Институт Геологии и нефтегазового дела им. К.Турысова «Утверждаю»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени К.И. САТПАЕВА
Институт Геологии и нефтегазового дела им. К.Турысова
Кафедра гидрогеологии и инженерной геологии
«Утверждаю»
Директор института
___________ Бесимбаев Е.Т.
ПРОГРАММА КУРСА (SYLLABUS)
По дисциплине “Гидрология”
Специальность 5В080500 «Водные ресурсы и водопользование»
Форма обучения дневная
Всего 3 кредита
Курс 2
Семестр 4
Лекция 30 час
Практические занятия 15 час
Рубежный контроль - 2
СРС 45 час
СРСП 45 час
Всего аудиторных занятий 60 час
Всего внеаудиторных занятий 75 час
Трудоемкость 135 часов
Экзамен 4 семестр (тест)
Алматы 2014
Программа курса составлена к.г.н. Нарбаевым Марсом Турсынбековичем и к.т.н. Нарбаевым
Турсынбеком Ибрагимовичем и соискателем, на основании типовой программы «Гидрология», составленной для специальности 5В080500 «Водные ресурсы и водопользование».
Рассмотрена на заседании кафедры гидрогеологии и инженерной геологии
«___»__________2014 г. Протокол №____ от «___»______________2014 г.
Зав. кафедрой ________________ Завалей В.А.
Одобрено методическим советом института
«___»_______________2014г. Протокол №____
Председатель _______________ Бесимбаев Е.Т.
Cведения о составителях:
Нарбаев Марс Турсынбекович кандидат географических наук, базовая специальность
инженер – эколог, научно-педагогический стаж 7 лет, на кафедре Гидрогеология и
инженерная геология работает с 2009 года на должности старшего преподавателья
Преподаваемые дисциплины «Гидрология», «Регулирование стока» и «Гидротехнические
сооружения» и др.
Нарбаев Турсынбек Ибрагимович кандидат технических наук, базовая специальность
инженер – гидротехник, научно-педагогический стаж 30 лет, доцент кафедры «ГТС и
мелиорация», КазНАУ. Преподаваемые дисциплины «Гидрология», «Регулирование стока»
«Гидротехнические сооружения», «КИОВР» и др. В данном направлении имеются научноисследовательские труды и более 15 учебно-методических пособия.
Адрес кафедры Гидрогеология и инженерная геологияі:
РК, г. Алматы, 050013, ул. Қ.И.Сатпаева, 22, (Военный корпус, 512 каб.),
тел. 92-09-94
2
1 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель дисциплины: является формирование у студентов систематических знаний
основ гидрологии, необходимых для успешного освоения, предусмотренных учебным планом, последующих специальных курсов, а также для грамотного решения различных водохозяйственных задач связанными с проблемами использования водных ресурсов страны после окончания университета..
1.2 Задачи дисциплины:
 получение студентами глубоких теоретических знаний основ производства гидрометрических работ с использованием современных измерительных приборов и гидрометрического оборудования, устройства водомерных и гидрометрических постов, организации
учета и контроля стока на реках и водотоках, использования закономерностей гидравлики
водных потоков в гидрометрии и гидрологии;
 приобретение практических навыков в решении гидрометрических задач, связанных с с контролем и учетом водных ресурсов и их распределением между водопотребителями и водопользователями.
1.3 Пререквизиты: математика, физика, геодезия, метеорологические и гидрометрические приборы и оборудования, химия и компьютерное моделирование.
1.4 Постреквезиты: регулирование стока, охрана водных ресурсов, комплексное
использование водных ресурсов, оросительная мелиорация, гидротехнические сооружения,
водные ресурсы и водообеспеченность территории Казахстана.
2
CИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ
По кредитной технологии обучения для всех курсов и по всем дисциплинам Казахского национального технического университета имени К.И.Сатпаева применяется рейтинговый
контроль знаний студентов.
Рейтинг каждой дисциплины, которая включена в рабочий учебный план специальности, оценивается по 100 - бальной шкале.
