книги из ГПНТБ / Орлова, В. В. Гидрометрия учебник

Например, для точки 0,2h глубина опускания вертушки от поверх­

ности равна 1,89 ■0,2 = 0,38, а отсчет по штанге равен 1,89 — 0,38 = = 1,51.

2. Проверяем отсчеты по секундомеру. Например, для точки у поверхности общая продолжительность наблюдений при шести приемах составляет 139 с. Продолжительность первой половины периода измерения по трем приемам равна 69 с. Следовательно, по шести приемам должно было получиться 69- 2 = 138 с. Получи­ лось же 139 с, что допустимо.

3.Вычисляем сумму оборотов лопастного винта вертушки пу­ тем умножения числа оборотов за прием (графа 6) на число при­ емов. Например, для точки у поверхности // = 40- 6 = 240. Получен­ ное число записываем в графу 13.

4.Вычисляем число оборотов п лопастного винта вертушки

водну секунду путем деления суммы оборотов на время измерения

вточке. Например, для точки у поверхности п = 240 : 139=1,73 об/с.

Полученное число записываем в графу 14 с точностью до 0,01 обо­ рота.

5.По вычисленному числу оборотов в секунду в тарировочной таблице вертушки находим скорость течения, она равна 0,47 м/с. Полученное число записываем в графу 15 с точностью до 0,01 м/с.

6.Вычисляем значения средней скорости на вертикалях по фор­ муле (28):

■вср= 0 ,1 (0,47 + 3 ■0 ,45+ 3 • 0 ,3 5 + 2 • 0,30+0,21)=0,37 м/с.

Величину полученной скорости записываем в графу 16. Дальнейшее вычисление расхода воды производим в табл. 6.

Графы 1—4 заполняются во время промеров глубин. Графы 5—7 служат для вычисления площадей водного сечения между промер­ ными вертикалями. Суммируя эти площади, получим площади между скоростными вертикалями. Например, от уреза воды левого берега до скоростной вертикали № 1 имеем три площадки: сумми­ руя их, получим площадь водного сечения, равную 6,38 м2 (графа 8).

Для вычисления расхода воды служат графы 9— 13. В графу 10 выписываем значения средних скоростей из графы 16 табл. 5 и вы­ числяем их полусуммы для смежных вертикалей (графа 11). Для прибрежных участков средняя скорость принимается равной ско­ рости первой (последней) вертикали, умноженной на коэффициент 0,70. Например, средняя скорость между урезом левого берега и вертикалью № 1 будет 0,37-0,70 = 0,26 м/с. Затем, перемножая данные граф 11 и 12, получаем частичные расходы воды между скоростными вертикалями (графа 13). Например, частичный расход воды между урезом левого берега и вертикалью № 1 равен ДQ0=

169

аналитическим способом допускается прямолинейная интерполяция средней скорости между скоростными вертикалями. На самом же деле форма эпюры распределения средних скоростей по ширине реки криволинейная, так как средняя скорость на вертикали про­ порциональна глубине потока примерно в степени 2/з. Вследствие указанного обстоятельства расход воды, вычисленный по формуле (45), почти всегда оказывается несколько заниженным по сравне­ нию с расходом, вычисленным более точными способами — графи­ ческим, графо-аналитическим.

Для устранения этой неточности А. П. Браславский предложил аналитический способ, учитывающий кривизну эпюры средних ско­ ростей между смежными вертикалями. .Взяв за основу фор­

уклон и шероховатость русла между скоростными вертикалями по­ стоянны, Браславский получил для частичного расхода воды между скоростными вертикалями Q4аст следующее выражение:

где f — площадь живого сечения между скоростными вертикалями;

£>б — средняя скорость на вертикали, большая из значений средних скоростей двух смежных вертикалей; k — коэффициент, зависящий

от соотношения средних скоростей этих вертикалей п — (здесь

им — меньшее значение средней скорости из двух соседних верти­ калей) ; определяется по табл. 7.

Т а б л и ц а 7

Значения коэффициента k для вычисления расхода воды способом Браславского

Способ Браславского дает возможность при правильной (коры­ тообразной) форме русла и плавном изменении скоростей по ши­ рине реки сократить число вертикалей до трех—пяти без умень­ шения точности результатов.

170

При сокращении числа скоростных вертикалей одну из них следует назначить в стрежневой части потока, а остальные — в ме­ стах основных переломов эпюры распределения средних скоростей по ширине реки.

