DEPARTAMENTO DE INSTITUCIONES DE EDUCACIÓN SUPERIOR
Academia Estatal de Agricultura de Volgogrado
Departamento: _____________________
Disciplina: Hidrología
PRUEBA
Realizado: estudiante de tercer año,
departamento de correspondencia, grupo __ EMZ, _____
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Volgogrado 2006
OPCION 0 Río Sura, s. Kadyshevo, área de captación F = 27,900 km 2, cubierta forestal 30%, sin pantanos, precipitación promedio a largo plazo 682 mm.
Módulos de caudal y descargas de agua promedio mensuales y anuales
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septiembre |
Ma l / s * km 2 |
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Piscina - analógica - r. Sura, Penza.
El valor medio a largo plazo de la escorrentía anual (norma) M oa = 3,5 l / s * km 2, C v = 0,27.
Tabla para determinar los parámetros al calcular el caudal máximo derretir agua
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Punta del río |
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Sura-Kadyshevo |
1. Determine el valor promedio a largo plazo (norma) de la escorrentía anual en presencia de datos de observación.
Datos iniciales: caudal medio anual de agua, período calculado de 10 años (de 1964 a 1973).
donde Q i es el promedio flujo anual para el i-ésimo año;
n es el número de años de observación.
Q o = = 99,43 m 3 / s (el valor de la escorrentía media a largo plazo).
La tasa resultante en forma de consumo medio de agua a largo plazo debe expresarse a través de otras características del caudal: módulo, capa, volumen y coeficiente de caudal.
Módulo de escorrentía М о = = = 3,56 l / s * km 2, donde F es el área de captación, km 2.
Volumen promedio de escorrentía a largo plazo por año:
W o = Q o * T = 99,43 * 31,54 * 10 6 = 3136,022 m 3,
donde T es el número de segundos en un año, igual a aproximadamente 31,54 * 10 6 s.
Capa de escorrentía media a largo plazo h o = = = 112,4 mm / año
Coeficiente de escorrentía α = = = 0.165,
donde х о - precipitación media a largo plazo por año, mm.
2. Determine el coeficiente de variabilidad (variación) Сvflujo anual.
Con v =, donde es la desviación estándar de los caudales anuales del caudal.
Si n<30, то = .
Si la escorrentía para años individuales se expresa en forma de coeficientes modulares k =, entonces С v =, y para n<30 С v =
Compongamos una tabla para calcular C v del caudal anual del río.
tabla 1
Contando datos v
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Gastos anuales m 3 / s |
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Con v = = = = 0,2638783 = 0,264.
Error cuadrático medio relativo del valor medio a largo plazo de la escorrentía anual del río para el período de 1964 a 1973. (10 años) es igual a:
El error relativo de la raíz cuadrada media del coeficiente de variabilidad C v cuando se determina mediante el método de momentos es igual a:
La longitud de la fila se considera suficiente para determinar Q o y C v, si son 5-10% y 10-15%. El valor de la escorrentía anual promedio bajo esta condición se denomina tasa de escorrentía. En nuestro caso, está dentro de lo permisible y más que el error permisible. Esto significa que el número de observaciones es insuficiente, es necesario alargarlo.
3. Determinar el caudal en caso de falta de datos mediante el método de analogía hidrológica.
El río análogo es seleccionado por:
- la similitud de las características climáticas;
- sincronicidad de las fluctuaciones de la escorrentía en el tiempo;
- la uniformidad del relieve, el suelo, las condiciones hidrogeológicas, un grado cercano de cobertura de la zona de captación con bosques y pantanos;
- la proporción de áreas de captación, que no debe diferir en más de 10 veces;
- la ausencia de factores que distorsionen el flujo (construcción de presas, extracción y descarga de agua).
Un río análogo debe tener un período a largo plazo de observaciones hidrométricas para determinar con precisión el caudal y al menos 6 años de observaciones paralelas con el río estudiado.
Coeficiente de variabilidad de la escorrentía anual:
donde C v es el coeficiente de variabilidad de la escorrentía en la sección de diseño;
C va - en la alineación del río análogo;
M oa es el valor promedio a largo plazo de la escorrentía anual del río análogo;
A es la tangente de la pendiente del gráfico de comunicación.
En nuestro caso:
Con v = 1 * 3,5 / 3,8 * 0,27 = 0,25
Finalmente, tomamos M o = 3.8 l / s * km 2, Q O = 106.02 m 3 / s, C v = 0.25.
4. Construya y verifique la curva de caudal anual.
En este trabajo, se requiere construir una curva de la provisión de escorrentía anual utilizando la curva de la distribución gamma de tres parámetros. Para ello, es necesario calcular tres parámetros: Q o - el valor promedio a largo plazo (norma) de la escorrentía anual, C v y C s de la escorrentía anual.
Utilizando los resultados de los cálculos de la primera parte del trabajo para el río. Sura, tenemos Q O = 106.02 m 3 / s, C v = 0.25.
Para p. Surah tomamos C s = 2C v = 0.50 con verificación posterior.
Las ordenadas de la curva se determinan en función del coeficiente C v según las tablas elaboradas por S.N. Kritsky y M.F. Menckel para C s = 2C v. Para mejorar la precisión de la curva, es necesario tener en cuenta las centésimas de C v e interpolar entre columnas de números adyacentes.
Las ordenadas de la curva teórica del caudal medio anual del río Sura p. Kadyshevo.
Tabla 2
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Seguridad, P% |
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Ordenadas de la curva |
Construya una curva de probabilidad para la fibra y verifique sus datos de observación reales.
Tabla 3
Datos de prueba de curva teórica
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Coeficientes modulares descendentes K |
Seguridad real |
Años correspondientes a K |
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Para ello, los coeficientes modulares de gastos anuales deben disponerse en orden descendente y para cada uno de ellos calcular su provisión real según la fórmula P =, donde P es la garantía de un miembro de la serie en orden descendente;
m es el número ordinal de un miembro de la serie;
n es el número de miembros de la serie.
