автореферат диссертации по строительству, 05.23.16, диссертация на тему:Инженерно-гидрологические характеристики рек республики Мали

1' / ■ , \ , , ;, ^ .л»-'

/ ( ' - / V. • V"

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

/

На правах рукописи

ДИАЛЛО СОРИ

ИНЖЕНЕРНО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕК РЕСПУБЛИКИ МАЛИ

(Специальность 05.23.16 - гидравлика и инженерная гидрология)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель : кандидат технических наук профессор

Гарбовский Эдуар Антонович

Москва -

1999 г.

Содержание

Введение..................................................................................................1

Глава I Физико-географические факторы, влияющие на характеристики речного стока юго-западной части Республики Мали.

1.1) Границы области исследований. Климатические зоны. Метеорологические пункты.............................................................................................5

1.2) Рельеф ...................................................................................................8

1.3) Почвы...................................................................................................9

1.4) Осадки................................................................................................Ю

1.5) Испарение и транспирация. Влажность воздуха..............................18

1.6) Температура........................................................................................21

1.7) Ветер.....................................................................................................24

Глава II Гидрография исследуемого района Гидрометрические наблюдения на реках.

2.1. Характеристики основных рек и их притоков................................26

2.2. Внутренняя дельта и озерная зона.....................................................32

2.3. Характеристики бассейнов и суббассейнов.......................................34

2.4. Гидрологические пункты. Оценки репрезентативности наблюдений............................................................................................39

2.5. Кривые функции (} = /(Н) по постам рек Мали и их краткая характеристика ..............................................................................................41

Глава III Нормы стока

3.1 Сток и осадки. Внутригодовое распределение стока.........................44

Кривые продолжительности стояния суточных расходов.................56

3.2 Гидрологические характеристики годового стока

3.2.1 Методы исследований и расчетов стока..........................................61

3.2.2 Репрезентативность рядов наблюдений за стоком..........................61

3.2.3 Базовые опорные пункты.................................................................65

3.2.4 Удлинение рядов среднегодовых расходов......................................65

3.3 Определение нормы стока.и модулей нормы стока...........................69

3.4 Карты изолинии

3.4.1 Построение карты изолинии модулей стока и нормы стока.........81

3.4.2 Определение коэффициента стока..................................................83

3.5 Коэффициенты вариации и асимметрии годового стока исследуемой территории в республики Мали............................................................85

A. Общее положение.................................................................................85

Б. Коэффициенты вариации и асимметрии исследуемого района.........88

B. Эмпирические формулы для определения коэффициента вариации годового стока Су .................................................................................93

Г. Районирование коэффициента а..........................................................99

3.6 Цикличность годового стока..............................................................101

Глава IV Максимальные расходы рек в исследуемой зоне.

4.1. Общее понятие..................................................................................109

4.2. Особенности формирования максимального стока рек Мали.......109

4.3. Связь между средними месячными осадками и расходами............110

4.4. Удлинение рядов максимальных расходов. Норма максимальных расходов по базовым створам............................................................119

4.5. Расчет максимальных дождевых расходов при отсутствии наблюдений ...................................................................................................121

4.6. Расчет максимальных дождевого стока из малых водосборов при отсутствии наблюдений.........................................................................138

4.7. Связь между модулем максимального стока (qm) и модулем нормы

стока (q0) ...........................................................................................142

Глава V Минимальный сток

5.1. Содержание и назначение расчетов.................................................150

5.2. Расчет минимальных расходов воды при наличии данных гидрометрических наблюдений..........................................................................151

5.3. Расчет минимальных расходов воды при отсутствии данных гидрометрических наблюдений....................................................................154

5.4. О зависимости минимальных расходов от площади водосборов ...154

5.5. Продолжительность и характер пересыхания рек Мали в исследуемой зоне...............................................................................................156

Выводы.................................................................................................162

Список литературы.........................................................................164

Приложение.......................................................................................169

малые реки дренируют значительную часть территории и формируют водные ресурсы всех крупных речных систем страны.

Приятое решение о строительстве и комплексном использовании вещных ресурсов малых рек наталкивается, однако, на нерешённость важной задачи по установлению необходимых характеристик водных ресурсов этих рек. В условиях Мали, изученность даже больших и средних рек недостаточна, а малые реки практически совершено неизучены. В этих условиях необходимо на основе изучения всех имеющихся данных наблюдений на реках страны, разработать пути и методы расчета, используя которые могут быть и в современных условиях получены достаточно достоверные характеристики водного режима рек всех порядков, т.е. для всех тех створов, где может намечаться строительство гидротехнических узлов.

Данные исследование посвящено решению именно такой задачи и это определяет её актуальность для условий республики Мали.

2) Цель работы; Основной задачей исследования является разработка методов получения основных гидрологических характеристик для рек Мали любой водности, т.е. в широком диапазоне порядка рек.

Сделана попытки получить решение данной задачи в двух планах :

1) развитием обычных представлений о географическом обобщении характерных величин водного режима рек в виде картограмм и

2) установлением закономерностей изменения тех же величин с изменением водности потока, используя методы системного анализа, по порядкам потоков и распространяя эти закономерности и на очень малые реки (потоки малых порядков).