В табл. 8 приведен пример вычисления расхода воды аналити­ ческим способом Браславского с использованием данных из выше­ приведенного примера 1.

Та б л и ц а 8

Вычисление расхода воды способом Браславского

Г р а ф и ч е с к и й с п о с о б . Этот способ вычисления расхода воды по сравнению с другими способами является наиболее точ­ ным. Сущность способа заключается в том, что большая часть работы выполняется при помощи графических построений (рис. 85) и все виды площадей (эпюры скоростей по вертикалям, эпюра распределения элементарных расходов воды по ширине реки и пло­ щадь водного сечения) определяются планиметрированием.

Вычисление расхода воды заключается в выполнении следую­ щих работ.

1.Вычисляется расчетный уровень расхода и к нему приво­ дятся все измеренные глубины.

2.Вычисляются скорости течения в точках для каждой скоро­ стной вертикали.

3.Вычерчивается профиль водного сечения реки по глубинам, приведенным к расчетному уровню расхода.

4.Вычерчиваются эпюры распределения скоростей течения по вертикалям (годографы) в масштабе глубин, принятом для про­ филя водного сечения.

171

9. Планиметрированием профиля определяется площадь вод­ ного сечения.

10. Для изучения распределения скоростей течения в потоке в профиле водного сечения вычерчиваются линии равных скоро­ стей — изотахи.

В зависимости от величины наибольшей скорости изотахи про­ водятся через 0,05; 0,10; 0,20; 0,50 м/с с таким расчетом, чтобы их было не менее пяти и не более восьми. Для проведения изотах используются эпюры распределения скоростей по вертикали и над профилем водного сечения строятся эпюры распределения поверх­ ностных и донных скоростей по ширине реки. Значения поверхно­ стных и донных скоростей снимаются с эпюр скоростей на верти­ калях. Чтобы найти в профиле водного сечения положение точек,

Рис. 86. Схема к вычерчиванию изотах.

скорость в которых имеет целые значения, выбранные для изотах, поступают следующим образом. Эпюры распределения скоростей по вертикали и эпюры поверхностной и донной скоростей пересе­ каются линиями, отсекающими на оси скорости эпюр величины скорости течения, равные выбранным значениям изотах (рис. 86). Точки пересечения линий с эпюрой скоростей на вертикалях про­ ектируются на ось глубины, полученные значения переносятся на соответствующую вертикаль на профиле водного сечения. Точки пересечения линий с эпюрой поверхностных скоростей проектиру­ ются на линию поверхности воды, а с эпюрой донных скоростей — на линию дна. Соединив точки с одинаковыми значениями скоро­ стей плавными линиями, получим положение изотах на профиле водного сечения.

В ы ч и с л е н и е р а с х о д а в о д ы по и з о т а х а м . Расход воды по изотахам рекомендуется вычислять при наличии мертвых пространств, большого количества шуги и широкой поймы. Сущ­ ность способа заключается в следующем.

Если модель расхода (рис. 87) рассечь вертикальными плоско­ стями, не перпендикулярными (как в вышеизложенных способах),

174

а параллельными плоскости живого сечения и отстоящими одна от другой на расстоянии а, равном сечению изотах, то получим ряд пластин (1, 2, 3, ..., К) с криволинейными боковыми поверхно­

стями, объем которых можно определить по формуле усеченной призмы. Например, объем третьей (заштрихованной) пластинки равен

Объем концевого отсека К можно приближенно вычислить по

формуле

При равном сечении изотах формула (49) упрощается и имеет вид

Чтобы вычислить расход воды по изотахам, нужно выполнить следующие работы: 1) вычертить профиль водного сечения; 2) для каждой скоростной вертикали вычертить эпюру скоростей; 3) над профилем водного сечения построить эпюры распределения поверх­ ностных и донных скоростей по ширине реки; 4) в профиле живого сечения провести изотахи; 5) путем планиметрирования опреде­

хода воды вычерчивается профиль поперечного сечения и эпюры распределения скоростей течения по вертикалям. Затем для

175

каждой скоростной вертикали вычисляется средняя скорость по фор­ муле (36) и по полученным значениям строится эпюра распреде­ ления средних скоростей по ширине реки. Для каждой промерной вертикали, так же как и при графическом способе, вычисляется значение элементарного расхода воды q и по этим данным вычер­

чивается эпюра распределения элементарных расходов по ширине реки.