Como se puede ver en el último gráfico, los puntos trazados promedian la curva teórica, lo que significa que la curva está construida correctamente y la razón C s = 2 C v corresponde a la realidad.
El cálculo se divide en dos partes:
a) la distribución fuera de temporada más importante;
b) distribución intraestacional (por meses y décadas), establecida con cierta esquematización.
El cálculo se realiza por años hidrológicos, es decir a lo largo de los años, comenzando con la temporada de aguas altas. Las estaciones comienzan con la misma para todos los años de observación, redondeadas a un mes completo. La duración de la temporada de pleamar se establece de modo que la pleamar se sitúe dentro de los límites de la temporada, tanto en los años con la fecha de inicio más temprana como con la fecha de finalización más tardía.
En la tarea, la duración de la temporada se puede tomar de la siguiente manera: primavera-abril, mayo, junio; verano-otoño - julio, agosto, septiembre, octubre, noviembre; invierno - diciembre y enero, febrero, marzo del próximo año.
La cantidad de escorrentía para temporadas y períodos individuales se determina mediante la suma de los costos mensuales promedio. En el último año, los gastos de 3 meses (I, II, III) del primer año se agregan al gasto de diciembre.
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Cálculo de la distribución de la escorrentía intraanual por el método de trazado (distribución intertemporal). R. Sura para 1964-1973 |
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∑ stock verano-otoño |
Valor medio de escorrentía verano-otoño |
Primavera de gastos de temporada |
∑ escorrentía de primavera |
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Cuadro 4
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Continuación de la tabla 4 |
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Cálculo de la distribución de la escorrentía intraanual por el método de trazado (distribución intertemporal) |
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Gastos de la temporada límite verano-otoño |
∑ escorrentía de invierno |
∑ escorrentía para aguas bajas. período invierno + verano + otoño |
Promedio de agua baja. período de escorrentía |
Gastos descendentes okey |
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verano Otoño |
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1 818,40 |
4 456,70 |
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Q lo = = 263,83 m 3 / seg
C s = 2C v = 0.322
Q entre = = 445,67 m 3 / seg
C s = 2C v = 0.363
Q carreras año = K p * 12 * Q o = 0,78 * 12 * 106,02 = 992,347 m 3 / seg
Q carreras entre = K p * Q entre = 0.85 * 445.67 = 378.82 m 3 / seg
Q raslo = K p * Q lo = 0.87 * 263.83 = 229.53 m 3 / seg
Q carreras peso = Q carreras año - Q carreras inter = 992.347-378.82 = 613.53 m 3 / seg
Q carreras = Q carreras entre - Q carreras = 378.82-229.53 = 149.29 m 3 / s
Determine los costos estimados mediante las fórmulas:
escurrimiento anual Q carreras año = К, * 12 Q о,
el período límite Q carreras entre = K p, * Q lo,
de la temporada límite Q carreras = K p, * Q carreras Q lo,
donde K p, K p, K p, son las ordenadas de las curvas de la distribución gamma de tres parámetros, tomadas de la tabla, respectivamente, para C v escorrentía anual, C v escorrentía de aguas bajas y C v para verano - otoño .
Nota: dado que los cálculos se basan en costos mensuales promedio, el consumo anual estimado debe multiplicarse por 12.
Una de las principales condiciones del método de trazado es la igualdad Q carreras año = ∑ Q carreras. Sin embargo, esta igualdad se viola si la escorrentía estimada para temporadas ilimitadas también se determina a partir de las curvas de oferta (debido a la diferencia en los parámetros de las curvas). Por lo tanto, la escorrentía estimada para un período ilimitado (en la tarea - para la primavera) está determinada por la diferencia Q carreras peso = Q carreras año - Q carreras, y para una temporada ilimitada (invierno en la tarea)
Q carreras = Q carreras entre - Q carreras.
Se supone que la distribución intraestacional se promedia para cada uno de los tres grupos de contenido de agua (grupo de agua alta, incluidos los años con disponibilidad de escorrentía para la temporada P<33%, средняя по водности 33<Р<66%, маловодная Р>66%).
Para distinguir los años incluidos en grupos de contenido de agua individuales, es necesario ordenar los costos totales de la temporada en orden descendente y calcular su suministro real (por ejemplo, Tabla 4). Dado que el suministro estimado (P = 80%) corresponde al grupo de aguas bajas, se pueden realizar cálculos adicionales para los años incluidos en el grupo de aguas bajas (Tabla 5).
Para ello, en la columna "Flujo total" anote los costos por temporada correspondientes a la disponibilidad de P> 66%, y en la columna "Años" anote los años correspondientes a estos costos.
Ordene los gastos mensuales promedio dentro de la temporada en orden descendente, indicando los meses calendario con los que se relacionan (Tabla 5). Por lo tanto, el primero será el índice de flujo para el mes de mayor nivel de agua, el último, para el mes de menor nivel de agua.
Para todos los años, sume los gastos por separado para la temporada y para cada mes. Tomando el monto de los gastos de la temporada como 100%, determine el porcentaje de cada mes A% incluido en la temporada, y en la columna "Mes" anote el nombre del mes que se repite con mayor frecuencia. Si no hay repeticiones, ingrese a cualquiera de la reunión, pero para que cada mes incluido en la temporada tenga su propio porcentaje de la temporada.
Luego, multiplicando la descarga estimada para la temporada, determinada en términos de la distribución de la escorrentía fuera de temporada (Tabla 4), por el porcentaje de cada mes A% (Tabla 5), calcule la descarga estimada para cada mes.
Q carreras IV = = 613.53 * 9.09 / 100% = 55.77 m 3 / s.
Según la tabla. 5 columnas "Costos estimados por meses" en papel cuadriculado para construir un hidrograma calculado P-80% del río estudiado (Fig. 3).
