Рассмотрение и расчёт геофизических показателей заданного водного объекта

2.2. Способы представления теплодинамических  показателей атмосферы (построение  розы ветров и графика среднемесячной (среднедневной) температуры.

Роза ветров — векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям и выглядит как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений («откуда» дует ветер). Розу ветров учитывают при строительстве взлётно-посадочных полос (ВПП) аэродромов, планировке населенных мест (целесообразной ориентации зданий и улиц), оценке взаимного расположения жилмассива и промзоны (с точки зрения направления переноса примесей от промзоны) и множества других хозяйственных задач (агрономия, лесное и парковое хозяйство, экология и др.). Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направление Господствующего, или Преобладающего ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность. Поэтому настоящая Роза ветров, построенная на основании ряда наблюдений, может иметь существенные различия длин разных лучей. То, что в геральдике традиционно называют «Розой ветров»  — с равномерным и регулярным распределением лучей по азимутам сторон света в данной точке, является распространённой метеорологической ошибкой; на самом деле это всего лишь географическое обозначение основных географических азимутов сторон горизонта в виде лучей.

Чтобы подсчитать среднемесячную температуру: для этого нужно сложить все среднесуточные температуры и разделить на количество дней в месяце. Чтобы построить розу ветров: для этого нужно подсчитатьколичество дней каждого направления ветра, данные записать и по ним построить график «Роза ветров».

2.3. Русловые процессы.

Русловым процессом  называются изменения в морфологическом  строении речного русла и речной поймы, постоянно происходящие под действием текущей воды. Также русловы́е проце́ссы — совокупность явлений и процессов, происходящих под воздействием комплекса различных природных и антропогенных факторов, и выражающихся в изменениях формы и параметров речных русел. Русловые процессы иногда неточно называются руслово́й проце́сс. Формы ру́словый проце́сс и ру́словые проце́ссы — устаревшие. Одним из ярких проявлений русловых процессов является взаимодействие текущей воды и речного русла. Также существуют другие активные руслоформирующие факторы, определяющие русловые процессы (растительность, вечная мерзлота и др.). Действие активных руслоформирующих факторов сдерживают ограничивающие факторы (выходы неразмываемых пород, базис эрозии, коренные борта долины и др.). Русловые процессы приводят к изменениям формы русла. Содержанием русловых процессов является транспорт наносов. Русловые процессы изучает русловедение (теория русловых процессов). Русловедение состоит из трёх неразрывно связанных частей. Первая часть: общие логические основы науки (постулаты). “Первый шаг в этом направлении был сделан Великановым, который в своих последних работах говорил уже не о динамике русловых потоков, а о теории руслового процесса, и в основу его закладывал три постулата: взаимозависимость русла от потока и потока от русла; принцип минимума диссипации энергии; принцип ограниченности природных комплексов. Появления этих принципов вызвало широкую дискуссию, в которой высказывались противоположные соображения, но само появление обобщающих постулатов уже говорило о том, что вопрос создания строгой теории руслового процесса назрел”. Вторая составляющая часть науки о русловых процессах – типизация русел и руслового процесса. Разделение рек на типы было впервые проведено К.И. Россинским и И.А. Кузьминым. Ими выделены прямолинейные (слабоизогнутые), извилистые и разбросанные русла и установлены главные черты их деформаций: периодическое расширение в первых, развитие излучин во вторых и блуждание в третьих. Третья составляющая часть - руслоформирующие факторы. Впервые понятие об определяющих факторах руслообразования было сформулировано в 1885 г. В.М. Лохтиным. “Всякая река ... образуется сочетанием трех основных, друг от друга не зависящих элементов, а именно: 1) многоводности, определяемой атмосферными и почвенными условиями выпадения осадков на речную область и стока их в реку из притоков; 2) ската, или крутизны, обусловливаемой рельефом пересекаемой рекой местности и 3) большей или меньшей размываемости или устойчивости ложа реки, соответствующей свойствам прорезываемых её течением слоёв Земли”.

