Методи визначення витрат води. Режим витрат
Витрати води в будь-якому живому перерізі можна визначити за формулою
Q = vω
де v- середня швидкість течії в живому перерізі, визначена за формулою Шезі;
ω - площа живого перерізу, яка визначається промірами глибин русла по поперечному створу.
При вимірюванні швидкості гідрометричним млинком витрати можна обчислювати аналітично і графічно. Аналітично витрати обчислюють таким чином. За даними вимірювання знаходять середні швидкості на кожній промірній вертикалі, наприклад, якщо на вертикалі швидкості вимірювали в п'яти точках, то середня швидкість
де ип,ид,ио6 - швидкості на поверхні, біля дна і на відстані 0,6 глибини від поверхні відповідно. Далі обчислюють витрату за формулою приблизного інтегрування *
де v1...,vn - середні швидкості на вертикалях; ω0,...,ωn- площі інтервалів між промірними вертикалями; к - коефіцієнт, який залежить від характеру берега.
При вимірюванні швидкості поплавками порядок обчислення витрат такий. Усі поплавки розбивають на групи за положенням їх у створі по ширині річки. Площу живого перерізу ділять на інтервали відповідно до кількості груп поплавків.
Межі інтервалів проводять через центри ваги груп поплавків. Середню поверхневу швидкість для кожної групи поплавків обчислюють через середню тривалість ходу даної групи.
Обчислені для кожної групи значення швидкості розглядають, як середні швидкості на швидкісних вертикалях. Використовуючи попередню формулу, знаходять фіктивну витрату Qф. Витрату вважають фіктивною тому, що при її начисленні замість середніх швидкостей використовувались поверхневі швидкості на вертикалях, які більші за середні.
Щоб перейти від фіктивної витрати до дійсної, треба ввести поправковий коефіцієнт К: Q = QфK. Величину К для великих річок приймають у межах 0,84...0,87 або обчислюють за формулою
де С коефіцієнт Шезі.
Вимірювання швидкостей для визначення витрат води - досить складна і дорога операція, тому її проводять не щодня. Щоб одержати величини витрат за і кожний день без щоденних вимірювань, користуються кривою витрат, яка виражає залежність витрат від рівнів. Зв'язок між витратами і рівнями встановлюється за іншими багаторічних спостережень і може мати різний вид. Якщо в стійкому руслі при всіх рівнях рух рівномірний, то цей зв'язок однозначний. Проходження паводкової хвилі призводить до утворення на кривій витрат паводкової петлі. Разом із кривою витрат будують криві залежності живих перерізів і швидкостей течії від рівнів.
Рис.8. Криві зв'язку витрат і рівнів води в річці: а - однозначна; б - з паводковою петлею
точки вимірювань: 1 - на підйомі, 2 - на спаді паводка; моменти максимумів: З - витрати, 4 - рівня води
Користуючись кривою витрат (рис. 8) і таблицею щоденних рівнів води, можна одержати величину витрат води за кожен день. За величинами щоденних витрат можна обчислити середні, найбільші і найменші витрати за місяць, рік або ряд років. Середні, найбільші і найменші витрати за рік або ряд років називають характерними витратами. За даними щоденних витрат будують хронологічний графік коливання витрат, який називають гідрографом. При значній тривалості спостережень можна побудувати типовий гідрограф. Методика побудови типового гідрографа (рис. 7) нічим не відрізняється від побудови типового графіка коливань рівнів води.
Рис. 7 Типовий гідрограф річки із східноєвропейським типом водного режиму:1 - зимовий межень; 2 - весняна повінь; 3 - літня межень; 4 - літньо-осіння повінь