6. Determine el caudal máximo estimado de agua de fusión P = 1% en ausencia de datos de observación hidrométrica de acuerdo con la fórmula:
Q p = M p F =, m 3 / s,
donde Q p es el caudal máximo instantáneo estimado de agua de fusión de una determinada provisión P, m 3 / s;
M p es el módulo del caudal máximo de diseño de una disposición dada P, m 3 / s * km 2;
h p - capa de inundación calculada, cm;
F es el área de influencia, km 2;
n es el índice del grado de reducción de la dependencia = f (F);
k o - parámetro de tolerancia a las inundaciones;
y - coeficientes que toman en cuenta la reducción del caudal máximo de ríos regulados por lagos (embalses) y en cuencas boscosas y pantanosas;
- coeficiente teniendo en cuenta la desigualdad de los parámetros estadísticos de la capa de escorrentía y los caudales máximos a P = 1%; = 1;
F 1 - área de captación adicional, teniendo en cuenta la reducción en la reducción, km 2, tomada de acuerdo con el Apéndice 3.
HIDROGRÁFICO
Cuadro 5
Cálculo de la distribución de la escorrentía intraestacional
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Escorrentía total |
Gastos mensuales promedio descendente |
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1. Para la temporada de primavera |
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Total: |
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2. Para la temporada verano-otoño |
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Total: |
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3. Para la temporada de invierno |
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Total: |
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Costos estimados por mes |
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Volúmenes estimados (mln.m 3) por meses |
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Nota: Para obtener los volúmenes de flujo en millones de metros cúbicos, los costos deben multiplicarse: a) para un mes de 31 días por un factor de 2.68, b) para un mes de 30 días, -2.59. c) para un mes de 28 días -2,42. |
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El parámetro k o se determina de acuerdo con los datos de ríos análogos, en el trabajo de control k o se escribe del Apéndice 3. El parámetro n 1 depende de la zona natural, se determina a partir del Apéndice 3.
donde K p es la ordenada de la curva analítica de los tres parámetros gamma - la distribución de la probabilidad dada de exceder, se determina de acuerdo con el Apéndice 2 dependiendo de C v (Apéndice 3) con C s = 2 C v con precisión de centésimas de interpolaciones entre columnas adyacentes;
h - capa media de crecida, establecida a lo largo de los ríos - análogos o interpolación, en trabajo de control - según Apéndice 3.
El coeficiente que tiene en cuenta la disminución del caudal máximo de los ríos regulado por los lagos que fluyen debe determinarse mediante la fórmula:
donde C es el coeficiente tomado en función del valor de la capa media a largo plazo de escorrentía primaveral h;
fоs - lagos promedio ponderado.
Dado que no hay lagos que fluyan en las cuencas de captación calculadas, y se encuentran fuera del canal principal para<2%, принимаем =1. Коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов воды в залесенных водосборах, определяется по формуле:
= / (f l +1) n 2 = 0,654,
donde n 2 - el factor de reducción se toma de acuerdo con el Apéndice 3. El coeficiente depende de la zona natural, la ubicación del bosque en la cuenca y el área forestal total f l en%; descargado de acuerdo con el Apéndice 3.
El coeficiente que tiene en cuenta la disminución en el consumo máximo de agua de las cuencas pantanosas está determinado por la fórmula:
1- Lg (0,1f +1),
donde es el coeficiente, dependiendo del tipo de turberas, se determina de acuerdo con el Apéndice 3;
f es el área relativa de pantanos y bosques pantanosos y prados en la cuenca,%.
De acuerdo con el Apéndice 3, determinamos F 1 = 2 km 2, h = 80 mm, C v = 0.40, n = 0.25, = 1, K o = 0.02;
según el Apéndice 2 K p = 2,16;
h p = k p h = 2,16 * 80 = 172,8 mm, = 1;
= / (f l + 1) n 2 = 1,30 (30 + 1) 0,2 = 0,654;
1- Lg (0.1f +1) = 1-0.8Lg * (0.1 * 0 + 1) = 1.
Determinemos el valor promedio a largo plazo (norma) de la escorrentía anual del río Kolp, punto Verkhniy Dvor según datos de 1969 a 1978. (10 años).
La tasa resultante en forma de consumo medio de agua a largo plazo debe expresarse a través de otras características de flujo: módulo, capa, volumen y coeficiente de flujo.
Calcule el módulo de escorrentía promedio a largo plazo por la razón:
l / s km 2
dónde F - zona de captación, km 2.
Volumen de escorrentía: el volumen de agua que fluye desde la cuenca de captación durante cualquier intervalo de tiempo.
Calculemos el volumen de escorrentía promedio a largo plazo para el año:
W 0 = Q 0 xT = 22,14. 31,54. 10 6 = 698,3 10 6 m 3
donde T es el número de segundos en un año, igual a 31,54. 10 6
La capa de escorrentía promedio a largo plazo se calcula a partir de la dependencia:
220,98 mm / año
Coeficiente de escorrentía promedio a largo plazo
donde x 0 es la precipitación promedio a largo plazo por año
La evaluación de la representatividad (suficiencia) de una serie de observaciones está determinada por el valor del error de la raíz cuadrada media relativa del valor medio a largo plazo (norma) de la escorrentía anual, calculado mediante la fórmula:
donde C V es el coeficiente de variabilidad (variación) de la escorrentía anual; la longitud de la fila se considera suficiente para determinar Q o si ε Q ≤ 10%. El valor de la escorrentía promedio a largo plazo en este caso se denomina tasa de escorrentía.
