Рождественский А.В., Лобанова А.Г. (ред.) Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений

Подождите немного. Документ загружается.

– 141 –

А.20. Расчет береговой линии водного объекта при отсутствии данных наблюдений

гидрометрических работ составляет 110 км

. В соответствии с зависимостью (ри-

сунок А.35) среднемноголетний годовой расход воды равен 0,71 м

/с. Средне-

многолетний расход воды за безледоставный период с учетом коэффициента 1,10

составил 0,78 м

/с, а соответствующий ему уровень воды 42,00 м БС (рисунок

А.37). Расчетные значения уровня были определены на основе данных об уровне

р. Плюссы в устье р. Кушелки и уклонах её водной поверхности, установленных по

крупномасштабным планам и результатам полевых обследований. Таким образом,

расчетные значения уровня р. Кушелки в пределах г. Сланцы составляют от 25,7 м

БС (в устье) до 42,0 м БС (в 8 км от устья).

Среднемноголетний уровень воды р. Плюссы за период, когда она не по-

крыта льдом, определялся следующим образом: устанавливались даты начала и

окончания ледостава. В соответствии с (Многолетние данные, 1986) за начало

устойчивого ледостава принималась дата установления первого длительного

ледостава (20 суток и более). Ледостав меньшей продолжительности, предше-

ствующий основному, учитывается, если его продолжительность была больше,

чем продолжительность последующего безледоставного периода. Если длитель-

ный ледостав прерывался состоянием «чисто» или «ледоход», продолжавшим-

ся всего несколько суток, т.е. значительно меньше, чем сам ледостав, то такие

перерывы во внимание не принимаются. За окончание ледостава принимается

первый день наступления весенних ледовых явлений (весеннего ледохода, шу-

гохода, подвижек и др.).

Поэтому при наличии данных наблюдений в гидрологических створах-

аналогах, определение береговой линии рек должно проводиться в следующей

последовательности:

По данным наблюдений за многолетний период за каждый гидрологический

год определяются даты окончания и начала ледостава и, соответственно, продол-

жительность безледоставного периода. Так как эта дата определяется по табли-

Продолжение таблицы А.49

12 3 4 5 67

40 1990–91 01.02.1990 25.11.1990 297 3,90 3,53

41 1991–92 23.03.1991 26.12.1991 278 2,57 2,52

42 1992–93 11.03.1992 26.10.1992 229 2,08 2,32

43 1993–94 24.03.1993 10.11.1993 231 1,75 1,88

44 1994–95 05.04.1994 17.12.1994 256 2,29 2,25

45 1995–96 09.03.1995 08.11.1995 244 2,62 2,54

46 1996–97 06.04.1996 18.12.1996 256 2,08 1,49

47 1997–98 01.04.1997 11.12.1997 254 2,57 2,64

48 1998–99 09.04.1998 12.11.1998 217 3,14 2,73

49 1999–00 30.03.1999 19.11.1999 234 2,73 2,40

50 2000–01 21.03.2000 26.12.2000 281 2,23 2,21

52 2001–02 04.04.2001 20.11.2001 231 2,49 2,23

53 2002–03 18.03.2002 30.11.2002 258 1,44 1,93

54 2003–04 09.04.2003 24.12.2004 260 2,63 2,33

55 2004–05 28.03.2004 23.11.2004 241 3,09 –

среднее 2,40 2,18

–

142 –

Приложение А. Примеры

Рис. А.37. Продольный профиль водной поверхности р. Кушелки в г. Сланцы

цам ежедневных уровней воды с характеристиками ледовых явлений, которые

публикуются в гидрологических ежегодниках начиная с 1936 г., то, соответствен-

но, этот год является первым (естественно при наличии данных наблюдений) в

многолетнем ряду. Таким образом, максимальная длина ряда может включать

период с 1936 по 2007 гг.

За каждый год рассчитывается средний уровень за период без ледостава.

Определяется среднемноголетний уровень за безледоставный период. При

наличии значимого тренда в сроках наступления и окончания ледостава, обу-

словленного климатическими факторами, обосновывается расчетный многолет-

ний период времени, за который определяется средний уровень воды.

Отметки среднемноголетнего уреза воды за безледоставный период в преде-

лах всего рассматриваемого участки реки устанавливаются по данным об укло-

нах водной поверхности, приведенных на крупномасштабных топографических

картах или планах. При отсутствии необходимых топографических материалов

уклон водной поверхности на участке реки определяется в результате полевых

обследований.

А.21. Расчет зон затопления

Как было отмечено в разделе 12 обработка ведется в любом пакете программ

ГИС и мы имеем дело с векторными картами. Здесь рассмотрен случай с при-

менением программы MapInfo, но при необходимости все получаемые данные

конвертируются в любой пакет ГИС, например — Arc View GIS, AutoCAD.

Для получения векторной карты берется топографическая карта на бумаж-

ной основе, сканируется для получения растрового изображения всего того, что

– 143 –

А.21. Расчет зон затопления

есть на этой карте и векторизуется. Любой объект (изображенный на карте) из

растрового вида представляется в форме векторов, т.е. создается векторная кар-

та. Каждая точка вектора представлена в плане координатами Х — долгота, У —

широта, но может быть дополнена и другими данными, например Z (высота).

