3.2. Взяття одиничних проб на каламутність і проб для визначення крупності наносів.

К о н т р о л ь н і о д и н и ч н і п р о б и води на каламутність беруть при кожному вимірюванні витрат завислих наносів в тому ж місці (точці) живого перерізу річки де й щоденні одиничні проби, тими ж приладами і в тому ж об'ємі.

Попередню обробку проб (фільтрування їх) провадять на посту, а зважування фільтрів без наносів та з ними в лабораторії.

Для визначення крупності завислих наносів проби беруть тільки в характерні періоди (фази) гідрологічного режиму, тобто під час повені, паводків і в межень; усього 4—10 проб на рік. Звичайно ці проби беруть при вимірюваннях витрат наносів на всіх швидкісних вертикалях, тими ж приладами, але ж зливають їх в окремий посуд з усіх точок та вертикалей.

При цьому потрібний об'єм такої проби в літрах визначають за формулою:

,

де Р'_н - маса потрібної наважки, г; ρ - каламутність, г/м³.

Слід зауважити, що потрібна наважка для визначення крупності (фракційного складу) наносів за методом фракціометра має бути 0,5…2,0 г, а при аналізі методом «піпетка-фракціометр» 2…7г.

Щ о д е н н і о д и н и ч н і проби води на каламутність беруть в строки водомірних спостережень; в періоди невеликої каламутності (в межень) їх беруть один раз, а в повінь—двічі на добу. При різких коливаннях каламутності проби беруть частіше.

Щоденні одиничні проби беруть в постійному місці на одній з постійних вертикалей у стрижневій частині потоку. При цьому використовуються ті ж прилади, що й при вимірюванні витрати наносів та при взятті контрольних одиничних проб. У цьому випадку застосовується сумарний спосіб, тобто беруть проби у двох точках (на 0,2 та 0,8/h), одній точці (0,6h) або ж інтеграційне.

3.3.Обчислення витрат завислих наносів. Обчислення витрати провадять за даними вимірювань витрати води і значеннями каламутності, які були одержані в результаті аналізу проб води, взятих при вимірюванні витрати.

Витрата завислих наносів обчислюється двома способами: графічним і аналітичним. Перший застосовується, коли вимірювання витрати наносів виконано детальним способом, а аналітичний — коли наноси вимірюють скороченим, сумарним та інтеграційним способами.

При г р а ф і ч н о м у с п о с о б і (Рис.11)витрати завислих наносів обчислюють в такій послідовності:

1. Будують епюри каламутності, для чого на епюрах швидкостей течії в точках, де вимірювались швидкості та брались проби води, відкладають значення каламутності. Масштаб беруть такий, щоб ширина епюр каламутності

приблизно дорівнювала ширині епюр швидкостей течії. При цьому треба звертати увагу на точки, які різко відхиляються, та не брати їх до уваги при проведенні ліній епюр. Значення каламутності для таких точок беруть з проведеної лінії епюри.

2. Обчислюють одиничні проби витрати завислих наносів α в г/(м²·с). Для цього за відповідними точками епюр знаходять добуток швидкості на каламутність, тобто α=ρ·u

3. Будують епюри одиничних витрат завислих наносів. Для цього на епюрах швидкостей течії у відповідних точках відкладають обчислені значення одиничних витрат і по одержаних точках проводять плавні лінії.

4. Визначають елементарні витрати завислих наносів r в г/(м·с), які чисельно дорівнюють площам епюр одиничних витрат. Останні визначають планіметром або палеткою з урахуванням горизонтального та вертикального масштабів.

5. Визначають середні одиничні витрати завислих наносів на вертикалях в г/м³*с), для чого обчислені значення елементарних витрат ділять на глибини вертикалей α_сер= r/h.

6. Будують епюру середніх одиничних, витрат α_сер, відкладаючи їхні значення від лінії рівня води на кожній вертикалі в тому ж масштабі, в якому відкладено величини а на епюрах швидкостей. Під кресленням виписують для кожної вертикалі: для швидкісних — обчислені значення α_сер, а для промірних - зняті з проведеної епюри.

Рис.11 Обчислення витрати завислих наносів

7. Будують епюру елементарних витрат, для чого відкладають від лінії рівня води на швидкісних вертикалях обчислені для них раніше значення елементарних витрат; а для промірних вертикалей обчислюють елементарну витрату множенням середньої одиничної витрати, знятої на даній вертикалі, на глибину даної вертикалі; значення r записують під кресленням.

