POLITECHNIKA RZESZOWSKA WYDZIAŁ BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA KATEDRA ZAOPATRZENIA W WODĘ I ODPROWADZANIA ŚCIEKÓW

Ćwiczenie projektowe nr 1 z przedmiotu hydrologia i nauki o ziemi

Temat: Operat hydrologiczny

Rok akademicki 2012/2013

Cel opracowania:

Celem wykonania obliczeń jest otrzymanie danych hydrologicznych pozwalających na wykonanie projektu budowli wodnej zlokalizowanej w zlewni rzeki.

Podstawa opracowania:

1. Projekt w skali 1:100 000

2. Dane hydrologiczne

3. Obliczenie charakterystycznych przepływu wg. wzorów Iszkowskiego

1. Charakterystyka zlewni

1. Powierzchnia zlewni:

F_c=115,7 [km²]

2. Powierzchnia prawostronna zlewni:

F_p=51,5 [km²]

3. Powierzchnia lewostronna zlewni:

F_l=64,2 [km²]

Tab. 1: Zestawienie pomiarów dotyczących powierzchni zlewni.

Pomiary	Fc	Fp	Fl
Jednostki	[km^2]	[km^2]	[km^2]
I	115,7	51,3	64,4
II	115,3	51,8	63,5
III	116,1	51,5	64,6
Średnia arytmetyczna	115,7	51,5	64,2

4. Długość głównego cieku:

L_g=14,5 [km]

5. Suma długości dopływów:

Σ L_i = L₁ + L₂ + L₃ + L₄ + L₅ +L₆ [km]

Σ L_i = 55,0 [km]

6. Suma długości cieku głównego i dopływów:

L_c = L_g + Σ L_i [km]

L_c = 14,5 + 55 = 69,5 [km]

7. Obwód zlewni:

O_z = 38,1 [km]

2. Określenie parametrów kształtu zlewni, charakterystyki geograficznej oraz rzeźby terenu zlewni

1. Średnia szerokość zlewni:

B = F_c/L_g [km]

B = 115,7/14,5 = 7,98 [m]

2. Średnia szerokość prawej strony zlewni:

B_p = F_p/L_g [m]

B_p = 51,5/14,5 = 3,55 [m]

3. Średnia szerokość lewej strony zlewni:

B_l = F_l/L_g [m]

B_l = 64,2/14,5 = 4,43 [m]

4. Wskaźnik symetryczności zlewni, jest to iloraz średniej szerokości prawej strony zlewni i lewej:

K_s = B_p/B_l

K_s = 3,55/4,43 = 0,80

5. Wskaźnik zawartości zlewni, jest to iloraz obwodu zlewni do obwodu koła, którego powierzchnia jest równa powierzchni zlewni:

Kc = 1,0

6. Wskaźnik stoczystości zlewni charakteryzuje nachylenie oraz spadek:

S = 2,79

7. Gęstość sieci hydrologicznej:

D = L_c/F_c

D = 69,5/115,7 = 0,60

8. Wskaźnik Belgrada:

Bel = 1/D

Bel = 1/0,60 = 1,67

9. Wskaźnik formy- przyrównanie kształtu zlewni do kwadratu o boku równym długości zlewni

CF = F_c/L_g²

CF = 0,55

10. Deniwelacja zlewni

[m]

Δh = 1223 - 1193 = 30 [m]

11. Średnia wysokość zlewni

Δh_śr= 0,5 (h_max + h_min) [m]

Δh_śr=0,5 (1223 + 1193) = 1208 [m]

12. Wskaźnik jeziorności

Jo = 0

13. Wskaźnik lesistości

Ls = 81,4%

Tab. 2: Zestawienie obliczeń dotyczących charakterystyki zlewni oraz wskaźników określających kształt zlewni, warunków geograficznych oraz rzeźbę terenu.

Parametr	Fc	Fp	Fl	Lg	Σ Li	Lc	Oz	B	Bp
Jednostka	[km^2]	[km^2]	[km^2]	[km]	[km]	[km]	[km]	[km]	[km]
Wartość	115,7	51,5	64,2	14,5	55	69,5	38,1	7,98	3,55

Parametr	Bl	Ks	Kc	S	D	Bel	CF	Δh	Δhśr
Jednostka	[m]	[-]	[-]	[-]	km/ km^2	km/ km^2	[-]	[m]	[m]
Wartość	4,43	0,80	1,0	2,79	0,60	1,67	0,55	30	1208

Parametr	Jo	Ls
Jednostka	[%]	[%]
Wartość	0	81,4

14. Tab. 3: Przyrost powierzchni zlewni.

Przekroje	Fi [km^2]	Lgi [km]
0	0,0	0,0
0-A	10,7	2,7
A-B	33,3	2,9
B-C	31,9	3,0
C-D	29,9	2,8
D-II	9,9	3,1

Wykres 1: Wykres przyrostu powierzchni zlewni.