2.4. Геофизические свойства водных объектов.

Вода является одним  из самых трудных веществ, изучаемых  и физиками и химиками. Среди этих ученых существует такое мнение, что  нет в мире более «грязного» вещества, чем чистая вода. Слово «грязная»  используется в том смысле, что  физические явления в воде протекают по чрезвычайно сложным путям, и на каждом шагу встречаются различные особенности воды. Современное исследование свойства воды показало, что корни этих аномалий лежат в самой молекуле воды в ее строении.

Характер загрязнения подземных вод зависит от типа источника загрязнения и от геофизической ситуации. К основным источникам загрязнения подземных вод относят промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные сточные воды, для которых характерен определенный набор загрязняющих веществ. Например, состав промышленного стока горнодобывающего предприятия зависит от состава добываемой руды. В подземные воды попадают хлориды, сульфаты, бром, йод, калий, натрий, кальций, железо, нефтепродукты.

2.5. Прогноз погоды. Природные явления.

Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о будущем состоянии погоды в определённом пункте или регионе на определённый период времени. Составляется (разрабатывается) государственными или коммерческими метеорологическими службами на основе методов метеорологии. Прогнозы делятся по заблаговременности периода, на который даётся прогноз: сверхкраткосрочные (СКПП) — до 12 часов; краткосрочные (КПП) — от 12 до 36 часов; среднесрочные (СПП) — от 36 часов до 10 суток; долгосрочные (ДПП) — от 10 суток до сезона (3 месяца); сверхдолгосрочные (СДПП) — более чем на 3 месяца (год, несколько лет). Оправдываемость прогнозов тем ниже, чем выше заблаговременность. Оправдываемость СКПП составляет приблизительно 95-99 %, КПП 85-95 %, СПП 65-80 %, ДПП 60-65 %, СДПП — около 50 %.

Прогнозы погоды делятся по типам в зависимости от целей, для которых они разработаны:

• прогнозы общего пользования (публикуемые в СМИ и на интернет-сайтах) содержат краткую информацию об облачности, атмосферных осадках, явлениях погоды, ветре, температуре и влажности воздуха, атмосферном давлении;
• авиационные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, видимости, явлений погоды, облачности;
• морские и речные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, волнения, явлений погоды, температуры воздуха;
• сельскохозяйственные (агрометеорологические) прогнозы содержат детальную характеристику атмосферных осадков и температуры воздуха.

 

РАЗДЕЛ 3

Обработка данных геофизических исследований.

3.1. Моделирование 3D рельефа местности  по заданной топографической  съемке.

Модель 3D рельефа местности по заданной топографической съемке согласно варианта создается в программном продукте AutoCad. Снимок заданной территории используется в качестве положки, для чего после открытия рабочего пространства AutoCad выбирается пункт меню Вставка/Растровое изображение. Множество изолиний на снимке обводятся с помощью инструмента Полилиния, таким образом, чтобы они были замкнуты.

 

Рисунок 3.1. – Пример обрисовки изображения с помощью полилинии.

 

Далее производится поднятие созданных  ранее изолиний на определенную высоту,которую  можно определить по цифрам, соответствующим  каждой линии. Для этого используется инструмент Move, выделяется изолиния, затем  выбирается сам инструмент и в командной строке вводятся координаты.

После того, как все линии подняты  на определенную высоту производится «Лофтинг» фигуры для наглядного изображения. С помощью команды  «По сечениям» «лофтим» изолинии, начиная с наименьшей. Для просмотра полученной фигуры выделяем обьект и выбираем команду Визуальные стили, где выбирается где выбирается нужный цвет фигуры.

 

Рисунок 3.2. - Моделирование 3D рельефа  местности по заданной топографической  съемке.

3.2. Построение схемы геологической структуры суши и акваторий, в 3D модели рельефа заданной местности.