8. Визначають витрату завислих наносів, яка чисельно дорівнює площі епюри елементарних витрат. Площу епюри визначають планіметром або палеткою. Обчислені значення витрати виражають в кг/с.

Після обчислення витрати наносів визначають середню каламутність води в річці за формулою:

,

де R— витрата завислих наносів, кг/с; Q—витрата води, м³/с; ρ виражається в

г/м³.

А н а л і т и ч н и й с п о с і б о б ч и с л е н н я витрати завислих наносів передбачає обчислення за формулами залежно від способу взяття проб води на каламутність. Коли беруть проби точковим способом, необхідно насамперед обчислити середні одиничні витрати завислих наносів для кожної швидкісної вертикалі. Для цього застосовують формули, аналогічні формулам для обчислення середньої швидкості течії на вертикалі.

При двоточковому способі взяття проб середню одиничну витрату на вертикалі обчислюють за формулою:

α_сер= 0,5 (α_0,2+ α_0,8).

При одноточковому способі взяття проб середню одиничну витрату на вертикалі обчислюють за формулою:

α_сер=α_0,6 ,

де α_0,6 - одинична витрата завислих наносів у точці на глибині 0,6h, яка дорівнює α_0,6=ρ_0,6·u_0,6.

Якщо вимірювання витрати завислих наносів провадилось у зарослому водяною рослинністю руслі або при льодовому покриві, а проби брались у точках 0,15; 0,50 і 0,85h, то середня одинична витрата наносів на вертикалі обчислюється за формулою:

α_сер= 0,33 (α_0,15+ α_0,50+ α_0,85 ).

а коли проби брались в одній точці (на 0,50h)—то за формулою

α_сер=α_0,5

де α_0,15 , α_0,50 , α_0,85 - одиничні витрати завислих наносів в точках 0,15, 0,50 та 0,85 робочої глибини, які дорівнюють α_0,15=ρ_0,15·u_0,15 ; α_0,50=ρ_0,50·u_0,50 ; α_0,85=ρ_0,85·u_0,85.

Аналітичним способом також можна обчислювати витрату завислих наносів, яка -була виміряна й детальним способом. але з меншою точністю, ніж графічним способом.

Після визначення середніх одиничних витрат на всіх вертикалях обчислюють загальну витрату за формулою

R=0,001 (K·α₁ω₀ + · ω₁ + … + · ω_n-1 + K·α_n·ω_n),

де α₁, α₂, ..., α_n-1, α_n - середні одиничні витрати завислих наносів на швидкісних вертикалях, г/(м²·с); К— береговий коефіцієнт, значення якого береться таким же, як і при обчисленні витрати води; ω₀ — площа живого перерізу між урізом води та першою швидкісною вертикаллю, м²; ω₁, ..., ω_n-1 — площі живого перерізу між швидкісними вертикалями; ω_n — площа живого перерізу між останньою швидкісною вертикаллю й урізом води.

При взятті проб води на каламутність сумарним або інтеграційним способом витрату наносів обчислюють за іншою формулою. В цих випадках проби води на кожній вертикалі відбивають середню каламутність на них. Для обчислення витрати наносів необхідно попередньо обчислити часткові витрати води між швидкісними вертикалями, а також між першою вертикаллю та берегом і останньою вертикаллю та протилежним берегом. Загальна витрата наносів визначається за формулою

R=0,001 (ρ₁Q₀ + · · Q₁ + … + · · Q_n-1 + ρ_nQ_n),

де ρ₁, ρ₂ і т. д.—середня каламутність на вертикалях, г/м³; Q - часткова витрата між берегом та першою швидкісною вертикаллю; Q₁, Q₂, ..., Q_n-1- часткові витрати води між швидкісними вертикалями; Q_n - часткова витрата води між останньою швидкісною вертикаллю та берегом, м³/с; тоді R буде в кг/с. Після визначення витрати наносів визначають середню каламутність в річці за формулою.

Якщо каламутність в річці менша за 50 г/м³ і проби води підбираються сумарним або інтеграційним способом, а потім зливаються в одну, то остання характеризуватиме середню каламутність усього потоку. У такому випадку витрату завислих наносів обчислюють за формулою

R=0,001ρ_cерQ

де ρ_cер — каламутність сумарної проби, тобто всього потоку, г/м³; Q— витрата води в річці, м³/с; тоді R — в кг/с.

