Рабочая программа Гидрорасчеты

Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –21/01
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИГНД:
___________А.К. Мазуров
«___» ___________ 2009 г.
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ
Рабочая программа учебной дисциплины для направления
280400 «Природообустройство» по магистерской программе
«Геоэкология водосборов»
Институт геологии и нефтегазового дела (ИГНД)
Обеспечивающая и выпускающая кафедра: Гидрогеологии,
инженерной геологии и гидрогеоэкологии (ГИГЭ)
Курс
Семестр
Учебный план набора
–6
– 11
– 2008 г.
Распределение учебного времени
Лекции
– 18 ч. (ауд.)
Всего аудиторных занятий – 18 ч. (ауд.)
Самостоятельная
– 36 ч.
(внеаудиторная работа)
Общая трудоемкость
– 54 ч.
Зачёт в 11-м семестре
2009
Рабочая программа
учебной дисциплины
Ф ТПУ 7.1 –21/01
Предисловие
1. Рабочая программа составлена на основе ГОС по направлению
280400 (560700) «Природообустройство», утвержденного
17.03.2000 г.
РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей
кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии «09» сентября 2009 г., протокол № 1.
2. Разработчик:
профессор кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии, д.г.н.
__________ О.Г. Савичев
3. Зав. обеспечивающей кафедрой
проф., д.г.-м.н.
__________С.Л. Шварцев
4. Рабочая программа СООТВЕТСТВУЕТ действующему плану.
Аннотация
Рабочая программа учебной дисциплины «Гидрологические расчёты» разработана для направления 280400 «Природообустройство». Дисциплина представляет один из важных разделов гидрологии, нацеленный на разработку методов определения
гидрологических характеристик. Знание этих методов является
неотъемлемой чертой квалифицированного специалиста по водным проблемам. В процессе обучения магистранты закрепляют
имеющиеся знания по математике, гидрологии и приобретают
знания о способах определения водного и твёрдого стока. Приведены цели и задачи изучения дисциплины и краткое описание
основных разделов теоретического курса и способов контроля
результатов обучения, перечень рекомендуемой литературы. При
изучении дисциплины магистрант приобретает знания о цели и
задачах гидрологических расчётов для проектирования объектов
строительства и разработки водохозяйственных мероприятий.
2
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Главной целью учебной дисциплины является приобретение знаний и навыков в области гидрологических расчётов для
определения основных гидрологических характеристик (уровни и
расходы воды, твёрдый сток, русловые деформации). Эти знания
и навыки являются необходимой составляющей процесса инженерных изысканий и проектирования объектов водохозяйственного, гражданского и дорожного строительства, обустройства
месторождений полезных ископаемых и ведения мониторинга
водных объектов. Гидрологические расчёты нацелены на получение необходимых сведений при различной степени изученности
территории, в связи с чем в данной дисциплине рассматривается
три группы методов – при наличии данных наблюдений, их недостаточности и отсутствии. Использование всех методов базируется на положениях математической статистики, математической
физики, географии и гидрологии.
Цели преподавания дисциплины
Магистрант, изучивший дисциплину «Гидрологические расчёты», должен знать:
1) основные термины и определения в области гидрологии и математической статистики;
2) цели и задачи гидрологических расчетов;
3) методы определения расчётных расходов и уровней воды при
наличии данных наблюдений;
4) методы определения расходов и уровней воды при недостаточности данных наблюдений;
5) методы определения расходов и уровней воды при отсутствии
данных наблюдений;
6) методы определения стока взвешенных наносов;
7) методы определения стока влекомых наносов;
8) классификацию русловых процессов и методы прогнозирования русловых деформаций;
9) методы определения характеристик ледового и термического
режима.
Магистрант, изучивший дисциплину «Гидрологические расчёты», должен уметь:
3
1) выбрать вариант расчёта основных гидрологических характеристик в зависимости от наличия данных наблюдений;
2) определить расчётный расход и уровень воды при наличии
данных наблюдений;
3) выбрать реку-аналог;
4) определить расчётный расход и уровень воды при недостаточности данных наблюдений;
5) определить расчётный расход воды при отсутствии данных
наблюдений;
6) определить расчётный уровень воды при отсутствии данных
наблюдений;
7) определить расчётный расход взвешенных наносов при наличии данных наблюдений;
8) определить расчётный расход взвешенных наносов при отсутствии данных наблюдений;
9) определить расход влекомых наносов;
10)
прогнозировать вертикальные и плановые деформации
русла;
11)
определить толщину ледяного покрова при отсутствии
данных наблюдений.
