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

взвешенных наносов

Расходы взвешенных наносов измеряют обычно одновременно с расходами воды. При этом в определенных точках берут пробы на мутность. Применяют три способа отбора проб: детальный, суммарный и интеграционный.

При д е т а л ь н о м способе пробы берут во всех точках изме­ рения скоростей. Пятиточечнын способ необходим в первые 2— 3 года гидрометрических работ в створе. В дальнейшем переходят

образом, мутность определяют суммарно для всей вертикали. При мутности меньше 2 0 г/м3 пробы со всех точек поперечного сечения сливают в одну бутыль объемом не менее 1 0 л и определяют сум­ марную мутность для всего створа.

И н т е г р а ц и о н н ы й способ применяют при резких колеба­ ниях уровня воды в реке, когда нужно очень быстро сделать изме­ рения. Пробы берут батометром длительного наполнения суммар­ но, опуская его по вертикали — от поверхности ко дну и обратно. Объем пробы зависит от мутности воды в реке и составляет:

Каждую пробу снабжают этикеткой со следующими надписями: дата, название реки, створ, номер расхода, вертикаль, глубина на вертикали, объем пробы.

При суммарном методе приблизительно через две недели после заполнения бутыли сливают осветленную воду и, записав объем слитой воды, переливают остаток пробы в меньшую бутыль, взбол­ тав заранее и хорошо перемешав с водой осевшие наносы.

На гидростворах дополнительно к расходам берут ежедневно контрольную пробу в одной постоянной точке поперечного сечения. В ней берут пробу и при измерении расхода взвешенных наносов. Во время паводка в этой точке ежедневно берут две пробы. При малых расходах воды и небольшой мутности ежедневные пробы за каждую пятидневку сливают в одну бутыль.

Фильтрование проб и определение мутности. Для фильтрования применяют беззольные фильтры. Фильтр предварительно высуши­

252

вают и взвешивают на аналитических весах. Затем его вставляют в воронку с углом раструба в 60°. Перед фильтрованием фильтр ополаскивают чистой водой. Бутыль с пробой устанавливают в ста­ ночке так, чтобы горлышко было погружено в воду, заполняющую воронку с фильтром. Фильтр с осевшими в нем наносами высуши­ вается при температуре 105 °С, после чего его взвешивают на ана­ литических весах. Полученная величина за вычетом веса фильтра дает вес наносов. Разделив вес наносов на объем пробы, получают относительную мутность.

Вычисление расходов взвешенных наносов проводят графиче­ ским или аналитическим методами.

Г р а ф и ч е с к и й метод применяют при детальном способе из­ мерения расхода взвешенных наносов. Прежде всего необходимо анализировать данные определения мутности. Для этого вычер­ чивают эпюры распределения мутности р по глубине. Точки, не согласующиеся с общимхарактером распределения мутности на вертикали, выбраковываются. Значение р в этих точках снимают с эпюры. На рис. 138 пунктиром показано распределение мутности на вертикалях.

Расход наносов представляет собой произведение расхода воды на мутность. Поэтому элементарный расход наносов на вертикали

аср можно получить путем деления площади эпюр распределения а по вертикали на значение /г. Расход же взвешенных наносов г кг/с, так же как и расход воды, может быть вычислен как площадь эпюры Гэл по ширине русла. Средняя мутность реки (в г/м3)

Последовательность этих расчетов изложена в упражнении 34. А н а л и т и ч е с к и й метод применяют для вычисления расхо­

дов взвешенных наносов, измеренных двухточечным, одноточеч­ ным, суммарным и интеграционным способами.

253

При двухточечном способе средние единичные расходы взве­ шенных наносов определяют по формуле

а при одноточечном способе аср= ао,бнг/(м2 -с). Если пробы берут

то мутность этой пробы принимают как среднюю для всего створа. При средней мутности р г/м3 и расходе воды Q м3/с расход нано­ сов (в кг/с) составляет

Построение кривой r = f(Q). Если во все фазы режима реки (подъем и спад весеннего половодья, летние паводки, летняя и зимняя межень) расходы взвешенных наносов измеряют достаточ­ но часто, то строят кривую связи расходов наносов и расходов воды r=f(Q). Для этого на оси ординат откладывают расходы воды, а на оси абсцисс расходы наносов. Обычно кривая имеет довольно сложные очертания — петлеобразное или в виде двух кривых (рис. 136). По ведомости средних суточных расходов воды,

254

пользуясь кривой r=f(Q), определяют средние суточные расходы взвешенных наносов. Дальше подсчет стока наносов выполняют так же, как и стока воды. Сток наносов исчисляют в тоннах.

Вычисление стока взвешенных наносов с использованием еже­ дневных единичных проб. Прежде всего необходимо установить соответствие между единичными пробами и истинными расходами взвешенных наносов. Для этого, строят график связи между кон­ трольной и средней мутностью, полученной при измерении расхода взвешенных наносов. На оси ординат откладывают мутность кон­ трольной единичной пробы ред, а на оси абсцисс — среднюю мут­ ность измеренного расхода рср. Обыч­ но этотграфик изображается прямой линией, проходящей через начало ко­ ординат, реже с небольшой кривиз­ ной в нижней части. Уравнение пря­ мой, проходящей через начало коор­ динат, имеет вид

где S г — сумма средних суточных секундных расходов за расчет­ ный период в кг/с.