Для каждой дисциплины устанавливается следующие виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль (Таблица 1).
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
Вид итогового конВиды контроля
Баллы
троля
Итоговый контроль
40
Рубежный контроль
20
Экзамен
Текущий контроль
40
Видами текущего контроля являются контрольные работы, рефераты, семестровые задания, коллоквиумы, выполнение практических заданий и др. К итоговому контролю относится экзамен.
Сроки сдачи результатов текущего контроля определяются календарным графиком учебного процесса по дисциплине (Таблица 2). Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебнометодическом комплексе дисциплины.
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля по дисциплине «Гидрология»
Недели
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
11 12 13 14 15
Вид
Пз1 СР, Пз2 Пз3, СР Пз4, Пз5 РК Пз6, СР Пз7, СР Пз8, РК Реф
контроля
Реф
Реф
Реф
Реф
Реф
Баллы
2
4
2
4
2
4
2
10
5
3
2
3
4 10 3
Виды контроля: Пз – практические занятия; СР-самостаятельная работа; Реф - реферат;
РК – рубежный контроль, Э - экзамен (тест).
3
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного рейтингового
балла  30. Итоговый контроль считается сданным в случае набора  20 баллов. Итоговая
оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Буквенный
эквивалент
А+
А
В+
В
ВС+
С
СD+
D
F
Рейтинговый балл
(в процентах %)
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
В баллах
4
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
3 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.1 Распределение часов по видам занятий
Тематический план курса составляется в виде таблицы 4, где указываются наименование темы и количество академических часов по всем видам занятий, предусмотренных для
каждой темы. По выбранным видам занятий составляется график их проведения (Таблица 4).
Таблица 4
Количество академических часов
Наименование тем
Практические
Лекции
СРСП
СРС
занятия
1
2
3
4
5
1. Введение
2. Водные ресурсы земли
3. Система водотоков
4. Характеристики водотоков и
водных объектов
5. Статистические методы
исследований и расчетов стока
6. Математическое моделирование
гидрологических рядов
7. Физико-географические факторы
стока
8. Годовой сток и его распределение
9. Максимальный и минимальный
сток
10. Задачи гидрометрии, краткая
история развития гидрометрии.
Классификация
гидрометеорологической сети
11. Основные сведения о режиме
уровней воды, сущность
водомерных наблюдений
2
2
2
1
1
1
3
3
3
3
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
4
12. Приборы и техническое
оборудование для водомерных
постов. Организация водомерных
наблюдений
13. Измерение глубин на реках и
озерах
14. Течения воды в реках и озерах.
Распределение скоростей в
русловом потоке
15 Измерение расходов воды на
гидрометрических постах
Всмего
2
1
3
2
1
3
3
2
1
3
3
2
1
3
3
30
15
45
45
3.2 Содержание лекций
Лекция № 1 Введение.
Информация о водных объектах, круговороте воды и водном балансе.
Лекция № 2 Водные ресурсы земли
Мировые запасы воды. Водные ресурсы Республики Казахстан.
Лекция № 3 Система водотоков
Речная система. Бассейн и долина реки. Пойма и русла реки. Поперечный и продольный
профиль реки. Использование космических методов в гидрологии.
Лекция № 4 Характеристики водотоков и водных объектов
Режим рек. Озера и болота. Распределение стока по сезонам. Ледовый режим рек. Классификация и водный баланс озер. Болота, их образования и классификация.
Лекция № 5 Статистические методы исследований и расчетов стока
Обоснование применения статистических методов в гидрологии.
Обеспеченность гидрологической характеристики. Формулы эмпирической обеспеченности.
Кривые распределения и их параметры. Теоретические кривые обеспеченности. Проверка
теоретической кривой обеспеченности. Клетчатка вероятностей. Определение параметров
теоретической кривой обеспеченности и их точность. Корреляция.
Лекция № 6 Математическое моделирование гидрологических рядов
Математическое моделирование гидрологических рядов.