Determinación del coeficiente de variabilidad Cv de la escorrentía anual
El coeficiente de variabilidad C V caracteriza las desviaciones de la escorrentía para ciertos años de la norma de escorrentía; es igual a:
donde σ Q es la desviación estándar de los caudales anuales del caudal
Si la escorrentía para años individuales se expresa en forma de coeficientes modulares 
el coeficiente de variación está determinado por la fórmula
Elaboramos una tabla para calcular la escorrentía anual del río Kolp, punto Verkhniy Dvor (Tabla 1)
tabla 1
Datos de cálculo CON v
Determinemos el coeficiente de variabilidad C v de la escorrentía anual:
El error relativo de la raíz cuadrada media del valor medio a largo plazo de la escorrentía anual del río Kolp, punto Verkhniy Dvor para el período de 1969 a 1978 (10 años) es igual a:
Error cuadrático medio relativo del coeficiente de variabilidad CON v cuando se determina por el método de momentos es igual a:
Determinación de la tasa de escorrentía en caso de datos de observación insuficientes por el método de analogía hidrológica
Fig.1 Gráfico de comunicación de los módulos de caudal medio anual
de la cuenca estudiada el río Kolp, el punto Verkhniy Dvor y la cuenca del análogo del río. Obnora, s. Sharna.
De acuerdo con el cronograma de comunicación de los módulos de flujo anual promedio, el río Kolp, el punto Verkhniy Dvor y la cuenca del análogo del río. Obnora, s. Sharna.M 0 = 5,9 l / s km 2 (eliminado del gráfico por el valor de M 0a = 7,9 l / s km 2)
El coeficiente de variabilidad de la escorrentía anual se calcula mediante la fórmula
C v - coeficiente de variabilidad de la escorrentía en la sección de diseño;
CON V a - en la alineación del río análogo;
М оа es el valor medio anual de la escorrentía anual del río análogo;
A Es la tangente de la pendiente del gráfico de comunicación.
Finalmente, para construir las curvas, tomamos Q o = 18.64 m 3 / s, C V = 0.336.
Trazar una curva de oferta analítica y verificar su precisión mediante una curva de oferta empírica
El coeficiente de asimetría C s caracteriza la asimetría de la serie hidrológica y se determina por ajuste, partiendo de la condición de mejor ajuste de la curva analítica con los puntos de observaciones reales; para ríos ubicados en condiciones planas, al calcular la escorrentía anual, la relación C s = 2C da los mejores resultados V... Por lo tanto, tomamos para el río Kolp, el punto Verkhniy Dvor C s = 2C V= 0,336 con verificación posterior.
Las ordenadas de la curva se determinan en función del coeficiente C v según las tablas compiladas por SN Kritsky y MF Menkel para C S = 2C V.
Las ordenadas de la curva analítica del promedio anual
caudal de agua Río Kolp, punto Verkhniy Dvor
La provisión de una cantidad hidrológica es la probabilidad de exceder el valor considerado de una cantidad hidrológica entre la totalidad de todos sus valores posibles.
Organizamos los coeficientes modulares de los gastos anuales en orden descendente (Tabla 3) y para cada uno de ellos calculamos su suficiencia empírica real utilizando la fórmula:
donde m es el número ordinal de un miembro de la serie;
n es el número de miembros de la serie.
P m 1 = 1 / (10 + 1) 100 = 9.1 P m 2 = 2 / (10 + 1) 100 = 18.2, etc.
Figura - Curva de seguridad analítica
Trazar puntos con coordenadas ( Pm , Q metro ) y promediando a ojo, obtenemos la curva de disponibilidad de la característica hidrológica considerada.
Como puede ver, los puntos graficados se encuentran muy cerca de la curva analítica; de lo que se sigue que la curva se construye correctamente y la relación C S = 2 C V corresponde a la realidad.
Tabla 3
Datos para construir una curva de oferta empírica
Río Kolp, punto Verkhniy Dvor
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Coeficientes modulares (K i) descendentes |
Seguridad real |
Años correspondientes a K i |
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Figura - Seguridad empírica
28.07.2015
Fluctuaciones del caudal fluvial y criterios para su valoración. La escorrentía de un río es el movimiento del agua en el curso de su circulación en la naturaleza, cuando fluye por el lecho del río. El caudal del río está determinado por la cantidad de agua que fluye a través del canal del río durante un cierto período de tiempo.
El régimen de escorrentía está influenciado por numerosos factores: climáticos - precipitación, evaporación, humedad y temperatura del aire; topográfico - topografía, forma y tamaño de las cuencas hidrográficas y geológico del suelo, incluida la cubierta vegetal.
Para cualquier cuenca, cuanto más precipitación y menos evaporación, mayor es el caudal del río.
Se encontró que con un aumento en el área de captación, la duración de la inundación de primavera también aumenta, mientras que el hidrograma tiene una forma más alargada y "tranquila". En suelos fácilmente permeables, hay más filtración y menos escorrentía.
Al realizar diversos cálculos hidrológicos relacionados con el diseño de estructuras hidráulicas, sistemas de recuperación, sistemas de suministro de agua, medidas para combatir inundaciones, carreteras, etc., se determinan las siguientes características principales del caudal de los ríos.
1. Consumo de agua es el volumen de agua que fluye a través de la sección considerada por unidad de tiempo. El consumo medio de agua Qcp se calcula como la media aritmética de los costes para un período de tiempo determinado T:
2. Volumen de escorrentía V es el volumen de agua que fluye a través de una sección dada durante el intervalo de tiempo considerado T
3. Módulo de drenaje M es la descarga de agua por 1 km2 del área de captación F (o que fluye desde una unidad de área de captación):
A diferencia de la descarga de agua, el módulo de flujo no está asociado con una sección específica del río y caracteriza el flujo de la cuenca en su conjunto. El módulo de escorrentía promedio a largo plazo M0 no depende del contenido de agua de años individuales, sino que está determinado solo por la posición geográfica de la cuenca del río. Esto permitió regionalizar nuestro país en términos hidrológicos y construir un mapa de isolíneas de módulos de escorrentía media anual. Estos mapas se enumeran en la literatura reglamentaria pertinente. Conociendo el área de captación de un río y habiendo determinado el valor M0 para él a partir del mapa de isolíneas, es posible establecer la descarga de agua promedio a largo plazo Q0 de este río usando la fórmula
Para secciones de río cercanas, los módulos de flujo se pueden asumir constantes, es decir
Por lo tanto, de acuerdo con el caudal de agua conocido en una sección Q1 y las áreas de captación conocidas en estas secciones F1 y F2, el caudal de agua en la otra sección Q2 se puede establecer mediante la relación
4. Capa de drenaje h es la altura de la capa de agua, que se obtendría con una distribución uniforme del volumen de flujo V sobre toda el área de la cuenca F durante un cierto período de tiempo:
Se compilaron mapas de contorno para la capa de escorrentía promedio a largo plazo h0 de la inundación de primavera.