71. Измерение и вычисление расходов и стока донных наносов

Измерение расходов донных наносов проводят одновременно с измерением расходов воды и взвешенных наносов. Батометр устанавливают на каждой скоростной вертикали. Так как донные наносы передвигаются скачкообразно, а количество передвигаю­ щихся наносов непрерывно меняется, то для получения устойчивой

255

средней величины измерения повторяют по 3—5 раз на вертикали. Продолжительность выдержки батометра в точке зависит от ин­ тенсивности движения наносов. Поэтому при каждом приеме ме­ няется продолжительность выдержки батометра, начиная с 1 0 — 20 с. Если движение донных наносов на вертикали ие обнаружено (батометр остался пустым), то для установления границ движения наносов в створе назначают дополнительные вертикали.

После извлечения батометра наносы вытряхивают в ванночку, а оттуда в мерный цилиндр, в котором определяют нх объем (см3).

3 3

Затем пробы просушивают, упаковывают и отправляют в лабора­

определяют расход наносов в 1 с на 1 м ширины русла, или эле­ ментарный расход. Если вес наносов, взятых в течение t (секунды)

где Agcp — средние элементарные расходы между соседними вер­ тикалями; b —- расстояния между ними в метрах.

256

Вычисление стока донных наносов. Сток донных наносов опре­ деляют с помощью кривой связи между g и Q (рис. 137). На оси абсцисс наносят расходы воды Q, на оси ординат — расходы дон­ ных наносов g. По полученным точкам, ложащимся на чертеже обычно .неширокой полосой, строят осредценную кривую (рис. 137, кривая 3), чаще всего отдельно для разных фаз режима реки. Пользуясь кривыми g = f(Q) (рис. 137, кривые 7, 2), по средним суточным расходам воды определяют средние суточные расходы донных наносов, по которым подсчитывают сток наносов.

72.Механический состав наносов

Взависимости от механического состава, или диаметра частиц, принята классификация грунтов, приведенная в табл. 71.

Т а б л и ц а 71

Название грунтов в зависимости от диаметра частиц

В опросы д л я самопроверки

1. Какие вы знаете приборы для отбора проб взвешенных и донных наносов?

2.Какие бывают способы отбора проб на мутность при измерении расхода взвешенных наносов?

3.Как вычисляют расход взвешенных наносов?

4.Для какой цели служат единичные пробы на мутность?

5.Как измеряют и вычисляют расход донных наносов?

Лабораторно-практические занятия

Упражнение 34. Вычислить расход взвешенных наносов, изме­ ренный детальным способом.

Да но : материалы полевых измерений расхода воды и лабора­

1. По данным 1 —3 граф табл. 72 строим профиль водного се­ чения (см. рис. 138), а по данным граф 3— 6 эпюры скоростей. Определим в отдельных точках скоростных вертикалей мутность р

257

Т а б л и ц а 72

Материалы полевых измерений расхода воды гидрометрической вертушкой и лабораторных определений мутности

Рис. 138. Вычисление расходов воды и взвешенных наносов графическим способом.

2. Определяем площади эпюр единичных расходов наносов и вычисляем средние единичные расходы аср г/'(м2 -с) на вертикалях. Результаты этих вычислений приведены в табл. 73.

3. Строим эпюру средних единичных расходов наносов по ши­ рине реки. Для этого значения средних единичных расходов нано­ сов на вертикалях откладываем от уровня воды на профиле вод­ ного сечения [в данном примере в 1 см — 0 , 2 г/(м2 -с)].

4.Снимаем с построенной эпюры аср средние единичные рас­ ходы наносов для каждой промерной вертикали и результаты запи­ сываем под профилем (строка 6 ).

5.Вычисляем элементарные расходы наносов (строка 7) и

строим эпюру гэл по ширине реки [масштаб — в 1 см — 50г/(м-с)]. 6 . Вычислив площадь эпюры элементарных расходов наносов ло ширине реки, получаем расход взвешенных наносов г= 1 , 2 1 кг/с. 7. Вычисляем суммарный суточный сток взвешенных наносов

1,21 -86 400 - 104 т.

1000

8 . Вычисляем расход воды Q, измеренный одновременно с рас­ ходом взвешенных наносов. В результате вычислений получен рас­

Сводные данные всех расчетов приведены на рис. 138. Упражнение 35. Вычислить расход взвешенных наносов р. Сак-

260

ческим способом. В табл. 74 в графе 3 приведены средние мутности между двумя соседними вертикалями. В графе 4 приведены ча­ стичные расходы воды между соседними вертикалями, заимство­

= 0,374 кг/м3) на частичный расход воды между урезом и вер­ тикалью (3,3 м3/с), получаем частичный расход взвешенных нано­

ТЕМА 20. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ГИДРО­ МЕТРИЯ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ И ОСУШИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

73. Задачи эксплуатационной гидрометрии

Задачи эксплуатационной гидрометрии—-выполнение гидро­ метрических работ на гидромелиоративных системах с целью изу­ чения режима источника и водоприемника, учета и распределения

261