Обчислення стоку завислих наносів. Обчислення провадять двома способами. Перший спосіб ґрунтується на використанні даних про каламутність щоденних одиничних проб води род і зв'язку між каламутністю одиничних проб та середньою каламутністю в річці, тобто ρ_cер=f (ρ_од). Другий спосіб ґрунтується на використанні залежності між витратами завислих наносів і витратами води, тобто на залежності R=f (Q).

Основним вважається перший спосіб, який дає змогу визначити стік наносів по відносно невеликій кількості виміряних витрат завислих наносів—10—15 витрат на рік. Застосування другого способу обмежено тим, шо для побудови надійної залежності R=f (Q) необхідна велика кількість вимірювань витрат наносів — 20 - 40 на рік, що буває тільки в перші роки заснування поста.

При обчисленні стоку першим основним способом використовують такі дані: каламутність одиничних проб води ρ_од, середню каламутність річки ρ_cер, каламутність контрольних одиничних проб води ρ_{од. Контр.} та витрати води.

Обчислення величини стоку ведеться в такій послідовності:

1. Будують хронологічний графік каламутності одиничних проб за даними каламутності щоденних проб води. Його будують разом з хронологічним графіком витрат води, тобто з гідрографом (рис. 12), і здійснюють спільний аналіз обох графіків.

Рис.12 Графік зв’язку cередньої каламутності річки і каламутності контрольних одиничних проб.

На графік каламутності наносять точки значень середньої каламутності річки (за даними вимірювань витрат наносів), які спільно аналізують, відкидаючи недоброякісні дані.

2. Будують графік зв'язку середньої каламутності річки ρ_cер і каламутності контрольних одиничних проб (рис.10). Звичайно така залежність має прямолінійний характер, і лінія зв'язку проходить через початок координат, а рівняння цієї прямої має вигляд ρ_cер=А·ρ_од .

Рис.12 Хронологічний графік каламутності одиничних проб і витрат води

За побудованим графіком можна за значеннями каламутності щоденних одиничних проб води визначити середню каламутність річки. Саме для цього й відбирались одиничні контрольні проби води в тих же точках й тими ж приладами, що й щоденні одиничні проби. Так визначають середню каламутність річки за кожен день в період між датами вимірювань витрат наносів. Для дальших обчислень визначають величину кутового коефіцієнта А із співвідношення координат для будь-якої точки на прямій

.

3. Обчислюють середню добову витрату завислих наносів за формулою

R_{сер.доб} =0,001Q·ρ_сер =0,001Q·A·ρ_{од. контр} ,

де Q - витрата води, м³/с; ρ_од, г/м³; R_{сер.доб,} кг/с.

4. Обчислюють середні декадні витрати завислих наносів за формулою

₁₀

R_{сер.дек} =0,1 ∑ R_{сер. Доб}·0,001. ¹

5. Обчислюють стік наносів. Для цього спочатку обчислюють значення стоку наносів по декадах, а потім підсумовуванням визначають величину річного стоку. Стік наносів за декаду визначають множенням середньої декадної витрати наносів на тривалість декади в секундах, тобто 864·10³. Такі обчислення виконують для кожної декади року, а потім одержані величини підсумовують, дістаючи річний стік завислих наносів в тоннах. Аналогічно визначають стік наносів за місяць, сезон, гідрологічну фазу тощо.

Обчислення стоку завислих наносів другим способом, тобто за графіком зв'язку витрат води з витратами завислих наносів, пропонується застосовувати для великих та середніх річок з весняною повінню та сталою меженню. Цей спосіб не може пропонуватися для обліку стоку наносів в нижніх б'єфах зарегульованих річок.

Для визначення величини стоку наносів за цим способом будується графік залежності між виміряними витратами води та виміряними одночасно з ними витратами завислих наносів. Така залежність криволінійна і має петлеподібний, вигляд, відбиваючи стік наносів відповідно до фаз стоку води.

Для обчислення стоку наносів з побудованого графіка знімають середньодобові витрати завислих наносів за значеннями середньодобових витрат води, суворо дотримуючись хронології. Потім середньодобові витрати наносів підсумовують по декадах і обчислюють середньодекадні витрати наносів.

Річний стік наносів підраховують шляхом підсумовування обчислених значень стоку наносів за всі декади року. Для обчислення стоку наносів за ряд років необхідно для кожного року мати графік зв'язку ρ_cер=f (ρ_од) або R=f (Q).