0,06
4	1933	4,43		0,70	0,49	1,19	0,19
5	1934	3,73		0,00	0,00	1,00	0,00
6	1935	3,75		0,02	0,00	1,01	0,01
7	1936	3,30		-0,43	0,18	0,89	-0,11
8	1937	3,20		-0,53	0,28	0,86	-0,14
9	1938	2,50		-1,23	1,51	0,67	-0,33
10	1939	2,76		-0,97	0,94	0,74	-0,26
11	1940	3,13		-0,60	0,36	0,84	-0,16
12	1941	3,26		-0,47	0,22	0,87	-0,13
13	1942	4,16		0,43	0,19	1,12	0,12
14	1943	3,58		-0,15	0,02	0,96	-0,04
15	1944	3,56		-0,17	0,03	0,95	-0,05
16	1945	3,27		-0,46	0,21	0,88	-0,12
17	1946	3,51		-0,22	0,05	0,94	-0,06
18	1947	3,47		-0,26	0,07	0,93	-0,07
19	1948	3,98		0,25	0,06	1,07	0,07
20	1949	3,94		0,21	0,04	1,06	0,06
21	1950	3,52		-0,21	0,04	0,94	-0,06
22	1951	3,67		-0,06	0,00	0,98	-0,02
23	1952	4,87		1,14	1,30	1,31	0,31
24	1953	4,14		0,41	0,17	1,11	0,11
25	1954	3,30		-0,43	0,18	0,89	-0,11
26	1955	3,62		-0,11	0,01	0,97	-0,03
27	1956	3,44		-0,29	0,08	0,92	-0,08
28	1957	2,62		-1,11	1,23	0,70	-0,30
29	1958	4,52		0,79	0,63	1,21	0,21
30	1959	4,42		0,69	0,48	1,19	0,19
31	1960	4,15		0,42	0,18	1,11	0,11
32	1961	3,42		-0,31	0,10	0,92	-0,08
33	1962	4,17		0,44	0,19	1,12	0,12
34	1963	3,47		-0,26	0,07	0,93	-0,07
35	1964	4,28		0,55	0,30	1,15	0,15
36	1965	3,58		-0,15	0,02	0,96	-0,04
37	1966	3,73		0,00	0,00	1,00	0,00
38	1967	3,62		-0,11	0,01	0,97	-0,03
39	1968	4,68		0,95	0,91	1,26	0,26
40	1969	4,84		1,11	1,24	1,30	0,30
41	1970	4,76		1,03	1,06	1,28	0,28
42	1971	3,60		-0,13	0,02	0,97	-0,03
43	1972	3,20		-0,53	0,28	0,86	-0,14
44	1973	3,78		0,05	0,00	1,01	0,01
45	1974	3,35		-0,38	0,14	0,90	-0,10
46	1975	3,28		-0,45	0,20	0,88	-0,12
47	1976	3,86		0,13	0,02	1,04	0,04
48	1977	4,11		0,38	0,15	1,10	0,10
49	1978	4,53		0,80	0,64	1,21	0,21
50	1979	4,35		0,62	0,39	1,17	0,17
51	1980	3,36		-0,37	0,14	0,90	-0,10
52	1981	3,69		-0,04	0,00	0,99	-0,01
53	1982	2,69		-1,04	1,08	0,72	-0,28
54	1983	4,08		0,35	0,12	1,09	0,09
55	1984	3,73		0,00	0,00	1,00	0,00
56	1985	3,28		-0,45	0,20	0,88	-0,12
57	1986	3,53		-0,20	0,04	0,95	-0,05
58	1987	4,31		0,58	0,34	1,16	0,16
59	1988	3,76		0,03	0,00	1,01	0,01
60	1989	3,50		-0,23	0,05	0,94	-0,06
61	1990	3,73		0,00	0,00	1,00	0,00
62	1991	3,73		0,00	0,00	1,00	0,00

 

 

Выбранный ряд характеризует период с современными климатическими условиями, но не совсем достоверно отражает многолетнюю величину стока.