5. Coeficiente de caudal modular K es la relación entre cualquiera de las características anteriores de la escorrentía y su valor medio aritmético:
Estos factores se pueden establecer para cualquier característica hidrológica (tasas de flujo, niveles, precipitación, evaporación, etc.) y para cualquier período de flujo.
6. Coeficiente de drenaje η es la relación entre la capa de escorrentía y la capa de precipitación x:
Este coeficiente también se puede expresar mediante la relación entre el volumen de escorrentía y el volumen de precipitación durante el mismo período de tiempo.
7. Tasa de flujo- el valor de escorrentía promedio a largo plazo más probable, expresado por cualquiera de las características anteriores de escorrentía durante un período a largo plazo. Para establecer el caudal, una serie de observaciones deben ser de al menos 40 ... 60 años.
El caudal anual Q0 está determinado por la fórmula
Dado que en la mayoría de las estaciones de aforo el número de años de observación suele ser inferior a 40, es necesario comprobar si este número de años es suficiente para obtener valores fiables del caudal Q0. Para esto, el error cuadrático medio de la tasa de escorrentía se calcula a partir de la dependencia
La duración del período de observación es suficiente si el valor del error cuadrático medio σQ no excede el 5%.
El cambio en la escorrentía anual está influenciado principalmente por factores climáticos: precipitación, evaporación, temperatura del aire, etc. Todos ellos están interrelacionados y, a su vez, dependen de una serie de factores de naturaleza aleatoria. Por lo tanto, los parámetros hidrológicos que caracterizan la escorrentía están determinados por un conjunto de variables aleatorias. Al diseñar medidas para el rafting en madera, es necesario conocer los valores de estos parámetros con la probabilidad necesaria de que se excedan. Por ejemplo, en el cálculo hidráulico de las presas flotantes de madera, es necesario establecer el caudal máximo de la inundación de primavera, que puede superarse cinco veces en cien años. Este problema se resuelve utilizando los métodos de la estadística matemática y la teoría de la probabilidad. Para caracterizar los valores de los parámetros hidrológicos - costos, niveles, etc., se utilizan los siguientes conceptos: frecuencia(repetibilidad) y seguridad (duración).
La frecuencia muestra en cuántos casos durante el período de tiempo considerado el valor del parámetro hidrológico estuvo en un cierto intervalo. Por ejemplo, si la descarga de agua anual promedio en una sección determinada del río varió durante varios años de observación de 150 a 350 m3 / s, entonces es posible establecer cuántas veces los valores de esta cantidad estaban en los intervalos 150 ... 200, 200 ... 250, 250 .. .300 m3 / s, etc.
Seguridad muestra en cuántos casos el valor de un elemento hidrológico tuvo valores iguales o superiores a cierto valor. En un sentido amplio, la seguridad es la probabilidad de exceder un valor dado. La provisión de cualquier elemento hidrológico es igual a la suma de las frecuencias de los intervalos aguas arriba.
La frecuencia y la disponibilidad se pueden expresar en el número de casos, pero en los cálculos hidrológicos se determinan con mayor frecuencia como un porcentaje del número total de miembros de la serie hidrológica. Por ejemplo, en la serie hidrológica existen veinte valores del caudal medio anual de agua, seis de ellos tenían un valor igual o superior a 200 m3 / s, lo que significa que este caudal se proporciona en un 30%. Gráficamente, los cambios en la frecuencia y la disponibilidad se representan mediante curvas de frecuencia (Fig. 8a) y disponibilidad (Fig. 8b).
En los cálculos hidrológicos, a menudo se utiliza la curva de probabilidad. De esta curva se puede observar que a mayor valor del parámetro hidrológico, menor porcentaje de disponibilidad y viceversa. Por lo tanto, se acepta generalmente que los años para los cuales la disponibilidad de flujo, es decir, el flujo de agua promedio anual Qg, es menor al 50%, son de agua alta y los años con la disponibilidad de Qg de más del 50% son bajos. -agua. Un año con una tasa de escorrentía del 50% se considera el año de disponibilidad promedio de agua.
La disponibilidad de agua durante el año se caracteriza a veces por su frecuencia media. Para los años de agua alta, la frecuencia de ocurrencia muestra con qué frecuencia hay, en promedio, años de un contenido de agua dado o más alto, para años de agua baja, un contenido de agua dado o menos. Por ejemplo, el consumo anual promedio de un año de agua alta del 10% de suministro tiene una tasa de recurrencia promedio de 10 veces en 100 años o 1 vez en 10 años; la tasa de recurrencia promedio de un año seco de disponibilidad del 90% también tiene una tasa de recurrencia de 10 veces en 100 años, ya que en el 10% de los casos los costos promedio anuales tendrán valores más bajos.
Los años de un determinado contenido de agua tienen un nombre correspondiente. Mesa 1 para ellos se les da la seguridad y repetibilidad.
La relación entre la repetibilidad y y la seguridad p se puede escribir de la siguiente manera:
para años de mareas altas
por años secos
Todas las estructuras hidráulicas para regular el lecho del río o la escorrentía se calculan de acuerdo con el contenido de agua del año de un determinado suministro, lo que garantiza la confiabilidad y el funcionamiento sin problemas de las estructuras.
El porcentaje calculado de la provisión de indicadores hidrológicos está regulado por la "Instrucción para el diseño de empresas maderables flotantes".