Лекция № 7 Физико-географические факторы стока
Испарение с водной поверхности. Испарение с поверхности снега и льда. Испарение с поверхности почвы и растительного покрова. Суммарное испарение. Атмосферные осадки.
Факторы подстилающей поверхности.
Лекция № 8 Годовой сток и его распределение
Характеристика годового стока. Определение нормы стока. Внутригодовое распределение
стока. Расчет внутригодового распределения стока при наличии данных гидрометрических
наблюдений. Построение кривой обеспеченности суточных расходов воды. Расчет внутригодового распределения стока при отсутствии или недостаточности гидрометрических наблюдений.
Лекция № 9 Максимальный и минимальный сток
Общие указания по определению максимальных расходов воды. Расчет максимальных расходов воды при наличии данных наблюдений. Расчет минимального стока.
Лекция № 10 Задачи гидрометрии, краткая история развития гидрометрии. Классификация гидрометеорологической сети
Предмет и задачи гидрометрии. Значение гидрометрии для народного хозяйства. Гидрометеорологическая служба РК. Основные принципы размещения сети гидрометеорологических станций и постов. Классификация гидрометеорологической сети.
Лекция № 11 Основные сведения о режиме уровней воды, сущность
водомерных наблюдений
5
Режим уровней воды. Цель и задачи водомерных наблюдений. Типы водомерных постов и
принципы их устройства.
Лекция № 12 Приборы и техническое оборудование для водомерных постов. Организация
водомерных наблюдений
Устройства и приборы для регистрации уровней воды. Организация водомерных наблюдений. Устройство водомерных постов и гидрометрических створов. Наблюдения на водомерном посту. Перенос водомерного поста. Обработка водомерных наблюдений.
Лекция № 13 Измерение глубин на реках и озерах
Общая характеристика промерных работ. Устройства и приборы для выполнения промерных
работ. Способы выполнения промерных работ. Обработка материалов промерных работ.
Лекция № 14 Течения воды в реках и озерах. Распределение скоростей в русловом потоке
Распределение скоростей в речном потоке и вычисление средних скоростей течения. Методы
и приборы для измерения скоростей течения воды. Измерение скоростей течения воды.
Лекция № 15 Измерение расходов воды на гидрометрических постах
Методы определения расходов воды. Модель расхода потока жидкости. Метод «скорость площадь». Измерение расходов поплавками. Измерение расходов воды глубинными поплавками.
.
3.3 Содержание практических занятий
1. Определение характеристик годового стока рек. 1) Определение гидрологических характеристик годового стока за за i-ый год; 2) Вычисление основных характеристик годового стока.
2. Вывод уравнения связи двух гидрометеорологических рядов. 1) Вывод уравнения параболы графическим методом (для первой пары рядов); 2) Выведение уравнения гиперболы
методом наименьших квадратов (вторая пара рядов); 3) Нанесение на графики поля точек
(для обеих пар рядов), построение кривых по найденным аналитическим выражениям;
расчет корреляционных отношений; среднеквадратическую ошибку корреляционного отношения, среднюю ошибку уравнения регрессии для обоих случаев; 4) Составление описания работы.
3. Определение гидрографических характеристик речной системы. 1) Выкопировка бассейна и речной системы, изогипс, высотных отметок; 2) Проведение водораздельной линии изучаемой реки до заданного створа; 3) Выделение водосборов всех притоков первого порядка; 4) Определение положения истока и устья всех рек системы; 5) Определение
длины главной реки, всех притоков, а также длины водораздельной линии; 6) Составление списка рек и построение гидрографической схему изучаемой реки; 7) Определение
коэффициента извилистости реки; построение продольного профиль реки и определение
ее средневзвешенного уклона.
4. Свайный водомерный пост. Ознакомление с устройством для наблюдения за уровнем воды
на реке - свайным водомерным постом . Разработка схемы размещения свай, провести
приводку свай начертить поперечный профиль свайного водомерного поста.