Задачи изложения и изучения дисциплины
Цели преподаваемой дисциплины достигаются за счет выполнения комплекса учебно-методических работ, включающих следующее:
1) анализ методов гидрологических расчётов и задач, решаемых
с их помощью;
2) изучение материалов инженерно-гидрометеорологических
изысканий и мониторинга водных объектов;
3) изучение статистических методов, применяемых при гидрологических расчётах при наличии данных наблюдений;
4) изучение статистических методов, применяемых при гидрологических расчётах при недостаточности данных наблюдений;
5) изучение статистических методов и имитационностохастических моделей, применяемых при гидрологических
расчётах при отсутствии данных наблюдений;
4
изучение основ географо-гидрологического метода при
определении гидрологических характеристик при недостаточности или отсутствии данных наблюдений;
7) анализ основных факторов формирования водного стока весеннего половодья;
8) анализ основных факторов формирования водного стока
дождевых паводков;
9) анализ основных факторов формирования меженного водного стока;
10) анализ типов русловых процессов, характера соответствующих русловых деформаций и характеристик твёрдого стока
на примере рек Российской Федерации и мира;
11) анализ основных факторов формирования ледового и термического режима.
Для успешного изучения дисциплины “Гидрологические расчёты” магистранты должны усвоить основы теории вероятностей
и математической статистики, гидрологию, водные ресурсы и
управление водными ресурсами.
6)
1. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
В теоретическом разделе выделяются федеральная и региональная компоненты.
Федеральная компонента. Основные понятия и определения в
области гидрологии и гидрологических расчётов. Методы расчёта основных гидрологических характеристик при наличии, недостаточности
и отсутствии данных наблюдений.
Региональная компонента. Особенности гидрологических расчётов в Сибири. Учёт заболоченности равнинных территорий при проведении расчётов при отсутствии данных наблюдений. Прогнозная оценка русловых (плановых и вертикальных) деформаций. Особенности
гидрологических расчётов в Томской области.
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В ОБЛАСТИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЁТОВ
Понятие о гидрологии, гидрологических расчётах, водном
стоке, гидрологическом режиме, случайных величине и процессе,
основных гидрологических характеристиках. Задачи и проблемы
5
гидрологических расчётов. Нормативно-правовое обеспечение
гидрологических расчётов. Характеристика исходной информации для проведения гидрологических расчётов и основные положения её анализа. Выбор расчётной схемы: при наличии данных
наблюдений, их недостаточности и отсутствии.
1.2. РАСЧЁТЫ ВОДНОГО СТОКА И ВОДНОГО РЕЖИМА
Факторы формирования водного стока. Расчёт нормы
водного стока при наличии, недостаточности и отсутствии данных наблюдений. Расчёт максимального стока весеннего половодья при наличии, недостаточности и отсутствии данных наблюдений. Расчёт максимального стока дождевых паводков при
наличии, недостаточности и отсутствии данных наблюдений.
Расчёт минимального стока летне-осенней и зимней межени при
наличии, недостаточности и отсутствии данных наблюдений.
Расчёт гидрографа весеннего половодья. Расчёт внутригодового
распределения стока. Расчёт характерных уровней воды при
наличии, недостаточности и отсутствии данных наблюдений.
1.3. РАСЧЁТЫ ТВЕРДОГО СТОКА И РУСЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
Факторы формирования твёрдого стока и его связь с русловыми процессами. Классификации русловых процессов и речных русел (ГГИ, МГУ и др.). Расчёт стока взвешенных наносов
при наличии и отсутствии данных наблюдений (метод Караушева). Расчёт стока влекомых наносов по формулам Леви, Шамова,
Россинского и др.). Прогнозная оценка максимальных плановых
русловых деформаций по эмпирическим формулам и данным
наблюдений. Расчёт вертикальных русловых деформаций.
1.4. РАСЧЁТЫ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕДОВОГО И ТЕРМИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ
Факторы формирования термического и ледового режима.
Расчёт толщины ледяного покрова по метеорологическим данным. Оценка ледового стока при отсутствии данных наблюдений.
