Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska 
Kierunek: Ochrona Środowiska

Katedra Zaopatrzenia w Wodę i Odprowadzania Ścieków

HYDROLOGIA I GOSPODARKA WODNA

Temat : Wykonać operat hydrologiczny dla zlewni

Prowadzący: Mgr inż. Izabela Miłek	Wykonała: Paulina Kusz II BODI P-2

Rok akademicki 2011/2012

OBLICZENIA

Charakterystyka zlewni

Powierzchnia calkowita zlewni: F_c=102, 6  km²

Powierzchnia prawostronna zlewni :               F_p=67, 7 km²

Powierzchnia lewostronna zlewni :                  F_l=32, 1 km²

Dlugosc cieku glownego :              L_g=10, 1 km

Długości dopływów: L₁= 2,7 km L₂= 3,6 km L₃=4,1 km L₄= 5,2 km L₅= 5,3 km L₆= 6,1 km

Obwód zlewni w skali 1:100 00 O_z= 36,5 km

Parametry kształtu zlewni

Średnia szerokość zlewni:

B=$\frac{F_{c}}{L_{g}}$ [km] B=$\frac{102,6}{10,1} =$10,18 km

Średnia szerokość zlewni prawostronnej:

$B_{p} = \ \frac{F_{p}}{L_{g}}$ [km] B_p=$\frac{67,7}{10,1}$= 6,7 km

Średnia szerokość zlewni lewostronnej:

B_l=$\frac{F_{p}}{L_{g}}$ [km] B_l= $\frac{32,1}{10,1}$ = 3,18 km

Wskaźnik symetryczności zlewni:

$k_{s} = \frac{B_{p}}{B_{l}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ k}_{s} = \frac{6,7}{3,18} = 2,1$

Wskaźnik zwartości:

$k_{c} = \frac{O_{z}}{(2 \bullet \left( \pi \bullet F_{c} \right)^{\sqrt{2}})}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ k}_{c} = \frac{36,5}{(2 \bullet \left( \pi \bullet 102,6 \right)^{\sqrt{2}})} = 5,2 \bullet 10^{- 3}$

Wskaźnik statyczności zlewni:

S=$\frac{H_{\max} - H_{\min}}{{F_{c}}^{0,5}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }$S=$\frac{400 - 340}{{102,6}^{0,5}} =$5,9

Gęstość sieci hydrologicznej : ( ∑ L_i= 27 km ) ;

D= $\frac{\sum\text{\ \ L}_{i} + L_{g}}{F_{z}}$ [km] D= $\frac{27 + 10,1}{102,6}$0,36 km

1. Wskaźnik Belgranda : 1Bel=$\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{D}}$ [km] 1Bel=2,78 km

2. Różnica wysokości – deniwelacje zlewni:

ΔH=H_max − H_min m n.p.m. ΔH=400 − 340= 60 m n.p.m.

Δh= h_max − h_min m n.p.m. Δh= 394 − 334=60 m n.p.m.

Średnia różnica wysokości :

Δ$H_{sr} = \frac{\text{ΔH}}{2}$m n.p.m Δ$H_{sr} = \frac{60}{2} = 30\ m\ n.p.m.$

Δ$h_{sr} = \frac{\text{Δh}}{2}$ m n.p.m Δ$h_{sr} = \frac{60}{2} = 30\ m\ n.p.m.$

1. Spadek zwierciadła cieku: $\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\text{Δh}}}{\mathbf{L}_{\mathbf{g}}}$ [˚/̥ ̥] $\mathbf{i}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{60}}{\mathbf{10,1}}\mathbf{= 5,94}$˚/̥ ̥

2. Wskaźnik bagnistości ( powierzchnia bagna z przedziału 10-20; założono 15)

$$\frac{\text{powierzchnia\ bagna}}{powierzchnia\ calkowita} = \frac{15}{102,6} = 0,15$$

Wskaźnik lesistości( powierzchnia lasu z przedziału 20-35; założono 25):

$$\frac{\text{powierzchnia\ lasu}}{powierzchnia\ calkowita} = \frac{25}{102,6} = 0,24$$

