книги из ГПНТБ / Кузник, И. А. Гидрология и гидрометрия учебник для сельскохозяйственных техникумов по специальности гидромелиорация

метром. Результаты планиметрирования и значения средних ско­ ростей ив на вертикалях приведены в табл. 6 6 .

При сравнении средних скоростей, вычисленных графически и аналитически (табл. 63), видим, что они полностью совпадают. Максимальная разница (на вертикали № 4) составляет 0,01 м/с,

0,01 • 100

пли 0,63 1 ,6 %.

Полученные значения vB отложены вверх от уровня воды на профиле водного сечения. Соединив концы ординат плавной кри­ вой (линия 1 на рис. 1 2 2 ), получим эпюру распределения средних скоростей по ширине реки. С этой эпюры сняты значения средних скоростей для всех промерных вертикалей (пятая строка под про­ филем). Умножив скорости ив на глубины h промерных вертика­ лей, вычисляем элементарные расходы q. Эти величины записаны в шестую строку профиля и по ним построена эпюра элементарных расходов (линия 2 на рис. 1 2 2 ).

В результате планиметрирования площади эпюры q получен расход Q = 104 м3/с.

Площадь водного (живого) сечения также определена плани­ метрированием и равна 204 м2. Результаты подсчетов приведены в таблице с левой стороны рис. 1 2 2 .

232

ТЕМА 17. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ВОДЫ БЕЗ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ

В зависимости от местных условий применяют следующие ме­ тоды определения расходов воды без измерения скоростей: гидрав­ лический, смешения и объемный.

61. Гидравлический метод определения расходов воды в свободном русле

Расходы воды в свободном открытом русле вычисляют по фор­ муле Q = сои, где скорость v рассчитывают по формуле Шези (без измерений). Этот метод применим для определения максимальных расходов воды, если по уровням, устанавливаемым по следам па­ водка на берегу или опросу старожилов, можно определить отмет-

Вертикаль №3

О

0,10

ОМ

1,31

1,76

2.10

220

км

воды графическим способом.

скоростных вертикалях; 1 — эпюра распределения средних скоростей по ширине расходов воды; 3 — линия дна.

233

ку уровня высоких вод. При этом нивелируется водное сечение и уклон водотока. На больших расстояниях уклоны (в особенности при больших падениях уровня) устанавливают по меткам УВВ. Если метки УВВ сохранились лишь на коротком участке русла, то уклон нивелируют по дну, так как при высоких уровнях уклоны свободной поверхности воды и дна русла близки между собой. Коэффициент шероховатости подбирают по таблице М. Ф. Сриб-

ного, а затем рассчитывают скорость потока v = C^RI.

Этот метод чаще всего применяется в необжитых, малонаселен­ ных и не изученных в гидрологическом отношении районах. Надо очень тщательно выполнять все работы. Следы паводка опреде­ ляют в нескольких местах и там же нивелируют несколько профи­ лей, по каждому из которых рассчитывают расход воды. Прове­ ряют и данные опроса старожилов.

234

Коэффициент а принимают в зависимости от формы передней грани быка: 0 , 2 — для прямоугольной грани; 0 ,1 1 — для полуцир­ кульной и заостренной грани, 0,06 — для криволинейно заострен­ ной.

2. Расход воды через щитовые отверстия определяют по фо муле

свободном истечении, исправленный на скорость подхода. В слу­ чае .затопленного отверстия напор равен разности отметок верх­ него и нижнего бьефов.

63. Измерение расхода воды методом смешения

Измерение расходов воды методом смешения заключается в следующем. Разбивают два створа: пусковой и ниже по течению измерительный. В пусковом створе вводят раствор вещества или индикатора: в каждую секунду в реку поступает расход раствора Qp л/с. Допустим, концентрация раствора, т. е. количество веще­ ства пли индикатора в единице объема — Ср. Всего в реку посту­ пает CpQp индикатора (соли, изотопов и т. д.) за 1 с. Расход потока равен Q. До пуска измерительного вещества концентрация его в реке была С (расход индикатора был CQ), а после пуска CQ Д- CpQp. В измерительном створе расход воды будет Q Д- Qp. После хорошего перемешивания вновь измеряется концентрация раствора в реке. Пусть средняя концентрация воды в измеритель­ ном створе оказалась Со. Следовательно, расход индикатора здесь составляет Co(Q-|-Qp)- Естественно, что

CpQp Д- CQ = С0 (Q Д- Qp).

Отсюда

23S

Если поток в естественном состоянии не содержит индикатора или его ничтожно мало, тогда С = 0. Если расход раствора со­ ставляет малую величину по сравнению.с расходом потока (мень­ ше 2%), то и величиной Qp в правой части формулы (146) можно пренебречь и CPQP = C0Q. Отсюда

т. е. для измерения расхода воды в водотоке достаточно измерить концентрацию раствора Ср и среднюю концентрацию его Со в из­ мерительном створе.

Рис. 124. Измеритель расхода воды ИРВ-52.

Применяют следующие способы смешения: химический, коло­ риметрический, тепловой и радиоактивный. При химическом спо­ собе в поток вводится раствор соли, при колориметрическом — красящее вещество, при тепловом — вода с высокой температурой, при радиоактивном — радиоактивные изотопы.