Однотипные объекты компонуются в одну группу, так называемые слои. Слои

по форме подразделяются на три группы: точечные, линейные и площадные.

Вначале создается слой «реки линейные», т.е. проводится векторная линия

по фарватеру реки (рисунок А.38). Выбираем место, от которого следует вести

отсчёт измерений по длине реки. За «0» отсчета можно принять положение ги-

дрологического поста и от него вести отсчет вверх (+) по течению и вниз (–) по

течению. Но можно выбрать и любой другой объект, надежно отображенный на

карте (указать выходные данные карты) и дать описание его местонахождения.

В таблице слоя «реки линейные» должны быть созданы обязательно два поля:

одно — с отметкой уреза водной поверхности, второе — с расстоянием от вы-

бранного начала. На топографических картах крупного масштаба имеются точки

со значением отметок уреза воды в межень. Зная эти отметки, проводится ли-

нейная интерполяция значений уровня воды с шагом, в зависимости от уклона,

например через 10, 25, 50 см и определяется их местоположение от назначенно-

го постоянного начала. Наводятся линии раздела интерполированных значений

уровня воды на урезе водного объекта примерно перпендикулярно ложу реки

при наибольшем разливе. Затем создается слой «реки площадные» — с грани-

цей воды по обоим берегам (обязательно указывается величина отметки водной

поверхности для выбранного диапазона интерполяции). В результате получаем

фрагменты реки с известной отметкой водной поверхности (условно принятой

горизонтальной), то есть без учета уклона водной поверхности на рассматривае-

мом участке реки.

Далее необходимо подготовить к интерполяции слои, содержащие отметки

поверхности (воды и суши). Рассмотрим это на примере использования про-

граммы «Surfer». Выбираем любой файл с наведенными векторами, например, с

наименьшей величиной горизонтали, выше отметки уреза воды в межень — в на-

шем случае, «горизонт — 30,0» (рисунок А.39). Просматриваем, чтобы он был

наведен в проекции «долгота-широта» и имел единицу измерения координат —

градусы. Структура таблицы файла должна иметь минимум два поля: ID (тип —

Рис. А.38. Векторизация основного русла с учетом отметок уреза воды по длине реки

–

144 –

Приложение А. Примеры

целое) и ГОРИЗОНТАЛЬ — (тип — десятичное, с одним знаком после запятой).

Таблицу экспортируем в формат — mif и сохраняем «горизонт — 30,0.mif». Далее

используем модуль MifSurfConv. Надо дважды «кликнуть» по MifSurfConv.exe.

Показать, где находится исходный MIF-файл. Далее «кликнуть» по кнопке «От-

крыть».

В раскрывшемся окне «Choose output ﬁ le» указать имя файла («горизонт —

30,0.mif») и показать, где он должен находиться. «Кликнуть» по кнопке «Со-

хранить» — «горизонт — 30,0.dat». В раскрывшемся синем окне «кликнуть» по

черному треугольнику и выбрать какую-нибудь подходящую строчку (отметка),

после чего «кликнуть» по кнопке «Start». Если окошко стало зеленым, все «Ok».

Появившаяся цифра покажет, сколько получилось точек. Результат получен

в виде файла с расширением «горизонт — 30,0.dat», который можно открыть в

Surfer. Полученный файл «горизонт — 30,0.dat» в Surfer копируются (через бу-

фер компьютера) в MapInfo в создаваемый файл «рельеф-30.tab» с соответству-

ющей структурой и проекцией. В MapInfo на основе списка в созданной таблице

создаются точечные объекты (рисунок А.40).

Аналогичным образом подготавливаются все файлы с горизонталями, ги-

дрографией и точечные данные, имеющие на карте отметку высоты. Затем они

собираются в единый файл с рельефом (рельеф_весь. tab). Надо проверить, все

ли координаты в столбцах имеют одни и те же единицы измерения (десятичные

градусы или метры). Если единицы разные, надо проделать: «Таблица — обно-

вить колонку…» — результат — «рельеф_весь_2. tab» (рисунок А.41).Все значе-

Рис. А.39. Участок реки с горизонталью ближайшей к меженному уровню воды

– 145 –

А.21. Расчет зон затопления

Рис. А.40. Участок реки с точечными объектами для слоя «горизонт — 30,0», справа таблица

со значениями координат каждой точки (широта — X , долгота — Y , отметка — Z)

–

146 –

Приложение А. Примеры

Рис. А.41. Исследуемый участок со всеми точечными объектами «рельеф_весь»

– 147 –

А.21. Расчет зон затопления

ния из списка полученной таблицы можно скопировать в буфер компьютера и

вставить либо в Excel, либо в Surfer.

идет обработка в программе «Surfer». Если данные из списка находят-

ся в буфере компьютера, надо открыть Surfer: «File-New-Worksheet-Edit-Paste».

Результат сохранить как Golden Software Data (рельеф.dat) — этот файл (или

аналогично созданный в Excel) — представляет собой таблицу из трех столбцов.