Wskaźnik jeziorności( powierzchnia jeziora z przedziału 25-30; założono 28):

$$\frac{\text{powierzchnia\ jeziora}}{powierzchnia\ calkowita} = \frac{28}{102,6} = 0,27$$

Obliczenie charakterystycznych przepływów wzorami Iszkowskiego

Przepływ średni roczny:

$Q_{sr} = \frac{\alpha \bullet F \bullet H}{365 \bullet 24 \bullet 3600}$[$m^{3}/s\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Q}_{sr} = \frac{0,40 \bullet 102,6 \bullet 10^{- 6} \bullet 0,53}{365 \bullet 24 \bullet 3600}$= 0,691 m³/s

Przepływ absolutnie najniższy:

Q₀ = 0, 2 • v • Q_sr[m³/s] Q₀=0,2∙0,5∙0,691= 0,069 m³/s

Średni przepływ niski :

$Q_{1} = 0,4 \bullet v \bullet Q_{sr}\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }Q_{1}$=0,4∙0,5∙0,691= 0,138 m³/s

Przepływ normalny:

Q₂ = 0, 7 • v • Q_sr[m³/s] Q₂=0,7∙0,5∙0,691= 0,242 m³/s

Przepływ wielkiej wody katastrofalnej:

$Q_{\max} = \frac{\omega \bullet \mu \bullet F \bullet H}{365 \bullet 24 \bullet 3600}$[$m^{3}/s\rbrack\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Q}_{\max} = \frac{0,155 \bullet 7,4 \bullet 102,6 \bullet 10^{- 6} \bullet 0,53}{365 \bullet 24 \bullet 3600} = 1,982\text{\ m}^{3}/s$

Projektowanie koryta

Zakładamy kształt koryta jako trapezowy *przyjmuję nachylenie skarp bocznych m = 2 i szerokość koryta m m m m m m bb=3m................*zakładam szerokość koryta b = 3m

Charakterystyka koryta i cieku.

Współczynniki zależne od charakteru i wielkości zlewni:

α - współczynnik odpływu, dla zlewni o charakterze bardziej stromych pagórkach .. i przedgórzach; wybrano α=0,40m 𝜔- współczynnik dla zlewni w terenie górskim o powierzchni<150km; wybrano n b b b b b 𝜔=0,155 𝜈 - wybrano dla zlewni pod względem jakości pokładów i roślinności w terenie ,m m m górzystym; wybrano 𝜈 = 0,5 𝜇- współczynnik dla zlewni o powierzchni F_c = 102,8 km; wybrano 𝜇 = 7,40 n - średni współczynnik szorstkości koryta naturalnego cieku wodnego, o dnie m mn kamiennym ,i z występującymi głazami; wybrano n = 0,050

Obliczenie charakterystycznych stanów wody metodą kolejnych o o o o przybliżeń Q = F ∙ V [m³/s]

F = ( b + m ∙ h ) ∙ h ; V=$\frac{1}{n} \bullet {R_{h}}^{2/3} \bullet i^{1/2}\text{\ \ \ \ \ \ }$;${\text{\ \ \ \ \ \ \ \ }R}_{h} = \frac{F}{O_{z}}$;$O_{z} = b + 2h\sqrt{1 + m^{2}}$

Q = $\frac{1}{n} \bullet i^{1/2} \bullet (\ {\frac{(\ b\ + \ m\ \bullet \ h\ )\ \bullet \ h\ }{b + 2h\sqrt{1 + m^{2}}})}^{\frac{2}{3}}$( b + m ∙ h ) ∙ h [m³/s]

1.Charakterystyczne stany

Lp.	h[m]	Q obliczone [m^3/s]	błąd
Qśr	0,844	0,691	0,000
Q0	0,259	0,069	0,000
Q1	0,375	0,138	0,000
Q2	0,502	0,242	0,000
Qmax	1,374	1,983	0,001

Obliczenia do wyznaczenia krzywej konsumpcyjnej(przepływu)