Fi [km^2]	Lgi [km]
0,0	0,0
10,7	2,7
44,0	5,6
75,9	8,6
105,8	11,4
115,7	14,5

Tab. 4: Profil podłużny rzeki.

Wysokość H [m n.p.m]	Długość odcinka rzeki Lgi [km]
1230	0
1224	3,6
1218	3,4
1212	3,7
1206	2,0
1200	1,8

Wykres 2: Wykres przyrostu długości rzeki.

3. Obliczenie charakterystycznych przepływów wzorami Iszkowskiego

1. Przepływ średni roczny

Qśr = 1,12

α - współczynnik zależny od charakteru zlewni; α = 0,55; charakter zlewni: góry

F_c - powierzchnia zlewni [km²]; F_c = 115,7 [km²]

H - wysokość normalnego opadu rocznego [m]; H=550 mm = 0,55 m

2. Przepływ absolutnie najniższy

Q = 0,089

ν - współczynnik zależny od charakteru zlewni; ν = 0,4; charakter zlewni: w terenie górzystym

3. Przepływ średni niski

Q1 = 0,179

4. Przepływ normalny

Q2 = 0,314

5. Przepływ katastrofalny

Qmax = 4,37

ω = 0,29 - zależy od charakteru zlewni; charakter zlewni: górski z silną roślinnością

μ = 7,4 - zależy od wielkości zlewni

H = 550 [mm] = 0,55 [m] - wysokość normalnego opadu roboczego

F_c = 115,7 [km²] - powierzchnia zlewni

Tab. 5: Zestawienie wartości przepływów.

Przepływy	Wzór	Jednostki	Wartość
średni roczny		m^3/s	1,12
absolutnie najniższy		m^3/s	0,10
średni niski		m^3/s	0,18
normalny		m^3/s	0,31
katastrofalny		m^3/s	4,37

4. Obliczenie charakterystycznych stanów metodą kolejnych przybliżeń

Zakładam trapezowy przekrój koryta, przyjmuję szerokość dna: b = 5 m, współczynnik szorstkości: n = 0,04 oraz nachylenie skarpy: m = 3.

Schemat przekroju poprzecznego koryta rzecznego.

1. Spadek zwierciadła wody

= 0,00243

2. Szerokość koryta rzecznego

b=5

3. Szorstkość koryta rzecznego

n=0,06

4. Nachylenie brzegów koryta

m=3

5. Zakładam trapezowy przekrój koryta rzecznego

1. Równanie ciągłości
   

Q = 22,66

F - pole powierzchni przekroju poprzecznego koryta rzecznego w [m²]

v - prędkość przepływu wody w [m/s]

2. Wzór Maaninga
   = 1,59
   

R_h - jest to promień hydrauliczny, wyliczany z zależności

n - szorstkość koryta rzecznego

i_c - spadek zwierciadła wody

3. Pole powierzchni przekroju poprzecznego koryta rzecznego F wyliczamy z zależności
   
   

F = 14,25 m²

b - szerokość koryta rzecznego

m - nachylenie stoku

h - głębokość napełnienia kanału; przyjęto h = 1,5 m

4. Obwód zbliżony O_zw wyliczamy z zależności

Tab. 6: Zestawienie obliczeń dotyczących charakterystycznych stanów wyznaczonych

za pomocą metody kolejnych przybliżeń.

Parametr	Stany h	F	Ozw	Rh	v	Qobl	QIszk
Jednostka	[m]	[m²]	[m]	[m]	[m/s]	[m³/s]	[m³/s]
hśr	0,3	1,8	6,92	0,26	0,49	1,144	1,44
h0	0,1	0,51	5,61	0,09	0,24	0,160	0,160
h1	0,15	0,79	5,92	0,13	0,32	0,320	0,320
h2	0,2	1,32	6,47	0,25	0,42	0,56	0,56
hmax	0,37	2,63	7,65	0,34	0,59	1,57	1,57

---