Камчатский государственный технический университет Кафедра экологии и природопользования
Дисциплина «Гидрология и регул...
23 downloads
255 Views
202KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Камчатский государственный технический университет Кафедра экологии и природопользования
Дисциплина «Гидрология и регулирование стока»
ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов»
Петропавловск-Камчатский 2003
УДК 556 ББК 26.22 И24
Ивашкевич Г.В. И24
Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2003. – 8 с.
Методические указания к лабораторной работе «Взаимосвязь поверхностных и подземных вод» предназначены для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» и составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Гидрология и регулирование стока». Обсуждены на заседании кафедры ЭиП 10 июня 2002 г., протокол № 28.
УДК 556 ББК 26.22
© КамчатГТУ, 2003 © Ивашкевич Г.В., 2003
2
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД 1. Цель работы: Произвести расчленение гидрографа общего стока (вариант индивидуальный) р. Авача — г. Елизово по видам питания методом Б.И.Куделина. 2. Дано: - гидрограф стока воды за 1946 г. (рис. 1). 3. Задание: - Рассмотреть общие положения метода. - Выделить грунтовый сток в период половодья. - Определить объем стока за год. - Вычислить характеристики стока: а) поверхностного б) грунтового. 4. Теоретические пояснения: Расчленение гидрографа общего стока заключается в графическом выделении на гидрографе объемов воды, сформированных различными источниками питания (дождевое, снеговое, подземное, ледниковое). При оценке естественных ресурсов или подземного питания применение метода генетического расчленения гидрографа теоретически обосновано тем, что в среднем многолетняя величина питания подземных вод эквивалентна подземному стоку зоны интенсивного водообмена. Наиболее подробно, на первом этапе, вопрос был разработан Б. И. Куделиным . Подземное питание рек осуществляется за счет стока в реки грунтовых и артезианских вод. Динамика подземного стока из отдельных водоносных горизонтов зависит от степени гидравлической связи этих горизонтов с рекой, схема которых представлена на рис. 1. а. Водоносные горизонты, не имеющие гидравлической связи с рекой. Режим стока из этих горизонтов близок к режиму поверхностного стока с некоторым смещением фаз хода уровня вправо (запаздывание) по оси времени. б. Водоносные горизонты, гидравлически связанные с ре 3
Рис. 1. Гидрограф р. Авача - г. Елизово за 1946 г. 1 - подземный сток, 2 - поверхностный сток. кой: Режим стока из этих горизонтов имеет противоположную направленность фаз по сравнению с поверхностными водами. Максимуму поверхностного стока соответствует минимум подземного стока. в. Водоносные горизонты, имеющие периодическую гидравлическую связь с рекой. Режим стока из этих горизонтов имеет смешанный характер. При восходящей стадии весеннего половодья в прибрежной зоне образуются обратные гидравлические уклоны грунтового потока и происходит инфильтрация речных вод в берега. При спаде половодья зеркало грунтового потока приобретает наклон к реке и начинается обратный сток в реку профильтровавшейся в берега речной воды. Б.И.Куделин условно называет «береговым регулированием поверхностного стока» явление инфильтрации речных вод в берега в восходящей стадии половодья и возврат их в реку на спаде половодья. В последнее время развивается вопрос о составлении русловых водных балансов, в которых производится учет воды, участвующей в береговом регулировании. Общая продолжительность берегового регулирования поверхностного стока соответствует времени Т, равному приблизительно общему периоду весеннего половодья. Гидрологическое значение берегового регулирования состоит в том, что поверхностный сток, сформировавшийся за счет снеговых вод и атмосферных осадков, поступивший склоновым стоком до створа реки, благодаря взаимодействию с берегами и грунтовыми водами прибрежной зоны вре4
менно теряется для поверхностного стока, превращаясь в грунтовые воды. Эти воды сохраняются в берегах в период восходящей стадии половодья (вследствие подпора от высоких вод в реке) и после пика половодья возвращаются в реку и увеличивают сток реки на спаде половодья (положительный подземный сток). Таким образом, в процессе берегового регулирования происходит лишь перераспределение поверхностного стока внутри весеннего половодья. Подземное питание рек за счет основных запасов подземных вод водосбора в период высоких уровней резко сокращается, а для случая полной гидравлической связи грунтовых вод с рекой подземное питание в период половодья можно принять равным нулю. При этом следует учитывать размер водосбора и закономерности развития подземного стока. При смешанном питании необходимо учитывать сток из источников и родников, расположенных выше высоких уровней в реке. 2. Выделение грунтового стока на гидрографе р. Авача - г. Елизово связано со следующим порядком вычислений: а. Начало весеннего половодья во всем бассейне отмечается одновременно 23 марта, поэтому и прекращение стока грунтовых вод в реку из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой, наступает одновременно. На рис. 1.9 это отмечено линией АВ, соответствующей 23 марта. Подземное питание (вследствие подпора) прекратилось с 23 марта, но грунтовые воды, поступившие в русло в верховьях до 23 марта, стекают вниз по реке вместе с паводочной волной. Скорость добегания рассчитана по датам наступления пика половодья в верхнем створе - Заимке fi = 5/IV, и в замыкающем створе - Елизове f2 = 11/IV. Расстояние между указанными створами Z = 274 км. Скорость добегания вычисляем по формуле Vдоб =