2.Dane potrzebne do stworzenia krzywej konsumpcyjnej (przepływu)

Lp.	h[m]	Q obliczone [m^3/s]	h^2 [m]	h^3 [m]	h^4 [m]	Q*h	Q* h^2
Qśr	0,844	0,691	0,712	0,601	0,507	0,583	0,492
Q0	0,259	0,069	0,067	0,017	0,004	0,018	0,005
Q1	0,375	0,138	0,141	0,053	0,020	0,052	0,019
Q2	0,502	0,242	0,252	0,127	0,064	0,121	0,061
Qmax	1,374	1,983	1,888	2,594	3,564	2,724	3,743
∑	3,354	3,123	3,060	3,392	4,159	3,499	4,320

Wyznaczono współczynniki a, b i c potrzebne do obliczenia przepływów na poszczególnych wysokościach: Q = a+ b ∙ h + c ∙ h² [m³/s]

$\left\{ \begin{matrix} n \bullet a + b \bullet \sum h + c \bullet \sum h^{2} - \sum Q = 0,,,,\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ,,\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\ a \bullet \sum h + b \bullet \sum h^{2} + c \bullet \sum h^{3} - \sum Q \bullet h = 0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\ a \bullet \sum h^{2} + b \bullet \sum h^{3} + c\sum h^{4} - \sum{Qh}^{2} = 0\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \\ \end{matrix} \right.\ \left\{ \begin{matrix} a = 0,0698\ \ \ \ \\ b = ( - 0,285) \\ c = 1,222\ \ \ \ \ \ \\ \end{matrix} \right.\ $, n=5m

3. Tabela przedstawiająca wartości przepływów na poszczególnych wysokościach

h[m]	0,259	0,375	0,502	0,844	1,374
Q[m^3 /s]	0,078	0,135	0,235	0,700	1,985

Wykres zależności przepływu Q [m³/s] od wysokości h [m]

Przekrój poprzeczny koryta

h−rzędna wysokość stanu wody

h_sr− rzędna wysokość stanu wody przy przepływie średnim h_sr = 0, 844 m

h₀− rzędna wysokość stanu wody przy przepływie absolutnie najniższym h₀ = 0, 259 m

h₁− rzędna wysokość stanu wody przy średnim niskim przepływie h₁=0,0,375 m

h₂− rzędna wysokość stanu wody przy przepływie normalnym h₂ = 0, 502 m

h_max− rzędna wysokość stanu wody przy przepływie wielkiej wody katastrofalnej m h_max = 1, 374 m 

b −  zalozona szerokość koryta: b = 3

H_min− najniższa wysokość krawędzi koryta rzeki; z założeń H_min = 340 m n.p.m.

H_max−najwyższa wysokość krawędzi koryta rzeki; z założeń H_max = 400 m n.p.m.

Q_sr− przepływ średni roczny: Q_sr = 0, 691 m³/s

Q₀ −  przepływ absolutnie najniższy; Q₀ = 0, 069 m³/s

Q₁− przepływ średni niski; Q₁ = 0, 138 m³/s

Q₂−przepływ normalny; Q₂ = 0, 242 m³/s

Q_max− przepływ wielkiej wody katastrofalnej;  Q_max = 1, 983 m³/s

Obliczanie rzędnych koryta i zwierciadeł wody:

r_zd = h_min − h₂ = 334 − 0, 502 = 333, 498 m n.p.m.

r_zwQ0 =  r_zd + h₀ = 333, 498 + 0, 259 = 333, 757 m n.p.m.

r_zwQ1 =  r_zd + h₁ = 333, 498 + 0, 375 = 333, 873 m n.p.m.

r_zwQ2 =  r_zd + h₂  = 333, 498 + 0, 502 = 334 m n.p.m.

r_zwQsr =  r_zd + h_sr = 333, 498 + 0, 844 = 334, 342m n.p.m.

r_zwQmax =  r_zd + h_max = 333, 498 + 1, 374 = 334, 872 m n.p.m.

Przekrój poprzeczny koryta