Provisión de curvas y métodos para calcularlas. En la práctica de los cálculos hidrológicos, se utilizan dos métodos para construir las curvas de probabilidad: empírico y teórico.
Cálculo razonable curva de oferta empírica sólo se puede realizar si el número de observaciones del caudal del río es superior a 30 ... 40 años.
Al calcular la provisión de miembros de la serie hidrológica para caudales anuales, estacionales y mínimos, se puede utilizar la fórmula de N.N. Chegodaeva:
Para determinar la provisión de caudales máximos de agua, se utiliza la dependencia de S.N. Kritsky y M.F. Menckel:
El procedimiento para construir una curva de seguridad empírica:
1) todos los miembros de la serie hidrológica se registran en orden decreciente en valor absoluto;
2) a cada miembro de la serie se le asigna un número de serie, comenzando por uno;
3) la seguridad de cada miembro de la serie decreciente se determina mediante las fórmulas (23) o (24).
Con base en los resultados del cálculo, se construye una curva de seguridad, similar a la que se muestra en la Fig. 8b.
Pero las curvas de oferta empíricas tienen una serie de desventajas. Incluso con un período de observación suficientemente largo, no se puede garantizar que este intervalo cubra todos los valores máximos y mínimos posibles del caudal del río. Los valores calculados de la disponibilidad de flujo de 1 ... 2% no son confiables, ya que solo se pueden obtener resultados suficientemente fundamentados con el número de observaciones durante 50 ... 80 años. En este sentido, con un período limitado de observaciones del régimen hidrológico del río, cuando el número de años es inferior a treinta, o en su completa ausencia, se construye curvas de seguridad teóricas.
Los estudios han demostrado que la distribución de variables hidrológicas aleatorias obedece más de cerca a la ecuación de la curva de Pearson del tipo III, cuya expresión integral es la curva de probabilidad. Pearson obtuvo tablas para construir esta curva. La curva de seguridad se puede construir con suficiente precisión para practicar en tres parámetros: la media aritmética de los miembros de la serie, los coeficientes de variación y asimetría.
La media aritmética de los miembros de la serie se calcula mediante la fórmula (19).
Si el número de años de observaciones es menor que diez o no se realizaron observaciones en absoluto, entonces la descarga de agua anual promedio Qgcp se considera igual al promedio de largo plazo Q0, es decir, Qgcp = Q0. El valor de Q0 se puede configurar utilizando el coeficiente modular K0 o el módulo de flujo M0 determinado a partir de los mapas de contorno, ya que Q0 = M0 * F.
El coeficiente de variación Cv caracteriza la variabilidad de la escorrentía o el grado de su fluctuación en relación con el valor medio en una serie dada, es numéricamente igual a la razón del error cuadrático medio a la media aritmética de los miembros de la serie. El valor del coeficiente Cv está significativamente influenciado por las condiciones climáticas, el tipo de alimentación del río y las características hidrográficas de su cuenca.
Si se dispone de datos de observación de al menos diez años, el coeficiente de variación de la escorrentía anual se calcula mediante la fórmula
El valor de Cv varía en un amplio rango: de 0,05 a 1,50; para ríos flotantes maderables Cv = 0,15 ... 0,40.
Con un breve período de observaciones del caudal del río o en su completa ausencia el coeficiente de variación puede establecerse mediante la fórmula D.L. Sokolovsky:
En los cálculos hidrológicos para cuencas con F> 1000 km2, también se utiliza un mapa de isolíneas del coeficiente Cv si el área total de los lagos no supera el 3% del área de captación.
En el documento normativo SNiP 2.01.14-83, la fórmula generalizada de K.P. Voskresensky:
Coeficiente de asimetría Cs caracteriza la asimetría de la serie de la variable aleatoria considerada en relación con su valor medio. Cuanto menor sea el número de miembros de la serie que supere el valor de la tasa de escorrentía, mayor será el valor del coeficiente de asimetría.
El coeficiente de asimetría se puede calcular mediante la fórmula
Sin embargo, esta dependencia da resultados satisfactorios solo para el número de años de observaciones n> 100.
El coeficiente de asimetría de los ríos inexplorados se establece mediante la relación Cs / Cv para ríos análogos y, en ausencia de análogos suficientemente buenos, se toman las relaciones Cs / Cv medias de los ríos de un área determinada.
Si es imposible establecer la relación Cs / Cv para un grupo de ríos análogos, entonces los valores del coeficiente Cs para ríos inexplorados se toman por razones regulatorias: para cuencas fluviales con una relación lacustre de más del 40%
para zonas de humedad excesiva y variable: ártico, tundra, bosque, estepa forestal, estepa
Para construir una curva de productividad teórica de acuerdo con los tres parámetros anteriores, Q0, Cv y Cs, utilice el método propuesto por Foster-Rybkin.
De la relación anterior para el coeficiente modular (17) se deduce que el valor promedio a largo plazo del flujo de un suministro dado - Qp%, Мр%, Vp%, hp% - se puede calcular mediante la fórmula
El coeficiente de flujo modular de un año de un suministro dado está determinado por la dependencia
Habiendo determinado una serie de características de escorrentía para un período a largo plazo de oferta diferente, es posible construir una curva de oferta utilizando estos datos. En este caso, es recomendable realizar todos los cálculos en forma tabular (Tablas 3 y 4).
Métodos de cálculo de coeficientes modulares. Para solucionar muchos problemas de gestión del agua, es necesario conocer la distribución de la escorrentía por estaciones o meses del año. La distribución de la escorrentía intraanual se expresa en forma de coeficientes modulares de la escorrentía mensual, que representan la relación entre los caudales medios mensuales Qm.av y el Qg.av medio anual:
La distribución de la escorrentía intraanual es diferente para años de diferente disponibilidad de agua, por lo tanto, en cálculos prácticos, los coeficientes modulares de la escorrentía mensual se determinan para tres años característicos: un año de agua alta con un suministro del 10%, contenido promedio de agua - 50 % de suministro y bajo nivel de agua: 90% de suministro.