По данным таблица 3.1 был построена сокращенная интегральная кривая (рисунок3.1) для определения репрезентативности выбранного ряда наблюдений. Шестидесятидвухлетний ряд наблюдений является репрезентативным, если на всем его протяжении наблюдаются 6 маловодные и 6 многоводные фазы.

  

Рисунок 3.1 - Интегральная кривая стока.

 

Из рисунка 3.1 видно, что выбранный ряд наблюдений (1930-2004 гг.) является репрезентативным для современных климатических условий.

3.3 Расчет и построение кривой обеспеченности годового стока реки Кара-Буура

При водохозяйственном планировании, которое предусматривает естественный или видоизмененный режим речного стока, необходимо знать не только среднюю величину (норму) стока, но и сток маловодных и многоводных лет, а также пределы возможных колебаний годового стока в будущем многолетнем периоде.

Расчеты годового стока и других его характеристик представляются в виде количественной оценки отвечающей той или иной заданной обеспеченности или повторяемости - в среднем один раз в n лет без указания срока наступления расчетной величины. Вероятность служит мерой оценки достоверности появления того или иного значения рассматриваемой характеристики или явления.

Различают теоретическую вероятность (lim m/n=p) и эмпирическую вероятность (m/n), выявляемую из наблюдений частоты появления благоприятных случаев, составляющих очень длинный ряд.

Эмпирическая обеспеченность членов ограниченного ряда, которая бы в большой мере отвечала теоретической обеспеченности, определяется по формуле (3.5). Для наглядности все расчеты были сведены в табл.3.2.

,      (3.5)

где m – порядковый номер члена в ряде наблюдений, n – длина ряда наблюдений.

Таблица 3.2-Эмпирическая обеспеченность.

годы	Qi	№	в убывающем порядке		обеспеченность Р, %
			годы	Qi
1	2	3	4	5	6
1930	3,46	1	1988	6,59	1,12
1931	3,94	2	1987	6,26	2,72
1932	3,97	3	1959	6,08	4,33
1933	4,43	4	1945	6,08	5,93
1934	3,73	5	1990	6,06	7,53
1935	3,75	6	1956	6,06	9,13
1936	3,30	7	1994	6,01	10,74
1937	3,20	8	2000	5,97	12,34
1938	2,50	9	1963	5,92	13,94
1939	2,76	10	1984	5,80	15,54
1940	3,13	11	1969	5,76	17,15
1941	3,26	12	2001	5,72	18,75
1942	4,16	13	1973	5,72	20,35
1943	3,58	14	1978	5,67	21,96
1944	3,56	15	1966	5,67	23,56
1945	3,27	16	1986	5,61	25,16
1946	3,51	17	1955	5,61	26,76
1947	3,47	18	1993	5,60	28,37
1948	3,98	19	1952	5,60	29,97
1949	3,94	20	1997	5,56	31,57
1950	3,52	21	1960	5,56	33,17
1951	3,67	22	1971	5,55	34,78
1952	4,87	23	1991	5,54	36,38
1953	4,14	24	1999	5,53	37,98
1954	3,30	25	2004	5,52	39,58
1955	3,62	26	1983	5,52	41,19
1956	3,44	27	1944	5,51	42,79
1957	2,62	28	1964	5,50	44,39
1958	4,52	29	1962	5,43	45,99
1959	4,42	30	1950	5,41	47,60
1960	4,15	31	2003	5,39	49,20
1961	3,42	32	2002	5,35	50,80
1962	4,17	33	1953	5,32	52,40
1963	3,47	34	1968	5,30	54,01
1964	4,28	35	1996	5,27	55,61
1965	3,58	36	1977	5,20	57,21
1966	3,73	37	1965	5,19	58,81
1967	3,62	38	1961	5,18	60,42
1968	4,68	39	1998	5,16	62,02
1969	4,84	40	1976	5,09	63,62
1970	4,76	41	1951	5,07	65,22
1971	3,60	42	1970	5,06	66,83
1972	3,20	43	1989	5,05	68,43
1973	3,78	44	1985	5,05	70,03
1974	3,35	45	1943	4,96	71,63
1975	3,28	46	1995	4,84	73,24
1976	3,86	47	1948	4,83	74,84
1977	4,11	48	1992	4,75	76,44
1978	4,53	49	1958	4,73	78,04
1979	4,35	50	1947	4,72	79,65
1980	3,36	51	1981	4,69	81,25
1981	3,69	52	1979	4,61	82,85
1982	2,69	53	1954	4,52	84,46
1983	4,08	54	1980	4,46	86,06
1984	3,73	55	1974	4,44	87,66
1985	3,28	56	1975	4,39	89,26
1986	3,53	57	1972	4,38	90,87
1987	4,31	58	1982	4,36	92,47
1988	3,76	59	1957	4,32	94,07
1989	3,50	60	1967	4,22	95,67
1990	3,73	61	1949	4,22	97,28
1991	3,73	62	1946	4,18	98,88