Создание схемы геологической структуры суши и акваторий, в 3D модели рельефа заданной местности осуществляется с помощью программного пакета AutoCad по данным топографической съемки. Построение начинается с выбора заданном плане топографической съемки местности 6 точек бурения (с 0 по 5 включительно), причем так, что бы точки бурения находились на одной прямой. Для этого используются такие инструменты, как pline и circle для обозначения точек, которые нумеруются.

 

 

Рисунок 3.3 –Выбор шести точек бурения.

 

После выбора 6 точек бурения осуществляется построение геологического разреза  рельефа данной местности. Для этого  строятся оси координат x,y, на оси x обозначается глубина бурения скважин, на оси y – их  расположение относительно друг друга. На буровой колонке скважины, представляющей собой несколько вертикальных граф, последовательно для каждой из пройденных пород отмечают: глубину и типы горных пород соответствующими условными обозначениями (штриховкой). Затем строится геологический разрез. На осях скважин, отмеченных тонкими линиями, наносятся абсолютные отметки устьев скважин. Полученные точки соединяются от руки. При этом линия проводится за крайние скважины на 1 – 2 см. Так будет обозначена дневная поверхность. Затем на осях скважин откладываются отметки подошвы первого от поверхности геологического слоя. Полученные точки также соединятся от руки и линия подошвы проводится за крайние скважины на 1 – 2 см. Для наглядности выбирается 4 типа почв для геологического разреза, которые обозначаются условными знаками. В данном случае это: песок мелкозернистый, мелкий, влажный; суглинок бурый, пластичный; глина коричневая, пластичная; гравий с валунами и галькой (рис 3.4.)

 

 

Рисунок 3.4 - Геологический разрез.

 

Для наглядного изображения скважин  и почв, которые используются на геологическом разрезе прорисовывают скважины (рис 3.5).

 

 

Рисунок 3.5. - Шесть скважин.

3.3. Создание розы ветров заданной  местности, разработка и анализ графика среднемесячной (среднедневной) температуры для заданной местности.

Создание розы ветров заданной местности, разработка и анализ графика среднемесячной (среднедневной) температуры для  заданной местности производится с помощью программного продукта Microsoft Office Excel. Данные о направлении ветра для заданной местности за определенный период (год) вводятся в соответствующие таблицы, затем по формуле высчитываются. После вывода направлений подсчитываются их средние значения, а затем выделяются столбцы, содержащие их и выбирается пункт меню Вставка/Диаграмма. В данном случае выбирается «Лепестковая» диаграмма в выпадающем окне (Мастер диаграмм).

 

 

Рисунок 3.6 – Роза ветров.

 

Данные для графика среднемесячной (среднедневной) температуры для  заданной местности также вводятся в Microsoft Office Excel. Затем подсчитываются средние значения температур воды и воздуха, после чего выделяются столбцы, содержащие их и выбирается пункт меню Вставка/Диаграмма. В данном случае выбирается тип диаграммы «График» в выпадающем окне (Мастер диаграмм).

 

Рисунок 3.7 - График среднемесячной(среднедневной) температуры.

3.4. Оценка инженерной обстановки  при наводнении.

Задача 1. Обьем водохранилища W=70* м куб., ширина прорана =80 м, глубина воды перед плотиной (глубина прорана) H=50 м, средняя скорость движения волны прорыва (попуска) V= 3 м/с. Определить параметры волны прорыва (попуска) на расстоянии R=125 км от плотины до объекта экономики при ее разрушении.

Решение:

1. Время подхода волны прорыва  (попуска) на заданное расстояние (до обьекта) R=125 км.

=R/V = 125* /3*3600 = 11,6;

2. Высота волны прорыва (попуска) h=m*H=0,075*50=3,75;

3. Время опорожнения водохранилища: T=W/3600*N* =70* /3600*350*80=0,07 (ч);

4. Продолжительность прохождения  волны прорыва (попуска) t до обьекта  на расстоянии R и время опорожнения  водохранилища Т. (по табл. А.3 при R=125 км определим коэффициент m1=4):

t=m1*T=4*0,07=0,28 (ч).