6
2. ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Для углубления знаний в области гидрологических расчётов магистрант должен самостоятельно изучить и знать следующие вопросы:
1) методика выбора расчётной схемы (5 ч);
2) методика расчёта гидрологических характеристик при наличии
и недостаточности данных наблюдений (4 ч);
3) методика расчёта максимальных расходов воды весеннего половодья и дождевых паводков (4 ч);
4) методика расчета уровней воды при отсутствии данных (4 ч);
5) методика расчёта гидрографа весеннего половодья (8 ч);
6) типы русловых процессов в Сибири (3 ч);
7) методы расчёта твердого стока и его составляющих (влекомые
и взвешенные наносы) (6 ч).
8) расчёт толщины ледяного покрова при отсутствии наблюдений
(2 ч).
3. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении дисциплины «Гидрологические расчёты»
предусматривается следующие виды контроля: 1) входной;
2) текущий; 3) рубежный; 4) итоговый.
Входной контроль проводится в начале лекционного занятия путем проведения письменной работы (3-4 вопроса) на
предмет знания базовых понятий из курса гидрологии, комплексного использования водных ресурсов и математической статистики.
Текущий контроль проводится в течение лекционного
занятия путем опроса 1-4-х магистрантов и письменных работ (12 вопроса) по материалам, как правило, предыдущей лекции. Текущий контроль преследует цель выработать у магистранта необходимость к систематической работе по освоению материала
дисциплины.
Рубежный контроль проводится в конце каждого месяца
путем выполнения письменной работы, включающей 2-3 вопроса
по теоретической части. Рубежный контроль преследует цель
7
проверки усвоения магистрантами знаний, усвоенных на лекционных и практических занятиях.
Итоговый контроль проводится после завершения обучения магистрантами дисциплины «Гидрологические расчёты» в
виде зачета (11-ый семестр). Итоговый контроль преследует цель
проверки знаний магистранта по всему изученному курсу, понимания взаимосвязей различных его разделов друг с другом и связей с иными естественнонаучными, общепрофессиональными и
специальными дисциплинами. В процессе экзамена проводится
проверка достижения результатов, предусмотренных разделом
«Цели преподавания дисциплины» данной рабочей программы и
ГОС по направлению 280400 «Природообустройство». Итоговый
контроль предусматривает ответы на несколько вопросов теоретического курса, решение индивидуальных заданий с использованием средств вычислительной техники и литературных источников.
Примеры тестовых заданий входного контроля:
1.
Дайте определение понятий «гидрология» и «гидрология
суши».
2.
Дайте определение понятий «поверхностный водный объект, подземный водный объект, поверхностный водоток, поверхностный водоём, болото, река». Приведите примеры поверхностных водных объектов.
3.
Дайте определение гидрологического режима и укажите
возможные причины неоднородности рядов годового водного стока.
4.
Напишите формулы дисперсии, среднего квадратического
и коэффициента вариации. Укажите пределы изменения значений коэффициента вариации.
Примеры тестовых заданий рубежного контроля:
1. Дайте определение основных гидрологических характеристик согласно СП 33-101-2003.
2. Дайте определение гидрологического режима и укажите
возможные причины неоднородности рядов годового водного стока.
3. Дайте определения понятий «половодье, паводок, межень».
Объясните отличие половодья от паводка.
8
Дайте определение понятия «водный сток». Перечислите характеристики водного стока и единицы их измерения.
5. Перечислите требования по применению методов расчёта
при наличии данных наблюдений.
6. Перечислите требования по применению методов расчёта
при отсутствии данных наблюдений.
Примеры тестовых заданий итогового контроля:
1.
Перечислите основные документы, регламентирующие гидрорасчёты при проведении инженерных изысканий.
2.
Назовите методы расчета внутригодового распределения
стока при наличии данных наблюдений.
3.
Перечислите требования к выбору реки-аналога.
4.
Постройте кривую эмпирической обеспеченности по данным о среднегодовых расходах воды (м3/с): 1980 г. – 23; 1981
г. – 25; 1982 г. – 18; 1983 г. – 20; 1984 г. – 23; 1985 г. – 22;
1986 г. – 30; 1987 г. – 31; 1988 г. – 27; 1989 г. – 25; 1990 г. –
26. Определить среднее арифметическое и коэффициент вариации. Найти расход воды (и соответствующий год) с обеспеченностью 60 %.
5.
Опишите методику определения нормы водного стока
больших, средних и малых рек при отсутствии данных
наблюдений. Объясните причины различий в методике расчётов.
6.
Напишите формулу для расчёта максимального расхода весеннего половодья, охарактеризуйте параметры формулы и
источники исходной информации.