 

Используя графы 5 и 6 из таблице 3.2, построена эмпирическая кривая обеспеченности рисунок 3.2).

Для построения теоретической кривой обеспеченности, которая соответствовала бы эмпирической кривой, необходимо по данным наблюдений вычислить значения параметров: среднюю многолетнюю величину (норму) Q, коэффициент изменчивости (вариации) Cv; коэффициент асимметрии Cs.

Все расчеты, необходимые для построения аналитической кривой, представлены в табл.6. Коэффициент асимметрии Cs определяется соотношением Cs=kCv, где k подбирается так, чтобы средние части аналитической и эмпирической кривых обеспеченности совпали. Средний многолетний расход воды Q0 равен 3,76 м3/с.

 

 

 

 

Таблица 3.3 -Теоретическая обеспеченность.

Расчетные  величины	Обеспеченность р, %
	0,01	0,1	0,5	1	3	5	10	20	25	30	40	50	60	70	75	80	90	90	97	99	99,9
Фр%	3,94	3,23	2,68	2,40	1,92	1,67	1,29	0,84	0,66	0,51	0,24	-0,02	-0,27	-0,53	-0,68	-0,85	-1,27	-1,61	-1,84	-2,25	-2,95
Фр%* Cv	0,55	0,45	0,38	0,34	0,27	0,23	0,18	0,12	0,09	0,07	0,03	0,00	-0,04	-0,07	-0,10	-0,12	-0,18	-0,23	-0,26	-0,32	-0,41
Кр%=Фр%* Cv+1	1,55	1,45	1,38	1,34	1,27	1,23	1,18	1,12	1,09	1,07	1,03	1,00	0,96	0,93	0,90	0,88	0,82	0,77	0,74	0,69	0,59
Qp%=Q0*Kp%	5,79	5,42	5,13	4,98	4,73	4,60	4,40	4,17	4,07	4,00	3,86	3,72	3,59	3,45	3,37	3,29	3,07	2,89	2,77	2,56	2,19

 

Используя данные таблицу 3.3, построена аналитическая кривая обеспеченности годового расхода воды (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 -Аналитическая и эмпирическая кривые обеспеченности.

Наиболее близкая к эмпирической кривой аналитическая кривая Cs=Cv.

3.4  Расчет внутригодового распределения стока реки Кара-Буура.

Основные факторы, определяющие внутригодовое распределение стока и его общую величину, - климатические. Они определяют общий характер распределения стока в году. К факторам, влияющим на распределение стока в течении года относятся озерность, лесистость, заболоченность, размеры водосборов, характер почв и грунтов, глубина залегания грунтовых вод.

Внутригодовое распределение стока обычно рассчитывается не по календарным годам, а по водохозяйственным, начиная с многоводного сезона. Границы сезонов назначаются едиными для всех лет с округлением до месяца. Расчетная вероятность превышения стока за год, лимитирующие период и сезон назначается в соответствии с задачами водохозяйственного использования стока реки.

Исходными данными для расчета являются среднемесячные расходы воды, взятые из ежегодников и в зависимости от цели использования расчета - заданный процент обеспеченности Р и деление на периоды и сезоны. Лимитирующий — это наиболее напряженный с точки зрения водохозяйственного использования период (сезон).