Los coeficientes modulares de escorrentía mensual se pueden establecer con base en el conocimiento real de las descargas de agua promedio mensuales en presencia de datos de observación durante al menos 30 años, para un río análogo o de acuerdo con tablas típicas de distribución de escorrentía mensual, que se compilan para diferentes ríos. lavabos.
El consumo medio mensual de agua se determina según la fórmula
(33): Qm.cp = KmQg.av
Consumo máximo de agua. Al diseñar presas, puentes, presas, medidas para fortalecer las riberas, es necesario conocer los caudales máximos de agua. Dependiendo del tipo de alimentación del río, la descarga máxima de agua de una inundación de primavera o una inundación de otoño se puede tomar como la descarga máxima calculada. La provisión estimada para estos costos está determinada por la clase de capital de las estructuras hidráulicas y está regulada por los documentos reglamentarios pertinentes. Por ejemplo, las presas flotantes de madera de la clase III de capital están diseñadas para pasar el caudal máximo de agua del 2% de suministro, y la clase IV - 5% de suministro, las estructuras de protección del banco no deben colapsar a los caudales correspondientes al caudal máximo de agua. del 10% de suministro.
El método para determinar el valor de Qmax depende del grado de conocimiento del río y de la diferencia entre los caudales máximos de las crecidas primaverales y las crecidas.
Si hay datos de observación para un período de más de 30 ... 40 años, entonces se construye una curva empírica de la seguridad Qmax, y para un período más corto, una curva teórica. Los cálculos toman: para inundaciones de primavera Cs = 2Сv, y para inundaciones de lluvia Cs = (3 ... 4) CV.
Dado que las observaciones del régimen de los ríos se llevan a cabo en los postes de medición de agua, entonces la curva de suministro generalmente se construye para estas secciones, y la descarga máxima de agua en las secciones de la ubicación de las estructuras se calcula mediante la relación
Para ríos planos caudal máximo de la inundación de primavera la seguridad dada p% se calcula mediante la fórmula
Los valores de los parámetros ny K0 se determinan en función de la zona natural y la categoría de relieve según tabla. 5.
Categoría I - ríos ubicados dentro de colinas montañosas y mesetas - Rusia central, Strugo-Krasnenskaya, Tierras altas de Sudomskaya, meseta central de Siberia, etc.;
Categoría II: ríos en cuyas cuencas se alternan alturas montañosas con depresiones entre ellos;
Categoría III: ríos, la mayoría de las cuencas de los cuales se encuentran dentro de las tierras bajas planas: Mologo-Sheksninskaya, Meshcherskaya, bosques de Belorusskoe, Pridnestrovskaya, Vasyugan, etc.
El valor del coeficiente μ se establece en función de la zona natural y el porcentaje de provisión según tabla. 6.
El parámetro hp% se calcula a partir de la dependencia
El coeficiente δ1 se calcula (en h0> 100 mm) mediante la fórmula
El coeficiente δ2 está determinado por la relación
El cálculo de los caudales máximos de las crecidas primaverales se realiza en forma tabular (Cuadro 7).
Los altos niveles de agua (HWL) del suministro calculado se establecen de acuerdo con las curvas de descarga de agua para los valores correspondientes de Qmaxp% y las secciones calculadas.
Con cálculos aproximados, el caudal máximo de agua de inundación se puede establecer de acuerdo con la dependencia
En los cálculos responsables, la determinación del caudal máximo de agua debe llevarse a cabo de acuerdo con las instrucciones de los documentos reglamentarios.
Dado que la contabilidad sistemática del caudal no se lleva a cabo en todos los ríos que desembocan en el lago y el resto de la cuenca permanece sin explorar, el cálculo se divide en dos partes.
a) Cálculo de la escorrentía total del territorio iluminado por observaciones.
El área de la cuenca del lago es de 47800 km², la superficie promedio del lago Peipsi-Pskov es de 3550 km². En 1968, se realizó el seguimiento de la escorrentía en los ríos:
Caudal anual medio de los ríos que desembocan en el lago.
Cuadro 21
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río - poste |
M l / s km² | |||
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Río Roosta - pueblo de Roosta | ||||
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Río Kääpa - pueblo de Kääpa | ||||
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Río Suur-Emajici - ciudad de Tartu | ||||
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Río Vyhandu - pueblo de Ryapina | ||||
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Gdovka - Zloblina | ||||
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río Velikaya - pueblo Pyatonovo | ||||
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Río Zhelcha - pueblo Yamma | ||||
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Cherma - Yaktunina | ||||
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Tagayigy - Tudulinna | ||||
Q ref = 105,7 m³ / s
b) Cálculo de la escorrentía media anual de la cuenca del lago.
El área total de los ríos estudiados:
donde М1 ... Mn - módulos de flujo en los puntos donde se realizan las observaciones, l / s km²; F1… Fn - áreas de captación en estos puntos, km².
Así, en base a todos los cálculos realizados:
La afluencia superficial total del lago está determinada por la fórmula
2.3.2 Cálculo de la evaporación de la superficie del lago
El cálculo de la evaporación de la superficie del lago Peipsi-Pskov para los intervalos de tiempo del período sin hielo de 1968 se lleva a cabo de acuerdo con los datos de las estaciones meteorológicas de referencia Gdov, Pskov y Tiirikoya, ubicadas uniformemente a lo largo del perímetro del lago. .
Los datos sobre la temperatura del agua y las fechas de apertura y congelación del lago se tomaron de las estaciones Raskopel, Zalita y Mustvee.