5. Обработка данных наблюдений, выполненных на водомерном посту. Измерение еже-
дневных уровней на конкретном водомерном посту построение графика колебаний уровней за год, выделение периода половодья и межени, принятыми условными знаками отражение на графике ледового режима реки, построение графика повторяемости и продолжительности замеренных уровней, определение уровня 10% и 90% обеспеченности.
6. Измерение глубин, обработка данных измерений, построение поперечного профиля и
определение площади водного сечения. Проведение срезки и приводки глубин к расчет6
ному уровню воды на водомерном посту, вычисление отметки дна русла, площадь живого сечения, смоченный периметр. Определение гидравлического радиуса. Построение поперечного профиля водомерного поста.
7. Измерение скоростей течения гидрометрической вертушкой, обработка данных измерений и определение расхода воды, гидравлических характеристик водного потока. Определение скорости потока в точках измерения, рассчет средний скорости на вертикалях,
определение средний скорости потока на вертикалях по расчетным формулам для основного метода измерения, определение расхода методом «скорость-площадь». Определение
гидравлических параметров потока Vo, χ, R и К= Vo/Vmax.
8. Построение тарировочных кривых гидрометрических постов. Построение кривых
Q=f1(H), V=f2 (H), F=f(H). Проведение проверки построенной кривой. Экстраполяция
кривой расходов. Установлениеь зимнего коэффициента связи расходов.
3.4 Содержание СРСП
1. Построение графика связи двух переменных. Подбор масштаба. Определение уравнения
связи.
2. Определение схемы и площади бассейна. Обработка схем. Построение графика нарастания
площади бассейна.
3. Расчеты по методу среднесреднеарифметического, метода квадратов, метода медиан,
метода изогиет.
4. Расчет нормы испарения по карте для конкретного пункта при известном его положении.
5. Расчет испарения с поверхности водоема.
6. Построение графика в произвольном масштабе. Использование уравнения кривой
(гиперболы).
7. Построение совмещенных графиков. Рассчет средних данных и построение типового
гидрографа. Нанесение среденего значения расхода при средней дате наступления.
8. Введение поправок к измеренным осадкам.
9. Учет высоты и плотности снега. Построение интегральной кривой распределения снегозапасов на
водосборе.
10. Учет гидрографических характеристик озер.
11. Построение гидрографа за конкретный год. Расчленение гидрографа по видам стока.
Расчленение гидрограф по типам питания с выделением дождевого и талого питания
12. Расчет расхода воды для прямоугольного, треугольного и трапецедального водосливов
13. Определение взвешенных наносов в гидрометрических створах.
14. Вычисление донных наносов с использованием специальной формулы.
15. Рассчет стока взвешенных наносов с использованием связи между местными и средними
мутностями и связь между расходом взвешенных наносов и расходами воды.
3.5 Содержание СРС
1. Ознакомление со статистическими характеристиками и их погрешностями; Построение
гистограммы распределения, превращения ее в кривую обеспеченности.
2. Изучение типов питания рек, деление гидрографов по типу питания. Анализ рек по
режиму стока.
3. Рассмотрение характеристики влажности воздуха, виды и закономерности выпадения
осадков их распределение по суши. Анализе уравнения водного баланса.
4. Учет единицы измерения,
длительности наблюдения.
особенностей
7
гидрологического
режима
водотоков,
5. Изучение влияния на внутригодовое распределение стока климатических, физикогеографических и других факторов.
6. Изучение процессов стекания, инфильтрации, поверхностного аккумуляции, добегания
вод по склонам и руслам
7. Мониоринг факторов весеннего половодья; изучиние факторов ливнего стока; влияния
площади водосбора на максимальный сток.
8. Рассмотрение условия формирования меженного стока, влияние на него грунтового
питания, площади водосбора, почвогрунтов водосбора, озер, болот.
9. Анализ основных факторов влияющих на эрозию, на смыв поверхности бассейна,
гидравлических и морфологических характеристик наносов.
10. Подробное изучение приборов и устройства для измерения уровней воды применяемых в
разных условиях.
11. Изучение приборов и устройства. Рассмотрение производства измерений глубин.