Наиболее простым методом, который используется в данной курсовой работе, является расчет распределения стока по реальному году. В зависимости от задач, поставленных проектированием, из ряда наблюдений выбирается модель из одного реального года, характерного по своей водности и распределению стока, с эмпирической обеспеченностью годового, сезонного и месячного стока, близкому к заданному.

Величина стока за отдельные сезоны и периоды определяется суммой среднемесячных расходов. В последнем году к расходу за декабрь прибавляются расходы за три месяца (I, II, III) первого года. В табл.3.3 представлены данные для расчета внутригодового распределения стока методом реального года.

Таблица 3.4-Расчет внутригодового распределения стока методом реального года.

№	годовой сток		лимитирую- щий период		лимитирую-щий сезон		лимитирую-щий месяц		Р
	водохозяй-ственный год	Q в убывающем порядке	водохозяй-ственный год	∑Q в убывающем порядке	водохозяй-ственный год	∑Q в убывающем порядке	водохозяй-ственный год	Q в убывающем порядке
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	1952-1953	5,29	1952-1953	49,60	1969-1970	31	1936-1937	4,77	1,14
2	1969-1970	4,92	1969-1970	48,26	1952-1953	30,13	1932-1933	4,76	2,77
3	1968-1969	4,66	1968-1969	46,69	1968-1969	29,58	1968-1969	3,88	4,40
4	1970-1971	4,64	1970-1971	45,33	1942-1943	29,3	1970-1971	3,76	6,03
5	1958-1959	4,57	1978-1979	45,07	1978-1979	27,96	1953-1954	3,7	7,65
6	1978-1979	4,43	1958-1959	44,71	1979-1980	27,15	1969-1970	3,7	9,28
7	1979-1980	4,36	1979-1980	44,09	1977-1978	26,53	1981-1982	3,6	10,91
8	1959-1960	4,36	1933-1934	43,85	1970-1971	26,25	1950-1951	3,59	12,54
9	1964-1965	4,35	1942-1943	43,70	1932-1933	25,76	1961-1962	3,57	14,17
10	1990-1991	4,33	1987-1988	43,45	1953-1954	25,5	1983-1984	3,47	15,80
11	1987-1988	4,32	1990-1991	43,33	1958-1959	25,48	1941-1942	3,45	17,43
12	1933-1934	4,30	1959-1960	42,48	1990-1991	25	1978-1979	3,44	19,06
13	1942-1943	4,18	1966-1967	42,06	1933-1934	24,72	1942-1943	3,4	20,68
14	1966-1967	4,17	1964-1965	41,75	1987-1988	24,57	1965-1966	3,37	22,31
15	1977-1978	4,16	1962-1963	41,27	1959-1960	24,53	1977-1978	3,33	23,94
16	1962-1963	4,15	1977-1978	41,11	1964-1965	24,07	1938-1939	3,32	25,57
17	1931-1932	4,12	1983-1984	40,46	1934-1935	23,85	1976-1977	3,27	27,20
18	1983-1984	4,12	1948-1949	39,90	1960-1961	23,77	1952-1953	3,23	28,83
19	1960-1961	4,07	1953-1954	39,80	1948-1949	23,64	1967-1968	3,21	30,46
20	1934-1935	4,01	1934-1935	39,55	1962-1963	23,17	1951-1952	3,04	32,08
21	1953-1954	3,98	1960-1961	39,30	1966-1967	22,7	1959-1960	2,8	33,71
22	1948-1949	3,98	1949-1950	39,01	1984-1985	22,69	1966-1967	2,78	35,34
23	1932-1933	3,90	1931-1932	38,52	1949-1950	22,46	1947-1948	2,73	36,97