El cálculo de la evaporación comienza con la determinación de la longitud promedio de la aceleración del flujo de aire sobre el lago. Para ello, se aplican al plano del lago dos sistemas de cuadrículas rectangulares de perfiles paralelos, orientados en el primer caso de N a S y de W a E, y en el segundo - de NW a SE y de NE a SW. La longitud de aceleración promedio para cada dirección del perfil Li se calcula como la media aritmética de las longitudes de todos los perfiles de esta dirección:
L av = 37 km
Luego calculamos la rosa de los vientos. Para hacer esto, de acuerdo con los datos meteorológicos mensuales para el año de referencia en la estación meteorológica de referencia, resumimos el número de eventos de viento de los ocho puntos y luego determinamos la frecuencia de las direcciones del viento en% como la relación del número de viento eventos del punto correspondiente por año a la suma anual del número de eventos de viento de los ocho puntos,%.
Repetibilidad de las direcciones del viento,%
Cuadro 11
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Tiirikoya | ||||||||
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Arados Rojo | ||||||||
La longitud de aceleración promedio para toda el área de agua del lago se calcula mediante la fórmula:
donde Ls-th, etc. - la longitud media de la aceleración del flujo de aire a lo largo de los perfiles de las direcciones correspondientes, km; (Nc + N +), etc. - la suma de la repetibilidad de las direcciones del viento para dos puntos mutuamente opuestos,%.
Los valores de las velocidades medias mensuales del viento sobre el lago a una altura de 2 m se determinan mediante la fórmula:
donde K1 es un coeficiente que tiene en cuenta el grado de protección de la estación meteorológica en tierra; K2 - coeficiente teniendo en cuenta la naturaleza del alivio; K3 - coeficiente que tiene en cuenta la longitud promedio de la aceleración del flujo de aire sobre el depósito; U es la velocidad del viento a la altura de la veleta para el intervalo de tiempo calculado.
Cálculo de la velocidad media del viento sobre la superficie del agua a una altura de 2 m.
Estación meteorológica Gdov. Cuadro 12
Estación meteorológica de Pskov. Cuadro 13
Estación meteorológica de Tiirikoya. Cuadro 14
Cálculo de valores medios mensuales de presión de vapor de agua sobre el lago a una altura de 2 m.
Estación meteorológica Gdov Mesa 15
Estación meteorológica de Pskov Mesa 16
Estación meteorológica de Tiirikoya Cuadro 17
Cálculo de la evaporación de la superficie del lago para intervalos de tiempo de un período sin hielo.
Estación meteorológica Gdov Cuadro 18
Estación meteorológica de Pskov Tabla 19
Estación meteorológica de Tiirikoya Mesa 20
El valor medio calculado para el lago es E = 587 mm.
Entonces Wis = 2207 · 106 m³
río- flujo de agua natural (curso de agua), que fluye en la profundización que ha desarrollado - un canal natural permanente y alimentado por la escorrentía superficial y subterránea de su cuenca. Los ríos son el tema de estudio de una de las secciones de la hidrología terrestre: la hidrología fluvial (potamología).
Modo río- cambios regulares (diarios, anuales) en el estado del río, debido a las propiedades físicas y geográficas de su cuenca hidrográfica, principalmente el clima. El régimen del río se manifiesta en fluctuaciones en los niveles y vertidos del agua, el tiempo de establecimiento y descenso de la capa de hielo, la temperatura del agua, la cantidad de sedimento transportado por el río, etc.
Alimentación del río- entrada (entrada) de agua al río desde la fuente de energía. Los alimentos pueden ser de lluvia, nieve, glaciares, subterráneos (suelo), la mayoría de las veces mezclados, con predominio de una u otra fuente de alimentos en ciertos tramos del río y en diferentes épocas del año.
El caudal de agua es el volumen de agua que fluye a través de la sección transversal del flujo por unidad de tiempo. Sobre la base de mediciones regulares del caudal de agua, la escorrentía se calcula durante un largo período.
Escorrentía sólida: partículas sólidas de material mineral u orgánico transportadas por las corrientes de agua.
58. Lagos: clasificación, balance hídrico, ecología y desarrollo.
Un lago es una depresión cerrada en la tierra, en la que fluyen y se acumulan aguas superficiales y subterráneas. Los lagos no forman parte del océano mundial. Los lagos regulan el caudal de los ríos, retienen las aguas huecas en sus cuencas y las liberan en otros períodos. Las reacciones químicas y biológicas tienen lugar en las aguas de los lagos. Algunos elementos pasan del agua a los sedimentos del fondo, otros, viceversa. En varios lagos, principalmente sin escorrentía, la concentración de sales aumenta debido a la evaporación del agua. El resultado son cambios significativos en la mineralización y composición de las sales de los lagos. Debido a la importante inercia térmica de la masa de agua, los grandes lagos suavizan el clima de las regiones adyacentes, reduciendo las fluctuaciones anuales y estacionales de los elementos meteorológicos.
1 Cuencas lacustres 1.1 tectónicas 1.2 glaciales 1.3 río (lagos de meandro) 1.4 costera (lagunas y estuarios) 1.5 sumideros (karst, termokarst) 1.6 volcánica (en los cráteres de volcanes extintos) 1.7 represa-represa 1.8 artificial (embalses, estanques)
Balance de agua: la relación entre la entrada y la salida de agua, teniendo en cuenta el cambio en sus reservas para el intervalo de tiempo seleccionado para el objeto en consideración. El balance hídrico se puede calcular para un área o área de captación, para un cuerpo de agua, un país, tierra firme, etc.
La forma, el tamaño y la topografía del fondo de las cuencas de los lagos cambian significativamente con la acumulación de sedimentos del fondo. El crecimiento excesivo de los lagos crea nuevos accidentes geográficos, planos o incluso convexos. Los lagos y, especialmente, los embalses a menudo crean remansos de aguas subterráneas, lo que provoca el anegamiento de las áreas terrestres cercanas. Como resultado de la acumulación continua de partículas orgánicas y minerales en los lagos, se forman gruesos estratos de sedimentos del fondo. Estos depósitos se modifican con el mayor desarrollo de los embalses y su transformación en pantanos o secano. En determinadas condiciones, se transforman en rocas orgánicas.