Важным условием для разработки этих методов стало удлинения коротких рядов с целью получения для каждого из створов наблюдений необходимых данных о величинах характерных расходов Q0, Qm (средне многолетный расход и средний из максимальных расходов) и параметрах Cv0 и Cvm , кривых распределения этих расходов.

3) Основными вопросами исследований, которые представляют научный и практический интерес и которые диссертант защищает, является :

- оценка влияния климатических факторов - осадков, температур, ветер, влажности, испарений - на стоковые характеристики, выявление доминирующих климатических факторов;

-установление по данным последних лет более достоверной картограммы распределения годовой нормы осадков (изогиет) на исследуемой территории для уточнения картограммы коэффициента стока, приведенной для всего Африканского континента в Atlas of world water balance (Leningrad, 1977);

- изучение распределения по территории модуля нормы стока ( определение величин модуля нормы и построение изолиний);

- рекомендации по использованию по районам величин коэффициентов вариации Cvq и асимметрии Csq годового стока, определяемых

как по методу моментов так и по методу трехпараметрического гамма распределения;

Введение

1) Актуальность работы Национальная экономика республики Мали в настоящее время находится в очень тяжелом положении. За последние 6 лет наметился небольшой прирост в экономике. Возрождается средний класс, который занимается предпринимательством. Появляются новые предприятия, заводы, фабрики, банки, которые нуждаются в электроэнергии и чистой воде для хозяйственных нужд. За это время не построено ни одной электростанции. В недалеком будущем эти новые предприятия будут испытывать на себя дефицит электроэнергии. Тяжелая обстановка с энергоснабжением страны усугубляется еще и тем, что Мали пока не имеет собственных источников нефтедобычи и вынуждена ввозить нефть из других стран. Дороговизна жидкого топлива на международном рынке накладывает серьезные ограничения и затруднения в развитии экономики страны. Естественно, что использование водных ресурсов средних и крупных рек, решая до известной степени задачу развития экономики промышленности юго-западного района никак не решает все поставленные задачи. При отсутствии собственных теплоносителей (нефть, уголь) развитие малых ГЭС становится насущной проблемой, решение которой без должного гидрологического обоснования невозможно.

Республика Мали - в основном аграрная страна. Вся ее северная часть и отдаленные районы являются пустыней или полупустыней и занимают около 60 % территории страны. Дождей в этих районах почти нет. В юго-западной части страны где живет большинство населения, степная (саванна), где выпадает от 400 до 1000 мм дождей в год. Высота слоя дождей и распределение осадков в году требуют орошения в этих районах. Для этого так же нужна достаточно полная информация о гидрологии рек. Распределение гидропостов по стране и ряд имеющихся наблюдений не позволяют получить достаточно достоверную информацию о гидрологии рек и поэтому многие малые проекты освоения новых территории были провалены из-за недостоверных гидрологических данных. Центральные и южные районы с населением более 80% связаны с сельским хозяйством и находятся в крайне тяжелом положении : они почти полностью лишены электроэнергии, и в отдаленных населенных пунктах севера ее вообще нет. Все это вызывает большую текучесть молодых рабочих кадров, их перелив в города в погоне за несуществующими там рабочими местами; этим в свою очередь так же затрудняется развитие сельского хозяйства несмотря на быстрый прирост населения.

Для развития страны и решения вышеназванных задач мы рекомендуем строительство мелких гидротехнических узлов комплексного назначения с гидроэлектростанциями мощностью 50-1000 квт, так называемых мини ГЭС. Здесь же должны быть предусмотрены водозаборы для водоснабжения населенных пунктов и для оросительной сети.

Опыт строительства таких малых гидротехнических комплексов показывает, что подход к использованию малых рек должен быть комплексным и рационально сочетать интересы мини ГЭС и последующее использование водных ресурсов на средних и крупных реках, поскольку

- определение нормы максимальных расходов как по имеющимся наблюдениям так и по ряду эмпирических формул;

- сравнение результатов вычисленной по рекомендуемых эмпирическим формулам с натурными данными, выбор эмпирических формул, пригодных для исследуемой территории, районирование коэффициентов в выбранных эмпирических формулах для местных условий;

- установление коррелятивной связи между модулем нормы стока и модулем нормы максимального стока;

- анализ закономерностей минимального стока, установление зависимостей между площадью водосбора и количества « сухих» дней;

- определение закономерностей внутригодового распределения стока, характера естественной зарегулированности рек и тип кривых продолжительности стояния суточных расходов.

4) Научная новизна работы ¡характеризуется следующим:

- на основе широкого анализа и обобщения всех имеющихся материалов установлена типизация водного режима рек Мали и выполнено географическое районирование при определении нормы стока средних и максимальных расходов и их коэффициентов вариации;

- впервые для условия Мали получены картограммы распределения по территории страны всех наиболее важных характеристик водного режима рек: характерные расходы и модули стока, а также параметры Су и Г •

- получены основные закономерности изменения характерных величин гидрологического режима рек Мали, необходимые для установления их значений для малых и очень малых рек.