24	1949-1950	3,87	1935-1936	38,20	1983-1984	22,33	1945-1946	2,65	38,60
25	1984-1985	3,83	1932-1933	38,15	1973-1974	22,02	1990-1991	2,6	40,23
26	1935-1936	3,76	1984-1985	37,90	1963-1964	21,75	1974-1975	2,54	41,86
27	1973-1974	3,76	1976-1977	36,95	1930-1931	21,54	1933-1934	2,53	43,49
28	1963-1964	3,76	1973-1974	36,94	1981-1982	21,24	1949-1950	2,51	45,11
29	1976-1977	3,75	1988-1989	36,64	1931-1932	21,17	1988-1989	2,51	46,74
30	1988-1989	3,74	1963-1964	36,31	1976-1977	21,05	1935-1936	2,5	48,37
31 32	1951-1952	3,72	1951-1952	35,94	1988-1989	20,96	1946-1947	2,48	50,00
32	1981-1982	3,68	1955-1956	35,91	1945-1946	20,85	1979-1980	2,45	51,63
33	1946-1947	3,65	1943-1944	35,65	1967-1968	20,64	1982-1983	2,41	53,26
34	1955-1956	3,63	1981-1982	35,59	1955-1956	20,61	1956-1957	2,4	54,89
35	1967-1968	3,61	1950-1951	35,43	1950-1951	20,37	1980-1981	2,39	56,51
36	1943-1944	3,59	1967-1968	34,88	1935-1936	20,21	1955-1956	2,33	58,14
37	1950-1951	3,54	1930-1931	34,35	1936-1937	20,12	1986-1987	2,3	59,77
38	1965-1966	3,51	1946-1947	34,05	1951-1952	20,04	1963-1964	2,25	61,40
39	1971-1972	3,46	1956-1957	33,55	1986-1987	19,82	1944-1945	2,22	63,03
40	1989-1990	3,45	1989-1990	33,30	1941-1942	19,43	1939-1940	2,12	64,66
41	1956-1957	3,44	1941-1942	33,07	1940-1941	19,17	1987-1988	2,12	66,29
42	1930-1931	3,42	1965-1966	33,05	1974-1975	19,14	1971-1972	2,1	67,92
43	1986-1987	3,38	1986-1987	33,03	1971-1972	19,13	1948-1949	2,06	69,54
44	1974-1975	3,35	1971-1972	32,98	1956-1957	19,07	1985-1986	2,05	71,17
45	1961-1962	3,34	1936-1937	32,22	1943-1944	19,03	1960-1961	2,01	72,80
46	1985-1986	3,34	1961-1962	32,06	1937-1938	18,99	1984-1985	1,99	74,43
47	1947-1948	3,33	1947-1948	31,97	1946-1947	18,96	1964-1965	1,98	76,06
48	1980-1981	3,31	1980-1981	31,96	1980-1981	18,66	1958-1959	1,95	77,69
49	1944-1945	3,28	1974-1975	31,72	1961-1962	18,51	1972-1973	1,92	79,32
50	1936-1937	3,27	1954-1955	31,61	1965-1966	18,5	1930-1931	1,89	80,94
51	1941-1942	3,26	1937-1938	31,57	1985-1986	18,09	1934-1935	1,85	82,57
52	1954-1955	3,26	1940-1941	31,56	1989-1990	17,54	1937-1938	1,85	84,20
53	1975-1976	3,26	1985-1986	31,02	1944-1945	17,5	1973-1974	1,85	85,83
54	1937-1938	3,25	1945-1946	30,14	1947-1948	17,08	1975-1976	1,83	87,46
55	1940-1941	3,13	1975-1976	30,03	1972-1973	16,97	1931-1932	1,77	89,09
56	1972-1973	3,09	1972-1973	29,27	1939-1940	15,69	1989-1990	1,72	90,72
57	1945-1946	3,02	1944-1945	28,24	1975-1976	15,4	1962-1963	1,65	92,35
58	1939-1940	2,74	1939-1940	27,35	1954-1955	14,03	1954-1955	1,56	93,97
59	1982-1983	2,64	1982-1983	23,81	1938-1939	12,93	1943-1944	1,54	95,60
60	1957-1958	2,58	1957-1958	23,44	1957-1958	12,08	1940-1941	1,49	97,23
61	1938-1939	2,42	1938-1939	22,87	1982-1983	11,85	1957-1958	1,19	98,86