Ответ: параметры волны прорыва (попуска):высота волны прорыва (попуска) h=3,75 м; время подхода волны прорыва (попуска)  =11,6 ч; время опорожнения водохранилища T=0,07 ч; продолжительность прохождения волны прорыва (попуска) t=0,28 ч.

Задача 2. В результате весеннего половодья произошел подьем уровня воды в реке Сура, через которую наведен металлический мост Близь реки расположен пос. Шепелевка, и недалеко от него имеется водохранилище с плотиной. После переполнения водохранилища и прорыва плотины через проран в ней с параметром в безразмерном виде В=0,25началось резкое увеличение уровня воды в р. Суре, и гидропоток воды устремился к пос. Шепелевка Известны высота уровня воды в верхнем бьефе плотины H0=40м, удаление створа объекта от плотины L=20км, гидравлический уклон водной поверхности реки i=2 а также высота месторасположения объекта =1,5максимальная высота затопления участка местности (поселка) по створу объекта = 8 м и высота прямоугольника, эквивалентного по площади смоченному периметру в створе объекта = 5 м. Определить параметры волны прорыва – высоту, скорость и степень возможных разрушений на объекте и в поселке.

H=A1/ , из табл. А.5. А1=108, В1=74, тогда H=1,15(м)

Скорость волны прорыва: V=A2/ =30/50+20=0,43 (м/с)

Время приходя гребня и фронта волны прорыва: время (продолжительность) затопления территории обьекта -

Коэффициент по табл А.6, iL/H0=0,05,тсюда следует =0,14,тогда =0,14(60-360)(1-1,5/1,15)=12,6 ч=756 мин.

Возиожные разрушения волны прорыва  находят также по таблице А.2. при  h=1,15 V=0,43.

Вывод: здания получат слабые разрушения, дома, мост, дорога- сильные.

3.5. Рассмотрение и расчет геофизических  показателей заданного водного обьекта.

Таблица 3.1.

№	Осадки	Гр.воды	Пов.воды	Испарение	Забор воды
1кв.	7	3.5	2.1	3	5
2кв.	5	2.5	1.5	3	3
3кв.	5	2.5	1.5	2	4
4кв.	6	3	1.8	5	2

 

Рассчитываем обьем озера в  каждом квартале: обьем озера = (осадки + грунтовые воды + поверхностный сток) – (испарение + забор воды)

V1= (7+3.5+2.1) – (3+5) = 12.6-8=4.6;

V2= (5+2.5+1.5) – (3+3) = 3;

V3= (5+2.5+1.5) – (2+4) = 3;

V4= (6+3+1.8) – (5+2) = 3.8.

Определяем средний обьем озера за год:

Vср. = 14.4 (ед.куб.);

Из таблицы зависимости глубины озера от его обьема находим, что при обьеме озера приблизительно 14 ед. куб. шкала показывает глубину 23см. Отсюда составляем пропорцию:

1. 4.6 ед. куб. – 23 см             Х=15 (см)

3 ед. куб. – Х см

2) 3 ед. куб. – 23 см                   Х=23 (см)

    3 ед. куб – Х см

3) 3 ед. куб. – 23 см                   Х=29 (см)

    3.8 ед. куб. – Х см

Таким образом, обьем озера в  первом квартале составил 4600 м куб., а во втором 3000 м куб. Уровень водомерной рейки на стационарном гидрологическим  посту при этом оказалась на отметке 15 см, что по критерию оценки объема озера, что является оптимальным объемом для потребления. В третьем квартале обьем воды остался прежним и составил 3000 м куб. между вторым и третьим кварталом уровень водомерной рейки оказался на отметке 23 см, что также является оптимальным обьемом для потребления. В четвертом квартале обьем составил 3800 м куб.Отметка на рейке показала значение 29 см, что является максимальным обьемом для потребления.