12. Изучиние распределения скоростей в речном потоке. Ознакомление с приборами.
Ознакомление с методикой измерения скоростей.
13. Изучение классификации методов измерения расходов воды.
14. Анализ методов построения кривых при неустонавившемся движении, деформации
русла, ледовых явлениях и зарастаемости.
15. Ознакомление с приборами и устройствами для измерения температуры воды, толщины
льда, шуги и снега. Анализ с методами и порядком определения цвета и прозрачности
воды.
График проведения занятий
Таблица 5
№
День
Время
1
2
3
Наименование тем
4
Лекции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Введение
Водные ресурсы земли.
Система водотоков.
Характеристики водотоков и водных объектов.
Статистические методы исследований и расчетов стока.
Математическое моделирование гидрологических рядов
Физико-географические факторы стока
Годовой сток и его распределение
Максимальный и минимальный сток
Задачи гидрометрии, краткая история развития гидрометрии.
Классификация гидрометеорологической сети
Основные сведения о режиме уровней воды, сущность
водомерных наблюдений
Приборы и техническое
оборудование для водомерных
постов. Организация водомерных наблюдений
Измерение глубин на реках и озерах
Течения воды в реках и озерах. Распределение скоростей в
русловом потоке
Измерение расходов воды на гидрометрических постах
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Практические занятия
Определение характеристик годового стока рек.
Вывод уравнения связи двух гидрометеорологических рядов.
Определение гидрографических характеристик речной системы.
Свайный водомерный пост.
Обработка данных наблюдений, выполненных на водомерном
посту.
Измерение глубин, обработка данных измерений, построение
поперечного профиля и определение площади водного сечения.
Измерение скоростей течения гидрометрической вертушкой,
обработка данных измерений и определение расхода воды, гидравлических характеристик водного потока.
Построение тарировочных кривых гидрометрических постов.
4. Учебно-методические материалы по дисциплине
Материал для основного изучения
1. Железняков Г.В., Неговская Т.А., Овчаров Е.Е. «Гидрология, гидрометрия и регулирование стока». - М.: «Колос», 1984. – 430 с.
2. Овчаров Е:Е. «Практикум по гидрологии, гидрометрии и регулированию стока». - М.:
«Агропромиздат», 1988 – 224 с.
3. Бурлибаев М.Ж., Волчек А.А., Калинин М.Ю. Гидрометрические измерения и тидрогеологические расчеты для водохозяйственных целей. – Алматы: 2004. – 357с.
4. Гальперин Р.И., Мазур Л.П., Сарсенбаев М.Х. «Выполнение лабораторных работ по
курсу “Гидрология суши”. – Алматы. – 1991. – 108 с.
5. Нарбаев М.Т. «Об определении средней скорости течения воды на вертикали». // Вестник
сельскохозяйственной науки Казахстана. - Алматы: РНИ “Бастау”, 2002.
Материал для дополнительного изучения
1.
Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия – Ленинград, 1972.– 447с.
2.
Лучшева А, А. Практическая гидрометрия. – Л.–1972.– 381с.
3.
Вагапов Р.И. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Гидрометрия». – Алматы, 2005. – 63с.
4.
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып.7, ч.1. – Л., 1973. – 476с.
5.
Касымбеков Ж.К., Нарбаев М.Т., Нарбаев Т.И. и др. «Методика регулирования и
расчета стока малых рек при их комплексном использовании». – Тараз.: «Жамбылский
ЦНТИ», 2004. – 68 с.
9
Содержание
1
2
3
4
Цель и задачи дисциплины..................................................................................
Система оценки знаний........................................................................................
Содержание дисциплины.....................................................................................
3.1 Распределение часов по видам занятий……………………………………
3.2 Содержание лекций.........................................................................................
3.3 Содержание практических занятий………………………………………...
3.4 Содержание СРСП...........................................................................................
3.5 Содержание СРС.............................................................................................
График проведения занятий.................................................................................
Учебно-методические материалы по дисциплине.............................................
10
3
3
4
4
5
6
7
7
8
9