В практике для измерения расходов воды до 5 м3/с чаще всего применяется химический способ, сущность которого состоит в том, что с повышением концентрации раствора увеличивается электро­ проводность. Для измерения концентрации раствора и воды слу­ жит прибор ИРВ-52 (рис. 124). Он состоит из электроизмеритель­ ного мостика, двух 20-литровых баков и пипетки. Мерные баки служат для измерения объема выливаемого в поток раствора. Они снабжены мерными иглами для отсчета уровня. На 1 м3/с расхода потока в пусковом створе должен быть вылит раствор, содержа­

236

скую глубину на пороге водослива: А1ф =4 13,3— 10,5 = 2,8 и 2) глу­ бину подтопления порога h„ = 12,0— 10,5=1,5 м. Так как /гкр> > /г п (2,8>1,5), то истечение через водослив незатопленное.

238

Подставляя в формулу (143) значения расчетных величин, нахо­ дим расход воды

Q = 0,97■ 5,6• 3,0]Л2-9,81 -(3,5 - 3,0) = 51,0 м3 с.

Упражнение 32. Рассчитать максимальный расход суходола. Да но : поперечный профиль оврага (рис. 125), полученный пу­

тем нивелирования при полевом обследовании, и отметка уровня высоких вод 114,97 м, установленная путем опроса старожилов. Продольный уклон дна, заннвелированный на 500 м вверх и 500 м

оврага b = 37,9 — 7,5 = 30,4 м.

Скорость v вычисляем по формуле (28). Для широкого и не-

С определяем по формуле Павловского.

При 1< Д -< 3,0, j / =l , 3 Ум. Коэффициент шероховатости п =

По формуле (28) v = 26,5 У 1,24 • 0,0036 = 1,77 м/с. Максимальный расход Qmax = 1,77 • 37,8 = 66,9 м3/с.

ТЕМА 18. СВЯЗЬ МЕЖДУ РАСХОДАМИ И УРОВНЯМИ ВОДЫ

65. Кривые зависимости между расходами и уровнями воды

Кривая расходов. Наблюдения на водомерных постах за уров­ нями ведутся ежедневно, а при значительных колебаниях уровня — несколько раз в сутки. Измерение же расхода воды очень сложно, поэтому его выполняют более редко, через определенные интерва­ лы колебаний уровней (на подъеме и спаде). Расходы и уровни тесно связаны. Обычно при увеличении расхода уровень повыша­ ется, и наоборот, при уменьшении расхода уровень понижается. Поэтому на основании выполненных измерений можно построить кривую зависимости между расходами и уровнями, которая сокра­ щенно называется кривой расходов. Аналитически кривая выра­ жается уравнением Q = f{H).

Построение кривой Q = f (Н) для открытого русла. Измерен­ ные расходы воды и гидравлические элементы водотока (площади живых сечений, средние скорости, уклоны) заносят в ведомость «Измеренные расходы воды» (см. упражнение 33). Перед тем как

239

приступить к построению кривой расходов, необходимо проанали­ зировать исходные материалы. Опорными являются расходы, изме­ ренные вертушкой пятиточечным способом. Менее достоверны расходы, измеренные сокращенным способом и поплавками. При

может отразиться на величине измеренного расхода воды. Кривую расходов строят следующим образом. На листе милли­

метровой бумаги формата 203X288; 288X407 пли 407X576 по оси ординат откладывают вычисленные отметки рабочих уровней

Рис. 126. Кривые расходов, площадей живого сечения

искоростей в зависимости от уровней.

О— расходы, измеренные в открытом русле: А — расходы, из­

меренные под ледяным покровом.

за время измерения каждого расхода. Уровни принимают обычно над нулем графика. По оси абсцисс откладывают измеренные при соответствующих уровнях расходы воды. Масштабы уровнен и расходов выбирают так, чтобы угол наклона кривой к осям коор­ динат не был слишком острым (около 40 — 45°). В точке пересе­ чения координат вычерчивают кружок, возле которого выписыва­ ют номер расхода. Обычно точки расходов образуют неширокую полосу (рис. 126). Ширина полосы определяет рассеяние или раз­ брос точек из-за допущенных ошибок измерения (2 — 5% величины расхода) или из-за колебания гидравлических элементов водото­ ка (уклонов, шероховатости русла и т. д.). Все нанесенные точки разбивают по отдельным интервалам на группы. В каждой группе точек по среднеарифметическому из уровней и расходов опреде­ ляют центр тяжести. Центры тяжести всех групп соединяют плав­ ной кривой.

240

На этот же лист бумаги наносят и кривые площадей живых се­ чений со = /1 (Я) и средних скоростей v = f 2 (Я). Кривые вычерчи­ вают с некоторым смещением нуля по оси абцпсс. Так как Q = = сои, то для проверки вычерченных кривых надо снять с чертежа соответствующие значения Q, со и v и сопоставить Q с произведе­ нием сон. Однако уклоны на подъеме паводка обычно бывают боль­ ше, чем на спаде. Поэтому скорости течения и расходы воды при

отношение зимнего расхода к летнему k = -%- . Для этого необхо-

димо построить хронологический график изменения k за зимний период. С этой целью учащают измерения зимних расходов и для каждого из них вычисляют значение /г. Значение k изменяется от единицы при открытом русле до нуля, когда река промерзает до дна. Полученные значения k наносят на график (рис. 127), где ось абсцисс соответствует времени с начала появления заберегов до полного очищения реки ото льда, а ось ординат — значениям &.

Вычисление расходов для зарастающего русла. Методика вы­ числения очень сходна с изложенной для зимнего периода. Зара­ стание начинается после спада весеннего половодья, усиливается во время вегетации, а с понижением температур и появлением льда прекращается. Растительность уменьшает площадь живого сече­ ния и увеличивает шероховатость русла, вследствие чего умень­ шаются расходы по сравнению с измеренными в чистом русле.

Для определения расходов воды в зарастающем русле вычер­ чивают хронологический график изменения переходных коэффи­

циентов k = - Q-- , где индексами «зар» и «св» обозначено зарос­

241