Глава 3. Определение гидрометерологических характеристик рек

3.1. Измерение расхода лагранжевым (поплавковым) методом

Измерение расхода воды поверхностными поплавками не требует никаких специальных приборов. В качестве поплавков на небольших реках чаще всего применяют кружки, отпиленные от бревна. Основной недостаток измерения расхода воды поверхностными поплавками заключается в том, что этот метод не дает возможности определить скорости течения реки на различных глубинах потока. Так как поверхностная скорость значительно больше средней скорости на вертикали, то в результате измерения поверхностными поплавками получают завышенный, так называемый фиктивный расход. Для перехода к действительному расходу фиктивный расход должен быть умножен на переходный коэффициент (меньше единицы), который приближенно вычисляют по эмпирическим формулам. При наличии параллельных измерений расхода поплавками и вертушкой переходный коэффициент (К) определяют из отношения действительного расхода поправка (Q дейст.) к фиктивному (Q фикт.). Другим недостатком метода измерения расхода поверхностными поплавками является его зависимость от погоды и сезона, так как измерение поплавками можно проводить только в безветренную погоду и при отсутствии ледяного покрова.

Требования к участку реки, на котором производится измерение расхода воды поплавками те же, что и при измерении расхода воды вертушкой, причем условие прямолинейности берегов и параллельности струй течения здесь еще более важно. Кроме того, необходимо, чтобы весь участок реки хорошо просматривался с берега. Работы проводят в строгой последовательности.

1. Проложение магистрали, перпендикулярно которой каким-либо угломерным инструментом (теодолитом, гониометром, экером, буссолью Стефана и др.) разбивают три поперечных створа с одинаковым расстоянием. Между верхним и нижним створами расстояние должно быть таким, чтобы продолжительность хода поплавков между ними была не меньше 20 с. В каждом створе выставляют по две вешки. Затем измеряют уровень воды на водомерном посту и по среднему створу натягивают размеченный трос (шнур), и производят промеры. Нулевое деление троса должно быть совмещено с постоянным началом, за которое можно принять магистраль.

2. Поплавки пускают по одному выше верхнего створа. В момент прохождения поплавка через верхний створ включают секундомер, а при прохождении через нижний створ его останавливают. При пересечении поплавком среднего створа по размеченному тросу определяют расстояние от поплавка до постоянного начала. Поплавки нужно пускать с таким расчетом, чтобы примерно через одно место на среднем створе проходило 2-3 поплавка, и таких групп должно быть совмещено 5-8; распределение групп поплавков по ширине реки должно быть равномерным. В журнале для записи измерений отмечают гидрометеорологические условия во время работы.

Камеральная обработка также состоит из определенных этапов.

1. Построение эпюры распределения продолжительности хода поплавков по ширине реки. Для этого на клетчатке в книжке для записи измерений наносят точки поплавков; по оси абсцисс откладывают расстояния от постоянного начала до места пересечения поплавком среднего створа, по оси ординат - продолжительность хода поплавка. Далее глазомерно соединяют плавной линией. Отдельные точки, резко отклоняющиеся от эпюры, бракуют и в расчет не принимают.

2. Намечают скоростные вертикали в перегибах эпюры, а при отсутствии таковых - через равные расстояния, но обязательно совмещенные с промерными вертикалями. Число скоростных вертикалей обычно 4-6. Для каждой вертикали с эпюры снимают продолжительность хода поплавка. Далее вычисляют скорость течения для вертикали как частное от деления расстояния между верхним и нижним створами на продолжительность хода; а затем определяют сначала полусуммы скоростей хода, следом - полусуммы скоростей смежных вертикалей;

3. По данным промеров вычисляют площадь сечения между скоростями вертикалями. Умножая эту площадь сечения на среднюю скорость течения между вертикалями (или берегом и ближайшей вертикалью), получают частичные фиктивные расходы, а суммируя их - полный фиктивный расход;

4. Действительный расход воды получают путем умножения фиктивного расхода на переходный коэффициент.

На практике по гидрологии студентами первого курса географического факультета филиала МГУ в городе Севастополе были проведены замеры скорости течения и расхода воды на канале реки Альма.

Для измерений поплавковым методом мы использовали небольшие шишки. Нами был использован участок канала реки Альма длиной 40 м. В ходе практических измерений были получены следующие измерения и данные:

Глубина = 0,21

Ширина = 2,02

Скорость оборотов за 20 = 14,2

Поплавки запустили равномерно по всей ширине реки выше створа по

течению, скорость которого составляла около 0,34 м/c .В момент пересечения попоплавками створа по сигналу наблюдателя на мензуле делают засечки. Мензулу нужно расположить так, чтобы в зоне видимости створа наименьшие углы засечек не превышали 30 градусов. Время хода поплавков определяется по секундомеру. В итоге наших замеров и камеральных расчетов мы получили :

Средний расход воды = 0,144 м³/c

Вследствие громозскости и большого количества вычислений все результаты по каждому поплавку были усреднены.

Площадь сечения была вычислена в процессе камеральных работ. Русло канала Альмы имеет форму трапеции, поэтому зная ширину и глубину можно легко вычислить площадь сечения. Итак, как описано выше, глубина равна 0,21 м, а ширина 2,02. Следовательно, по формуле площади трапеции (площадь трапеции равна полупроизведению высоты на основание, а в нашем случае ширину на глубину) получаем, что площадь сечения равна 0,2121 квадратным метрам.

(Зайков Б.Д. Очерки гидрологических исследований в России)

(Литвиненко Р. А.)