Раздел 2. Гидрология лабораторная работа № 3

«Определение расхода воды по площади живого сечения и продольному уклону водной поверхности при различных уровнях воды с построением кривой расходов Q = f (H) непосредственными измерениями»

Теоретическое обоснование

Расходы жидкости определяются различными способами, в основном зависящими от вида движения жидкости (напорное или безнапорное) и величины расхода. Самые точные способы - весовой и объёмный способы, однако они применимы только для определения малых расходов жидкости. В условиях речных потоков чаще всего применяется способ, основанный на измерении местных скоростей и глубин, по которым подсчитывается расход, так называемый метод «скорость – площадь» (рис. 2.3.1).

Рис. 2.3.1

При использовании метода «скорость-площадь» река по ширине разбивается на участки, так называемыми промерными вертикалями. На каждом участке измеряют площади водного сечения и средние скорости течения потока и в последующем определяют расход воды в реке с использованием зависимости:

Q = ω_(i-1) V_ср(i-1) + ω_i V_срi + ω_(i+1) V_ср(i+1) + …;

где Q – расход воды в заданном створе реки, м³/с; ω_i – площадь водного сечения (живого сечения) между промеренными вертикалями глубины, м²; V_срi – средняя скорость течения воды в данном отсеке между промерными вертикалями, м/с.

Цель работы

1. Определить расход воды при помощи расходомера (мерного сосуда).

2. Определить расход воды на основании данных непосредственных измерений.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется с использованием лабораторной установки «Гидравлический лоток» (Рис. 1.3).

Определение расхода воды при помощи расходомера

Измерения производятся с использованием расходомера (мерного сосуда), смонтированного на лабораторной установке. Обычно проводят 5 измерений. Регулировочный кран открывается на разную величину так, чтобы глубина воды в лотке h равнялась примерно: 2; 3; 4; 5; 6 см. Последний замер следует сделать при максимально возможном открытии крана.

Результаты измерений заносятся в табл. 2.3.1.

Таблица 2.3.1

Измеренные расходы воды

№№ измерений	Расход воды, м3/с
1	2
1	Qр =
2	Qр =
3	Qр =
4	Qр =
5	Qр =

Определение скорости течения и расхода воды непосредственными измерениями

Измерения производятся с использованием мерных линеек, нанесенных на стенки гидравлического лотка. Результаты измерений заносятся в табл. 2.3.2 и выполняются необходимые вычисления.

Таблица 2.3.2

Гидравлические элементы потока

№№ измерений	Глубина, H, м	Ширина В, м	Площадь живого сечения, ω = B. H, м2	Смоченный периметр χ=B + 2 H, м	Гидравлический радиус R = ω / χ, м	Продоль ный уклон, I	Коэф фициент Шези, С=1/nR1/6 (Прило жение 1)
1	2	3	4	5	6	7	8
1
2
3
4
5

На основании данных измерений, вычисляют скорость течения и расход воды при каждом опыте, которые заносятся в таблицу 2.3.3 и в итоговую таблицу 2.3.4.

Таблица 2.3.3

Расчетные значения скорости течения и расхода воды

№№ измерений	Средняя скорость течения потока, , м/с	Расход воды Qоп = ω . Vср, м3/с	Переходный коэффициент,	Максимальная поверхностная скорость течения потока, , м/с
1	2	3	4	5
1
2
3
4
5

Таблица 2.3.4

Результаты расчета

№№ измерений	Глубина, H, м	Средняя скорость течения потока, Vср, м/с	Максимальная поверхностная скорость течения потока, Vмакс, м/с	Расход воды, определенный по данным измерений, Qоп, м3/с	Расход воды, определенный по расходомеру, Qр, м3/с
1
2
3
4
5

На основании данных измерений и расчетов строят кривую расходов Q=f(H) и графиков V=V(H). Построение графиков производится на формализованном бланке, приведенном на рис. 2.3.2.

Z (H)

Q

Vср

Vмакс

Рис. 2.3.2. Кривая расходов воды Q=f(H) и графики V=V(H)