Z = 46 км/сут f 2 − f1
б. В замыкающем створе у г. Елизово до окончания половодья 8 мая (точка D на гидрографе) происходит береговое регулирование поверхностного стока и грунтовое питание отсутствует; отметим это вертикальной линией DE. В верховьях бассейна половодье окончилось 13 апреля и с этого момента в речную сеть стали поступать воды за счет основных запасов грунтовых вод в бассейне из водоносных горизон5
тов, гидравлически связанных с рекой. Эти воды достигнут расчетного створа согласно предыдущего через 8 суток от даты окончания половодья в верховьях, т. е. 21 апреля. Эту дату на гидрографе отметим точкой F. С 21 апреля с каждым днем в замыкающем створе расход грунтовых вод будет увеличиваться вследствие поступления грунтовых вод с менее удаленных частей бассейна. Нарастание расхода грунтовых вод будет происходить по прямой FD. 8 мая закончится береговое регулирование поверхностного стока по всему бассейну, и к этому времени заканчивается сток талых снеговых вод и река полностью переходит на грунтовое питание. Как видно из гидрографа, паводки в 1946 г. отсутствовали и вся остальная часть гидрографа относится к подземному стоку. 3. После произведенных расчетов на гидрографе, представляющем общий годовой сток (см. рис. 1), выделяются следующие площади: KASDFK - площадь поверхностного снегового стока, A'AKK' (I) и FDD'F'F (II) - площади грунтового стока (заштрихованные). По гидрографу можно определить следующие объемы стока за год: объем годового стока W м3, объем поверхностного снегового стока Wn м3, объем грунтового стока Wrp м3. Указанные объемы можно вычислить по гидрографу двумя приемами: 1) последовательным планиметрированием площадей: всего гидрографа, поверхностного снегового и грунтового стока; 2) вычислить объем годового стока аналитически, спланиметрировать площадь поверхностного снегового стока и объем грунтового стока получить вычитанием.
6
5. Применяемые материалы, приборы и оборудование: ежедневные расходы воды для построения гидрографа (вариант индивидуальный), миллиметровая бумага для построения гидрографа, набор фломастеров, калькулятор. 6. Выполнение работы. При расчленении гидрографа стока и выделении подземной составляющей следует иметь в виду, что подземное питание рек осуществляется за счет стока в реки грунтовых и артезианских вод. Динамика подземного стока из отдельных водоносных горизонтов зависит от степени гидравлической связи этих горизонтов с рекой. а. Водоносные горизонты, не имеющие гидравлической связи с рекой. Режим стока из этих горизонтов близок к режиму поверхностного стока с некоторым смещением фаз хода уровня вправо (запаздывание) по оси времени. б. Водоносные горизонты, гидравлически связанные с рекой: Режим стока из этих горизонтов имеет противоположную направленность фаз по сравнению с поверхностными водами. Максимуму поверхностного стока соответствует минимум подземного стока. в. Водоносные горизонты, имеющие периодическую гидравлическую связь с рекой. Режим стока из этих горизонтов имеет смешанный характер. Таким образом, подземное питание рек за счет основных запасов подземных вод водосбора в период высоких уровней резко сокращается, а для случая полной гидравлической связи грунтовых вод с рекой подземное питание в период половодья можно принять равным нулю. При этом следует учитывать размер водосбора и закономерности развития подземного стока. При смешанном питании необходимо учитывать сток из источников и родников, расположенных выше высоких уровней в реке. После произведенных расчетов на гидрографе, представляющем общий годовой сток (см. рис. 1), выделяются следующие площади: - площадь поверхностного снегового стока, - площади грунтового стока (заштрихованные).
7
7. Содержание отчета. В состав отчета входит расчлененный по источникам питания гидрограф, вычисленные и записанные на этом же формате характеристики стока отдельно грунтового и отдельно поверхностного. 8. Вопросы для самоконтроля. 8.1. В чем заключается сущность расчленения гидрографа? 8.2. Охарактеризуйте принципиальные подходы к выделению поверхностного питания. 8.3. Охарактеризуйте принципиальные подходы к выделению подземного питания. 8.4. Как определяются объемы поверхностного и грунтового питания.
9. Литература. 9.1. Богословский Б.Б. Общая гидрология.-Л.: Гидрометеоиздат, 1984 9.2. Давыдов Л.К., А.А. Дмитриева, Н.Г. Конкина.- Общая гидрология-Л.: Гидрометеоиздат, 1973.
8
Ивашкевич Геннадий Васильевич ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов»
В авторской редакции Компьютерный набор, верстка Ивашкевич Г.В. Лицензия ИД № 02187 от 30.06.00 г. Подписано в печать 09.01.2003 г. Формат 61*86/16. Печать офсетная. Гарнитура Times New Roman Авт. л. 0,27. Уч.-изд. л. 0,42. Усл. печ. л. 0,49 Тираж 40 экз. Заказ № 9 Редакционно-издательский отдел Камчатского государственного технического университета Отпечатано полиграфическим участком РИО КамчатГТУ 683003, г. Петропавловск-Камчатский, ул. Ключевская, 35
9