7.
Укажите последовательность расчёта уровня воды заданной
обеспеченности по кривой расходов на основе формулы Шези.
8.
Перечислите факторы формирования максимального стока
весеннего половодья.
9.
Перечислите факторы формирования стока взвешенных
наносов. Охарактеризуйте связь стока взвешенных и влекомых наносов и русловых процессов.
4.
9
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ПРОДУКТОВ
Практические и самостоятельные занятия проводятся с
использованием ПЭВМ и табличного процессора Microsoft Excel
для проведения рутинных вычислений.
При изложении лекционного материала также используются электронное пособие «Гидравлика» (составители Крамаренко В.В., Савичев О.Г.), нормативные документы в области инженерных изысканий и гидрометеорологии, материалы инженерных
изысканий и мониторинга водных объектов на территории Сибирского федерального округа. Программа рационального использования, восстановления и охраны водных объектов на территории Томской области до 2010 г.
4.2. ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Савичев О.Г., Краснощеков С.Ю. Регулирование речного
стока. Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2003. – 108 с.
Савичев О.Г., Паромов В.В., Решетько М.В. Гидрология и
геоэкология рек Томской области. Уч. пособие. – Томск:
Изд-во ТПУ, 2005. – 106 с.
Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. Учебник. – М.: МГУ, 2005.– 463с.
Земцов В.А., Вершинин Д.А., Крутовский А.О., Каменсков
Ю.И. Русловые и пойменные процессы рек Сибири. Уч. пособие. – Томск: ТГУ, 2007. – 182 с.
ВСН 163-83. Учет деформаций речных русел и берегов водоемов в зоне подводных переходов магистральных трубопроводов. – М.: Госкомгидромет, 1984.
СП 33-101-2003. Определение основных гидрологических
характеристик. – М.: Госстрой России, 2004. – 72 с.
Лучшева А.А. Практическая гидрология. Уч. пособие. – Л.:
Гидрометеоиздат, 1976. – 440 с.
Алексеевский Н.И. Гидрофизика. Учебник. – М.: Академия,
2006. – 170 с.
10
Крамаренко В.В., Савичев О.Г. Гидравлика. Метод. матер. по
курсу «Гидравлика» для студ. II курса по напр. 280302
«Комплексное использование и охрана водных ресурсов». –
Томск: ТПУ,2009. – Ч. I. – 112 с.
10. Крамаренко В.В., Савичев О.Г. Гидравлика. Метод. матер. по
курсу «Гидравлика» для студ. II курса по напр. 280302
«Комплексное использование и охрана водных ресурсов».–
Томск: ТПУ,2009.– Ч. II. – 124 с.
9.
Дополнительная литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Мелиорация и водное хозяйство. Т. 5. Водное хозяйство. –
М.: Агропромиздат, 1988. – 400 с.
Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Гидрологические основы
управления водохозяйственными системами. – М.: Наука,
1982. – 271 с.
Раткович Д.Я. Актуальные проблемы водообеспечения. – М.:
Наука, 2003. – 352 с.
Ботвинников В.М., Дегтярев В.В. Седых В.А. Гидроэкология
на внутренних водных путях. Уч. – Новосибирск: Сиб.сог.,
2002. – 356 с.
Маркин В.Н., Раткович Л.Д., Соколова С.А. Обоснование
водохозяйственных мероприятий в бассейне реки. Учебн.
пособие. – М.: МГУП, 2006. – 95 с.
Раткович Л.Д., Соколова С.А. Водохозяйственная система с
водохранилищем многолетнего регулирования стока и каналом межбассейновой переброски. Учебн. пособие. – М.:
МГУП, 2006. – 68 с.
Савичев О.Г., Шварцева Н.М., Решетько М.В. Метеорология,
климатология и гидрология. Практикум. – Томск: ТПУ, 2005.
– 58 с.
11
Учебное издание
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ
Рабочая программа учебной дисциплины для направления
280400 «Природообустройство» по магистерской программе
«Геоэкология водосборов»
Разработчик САВИЧЕВ Олег Геннадьевич
Подписано к печати . .2010. Формат 60х84/16.
Бумага «Снегурочка».
Печать Xerox. Усл. печ. л.
. Уч.-изд. л.
.
Заказ
. Тираж
экз.
Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Томского политехнического университета
сертифицирована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по
стандарту ISO 9001:2000
634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.
12