Научный и теоретической основой предлагаемых для условий Мали методов гидрологических расчетов явились работы, выполненные на кафедре Гидравлики и Гидротехнических Сооружений Российского Университета Дружбы Народов и работы выполненные во Франции по странам западной Африки. Также использовались методы СНиП 2.01.14-83.

5) Практическое значение работы заключается в получении достаточно полных гидрологических характеристик по речной сети на территории Мали в форме удобной для практического использования в проектной и строительной практике для любого створа на любой реке.

6) Практическая реализанияработы обеспечивается заинтересованностью руководящих гидрологических организаций республики Мали в получении результатов выполненного исследования для их практического использования. Все это вытекает также из того, что данное исследование про родилось по материалам страны с учетом местных условий.

В программе правительства, президента и партия на власти 19972002 год четко говорится о приоритетном отношении к развитию гидроэнергетики, мелиорации и обеспечения населения чистой водой. Предусматривается построение 30 мини ГЭС и возможностью использовать воду для водоснабжения и орошения более 10 тыс. га. Предусматривается так же увеличения число абонентов электроэнергии от 66000 в 1995 годи до 95000 в 2000 годи и 143000 в 2005 годи, т.е. прирост в 11,7 % год. Тогда мощность увеличится до 568 ГКвт в 2005 году против 243 ГКвт в

1995 году. Все это увеличения за счет ГЭС Манантали и малых гидроэлектростанций.

Различные раздели работы докладывались на трех научных конференциях в Российском Университете Дружбы Народов, в гидрологическом отделе института географии РАН; опубликован четыре тезиса докладов и депонировано две стати.

Глава I

Физико-географические факторы, влияющие на характеристики речного стока юго-западной части Республики Мали.

1.1) Границы области исследований. Климатические зоны.

Метеорологические пункты.

Как уже упоминалось в введении основная часть республики Мали-северная и восточная части-пустынные, практически безводные территории „по южной оконечности которых протекает (после внутреной дельты) река Нигер без притоков, с заметно убывающим расходом по пути.

Этот участок реки Нигер от начала внутренней дельты (после устья реки Бани) до границы с республикой Нигер характеризуется следующим величинами нормы стока (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Пункт Нантака (Мопти) Кориуме (Дире) Тоссае Гао Ансонго

Площадь бассейна 282000 342000 348000 350000 352000

Расстоя. от (пункта 1.) 650 12 00 1300 1425 1500

Оср, мЗ/с 997 937 868 850 827

Как видно из приведенных расходов «транзитный» участок р. Нигер характеризуется лишь потери стока и достаточно хорошо исследован.

Наибольшее хозяйственные значение как объект ирригационного и энергетического использования и водопотребления имеет речная сеть притоков Нигера от границы с Гвинеей до внутренней дельты и р. Сенегал от границы с Гвинеей до границы с республиками Сенегал и Мав-ритатия, то-есть юго-западная часть Мали (область «В» на рис. 1.1).

Эта зона республики наиболее густо населена (плотность населения от 10 до 50 чел. на кв.км), в то время как в зоне А половина площади вообще не заселена а на второй половине-менее 1 чел на кв.км.), является зоной хорошего сельскохозяйственного освоения с развитой государственной инфраструктурой.

Для полного и обоснованного использования водных ресурсов в зоне В необходимо дать оценку всех физико-географических факторов влияющих на водный сток, в первую очередь климатических факторов.

На исследуемой части территории республики ( в зоне В) расположено более метеорологических станций и гидрологических постов на реках.

Количество лет наблюдений только в 2-3-х пунктах и постах превышает 50 лет, по остальными продолжительность наблюдений значительно короче.

По многим гидрологическим постам, установленным в последние годы имеются наблюдения за расходами в течении одного - двух лет или только замеры глубин.

Попытка оценки климатических факторов и гидрологических данных отражены в официальных изданиях: метеорологических ежегодниках (Annuaire meteorologique) и гидрологических ежегодниках (до получения Мали независимости -Annuaire hydrologique de l'office de la recherche scientifique et technique outre-mer-для всех франзуских колониальных владе-ний-с 1949 г.). С получением независимости в республике стали издаваться метеорологические и гидрологические ежегодники по республике ( последные-с включением некоторых метеорологических данных), с кратким анализом режима стока за год.

саваны(В).

В изданном в Париже в 1980 г. «Atlas du Mali» есть ряд разделов кратко описывающих гидрографию республики (par Albassadje Ibrahim Kamate), рельеф (par Pierre Michel).[11]

В подлежащей гидрологическому анализу области «В» можно отметить три климатические зоны:

1. южно-суданскую савану, занимающую область южнее 12° северной широты и составляющую не более 6% всей площади республики. Зона характеризуется большим количеством осадков, лесистостью, меньшим колебанием температур, большой влажностью. Точная граница зоны- по линии Сикассо- устье р. Санкарани- пун