1 — X-координата (долгота), Y-координата (широта), 3 — H — высота в точке с

координатами X, Y. Это исходный файл для расчетов в Surfer. Создавать его мож-

но и разными другими способами, например, просто набирать вручную значения

координат и высоты в таблице Excel или Surfer. По исходным данным сначала

рассчитывается сетка (рельеф.grd). Открыть Surfer, File-New-PlotDocument.

Если сетка не была построена ранее, то Grid-Data- рельеф.dat — открыть. От-

кроется окно Scattered Data Interpolation, в котором выбирается метод интерпо-

ляции (например, Kriging), шаг сетки (spacing) и пр. параметры. Результат рас-

четов делаем с шагом сетки в 10 раз меньшим, чем предлагается по умолчанию.

Расчет линий рельефа. Если сетка не была построена ранее, то открыть

Surfer, File-New-PlotDocument-Map-Contour Map-New-Contour Map и в от-

крывшемся окне показать файл сетки «рельеф.grd». Затем задать параметры по-

строения рельефа, для этого надо дважды щелкнуть по карте и появится окно

«map: Contour Properties». На вкладке «General» задаем уровень сглаживания

контура «smooth contours» и способ его заливки. На вкладке «levels» задаем зна-

чения наименьшего и наибольшего уровня воды и шаг интерполирования (через

0,5–0,25–0,10 м), а также способ и цвет заливки контура. В результате будет по-

строена карта рельефа.

Для экспорта в MapInfo «кликнуть» по построенной картинке (она пометит-

ся) и «кликнуть» по Map-Contour Map-Export Contours-задать имя файла .dxf

(рисунок А.42). Этот файл с расширением .dxf надо перевести в файл програм-

Рис. А.42. Карта по реке Тосна у г. Тосно с интерполированными горизонталями

в программе Surfer

–

148 –

Приложение А. Примеры

мы MapInfo, используя встроенный в неё универсальный транслятор. В блоке

«Источник» выбираем AutoCad DWG/DXF и показываем, где находится файл,

в блоке «Результат» показываем формат, в какой транслируем файл и его место.

Мы видим достаточно пеструю картину, явно карта содержит и необоснованные

детали интерполяции и шумы. Поэтому приходится выполнить чистку и вы-

брать только физически обоснованные значения, без детальных необоснованных

прорисовок (рисунок А.43) Далее можно получить заданные интерполирован-

ные горизонтали, соответствующие отметке уровня воды любой обеспеченности

(рисунок А.44).

Далее наводим линии раздела полученных интерполированных горизонта-

лей, соответствующих горизонтальной поверхности, и отметок водной поверх-

ности в принятом диапазоне их изменения (обусловленных уклоном) по длине

реки (рисунок А.45). Линии раздела проводим примерно перпендикулярно гра-

ницам разлива при наибольшем разливе. Безусловно, здесь присутствует субъек-

тивный подход, и каждый специалист наведет эти линии по своему усмотрению,

но это мало повлияет на общую картину затоплений.

После наведения границ разделов водной поверхности, надо разрезать зону

затопления требуемой обеспеченности (полученную в Surfer), на отдельные ча-

сти с постоянной отметкой внутри каждой из них (рисунок А.46). После раз-

резки появятся нестыковки зоны разлива на границах разделов водной поверх-

ности. Эти нестыковки можно сгладить, чтобы получить более естественную

(плавную) зону затопления. Затем можно и объединить несколько разрезан-

Рис. А.43. Фрагмент изображения в Mapinfo, конвертированного из Serfer

– 149 –

А.21. Расчет зон затопления

Рис. А.44. Интерполированные горизонтали (в площадном виде), соответствующие уровню

воды 1, 10 и 25% обеспеченности (без срезки на уклон)

Рис. А.45. Схема наведения линий раздела водной поверхности

с постоянной величиной отметки по длине реки

–

150 –

Приложение А. Примеры

ных зон в единое образование, но относить эту зону к уровню воды на гидроло-

гическом посту.

Такие схемы нетрудно построить для любого задаваемого значения уров-

ня воды, надо только в программе Surfer при интерполировании прописать это

значение.

А. 22. Расчет максимальных расходов дождевых паводков

при отсутствии данных гидрометрических наблюдений

ручья Чернецкий у деревни Ситенка по формуле предельной

интенсивности

Ручей Чернецкий протекает на юго-западе Ленинградской области (лесная

зона), является левым притоком реки Луги. Реки рассматриваемого района при-

надлежат к типу равнинных рек, для которых характерно смешан ное питание с

преобладанием снегового. Дождевые максимумы даже на малых реках обычно

ниже весенних. Значительная часть водосбора занята сосновым лесом, механи-

ческий состав почв: пески и супеси. Основные гидрографические характеристи-

ки ручья Чернецкий даны в таблице А.50.

Требуется: рассчитать максимальные расходы и модули стока дождевых па-

водков вероятностью ежегодного превышения P = 0,1, 1, 2, 3, 5, 10, 25 %.

Рис. А.46. Схема зон затопления при уровне воды 1% обеспеченности для участков,

с учётом уклона воды