По значениям элементарных расходов воды вычисляются частич­ ные расходы для площадок, заключенных между промерными вер­ тикалями, и общий расход воды по формуле

21 1 9 bn- \ Jr 3 ЯпЬп. (51)

Внастоящее время вычисление расхода воды, измеренного спо­ собом «площадь — скорость» с использованием гидрометрической вертушки, может производиться электронно-вычислительными ма­ шинами (ЭВМ). Для этого все исходные данные, необходимые для вычисления, переносятся из полевых книжек на перфоленту. Для обеспечения необходимой компоновки полевого материала на пер­ фоленту и дальнейшего ввода ее в ЭВМ форма полевой книжки для записи измерения расхода воды основным способом (КГ-4) несколько видоизменена. Новая форма книжки (КГ-4М) содержит адресную систему информации и, кроме того, имеет следующие особенности: 1) все расчетные графы, которые были в старых книжках, исключены; 2) шифровка записи некоторых данных (на­ пример, дата измерения расхода воды, характер состояния поверх­ ности воды, тип вертушки и т. д.); 3) данные, которые переносятся на перфоленту, заключены в жирно очерченные скобки. Новая форма книжки заполняется в полевых условиях и затем резуль­ таты наблюдений переносятся на перфоленту, которая непосредст­ венно вводится в ЭВМ.

§55. Интеграционный способ измерения расходов водыиЯ \

При измерении расхода воды интеграционным способом выпол­ няются те же полевые работы, что и при точечном способе, кроме измерения скорости течения.

Рассмотрим два варианта интеграционного способа: 1) инте­ грация скорости по вертикали; 2) интеграция скорости по живому сечению.

С п о с о б и н т е г р а ц и и с к о р о с т и по в е р т и к а л и . Сущ­ ность способа, как указывалось выше, заключается в измерении средней скорости на вертикали. Одним из основных условий, обес­ печивающих необходимую точность, является сохранение постоян­ ной скорости перемещения вертушки по глубине. Государственным гидрологическим институтом разработана гидрометрическая инте­ грационная установка (ГР-101), предназначенная для измерения средней скорости по вертикали на реках с глубиной от 1 до 20 м при скорости течения от 0,15 до 2,5 м/с. С помощью установки

176

145 У с начальным напряжением 1,6 В, объединенных в три ба­ тареи.

Работа с установкой по измерению средней скорости на верти­ кали заключается в следующем.

1.Интегратор устанавливается вблизи лебедки и к нему под­ ключается блок питания.

2.Вертушка крепится на гидрометрическом грузе и ее изоли­ рованная клемма с помощью специального штекера подключается

кдонному контакту. К клемме донного контакта подключается также токоведущая жила троса лебедки.

3.Соединительным проводом соединяются клеммы «Вертушка» на интеграторе и выводы троса с токоведущей жилой на корпусе лебедки. При использовании троса без токоведущей жилы инте­ гратор с вертушкой и донным контактом соединяются обычным сигнальным проводом.

4.Гидрометрический груз выводится на скоростную вертикаль

ивертушка устанавливается так, чтобы ее ось совпала с поверх­ ностью воды. Показания счетчика глубин и числа оборотов при этом устанавливаются на нули.

5.В зависимости от заданной скорости перемещения вертушки переключатель метронома устанавливается в положение, опреде­ ляющее необходимый темп вращения рукоятки лебедки. В табл. 9 приведены значения скорости перемещения вертушки в зависимо­ сти от типа лебедки (установки) и скорости вращения рукоятки лебедки.

6. На интеграторе включается питание и переключатель ре­ жима работы устанавливается в положение «Скорость». Одновре­ менно включается секундомер и производится погружение вер­ тушки. При достижении грузом дна срабатывает донный контакт и автоматически останавливаются секундомер и счетчик оборотов. Показания счетчика оборотов и секундомера записываются в книжку измерения расхода воды.

Для исключения ошибки за счет неучета малых скоростей при­ донного слоя нужно после основного измерения дополнительно определить скорость точечным способом в придонной точке потока. Число оборотов и время, зарегистрированное при дополнительном

178

измерении, суммируются соответственно с оборотами и временем, полученными при основном измерении.

С п о с о б и н т е г р а ц и и по в с е м у ж и в о м у с е ч е н и ю . Чтобы гидрометрическая вертушка давала правильное значение средней скорости в живом сечении, необходимо, чтобы она прохо­ дила через равные элементы площади за равные промежутки вре­ мени. Для выполнения этого условия скорость движения рабочего судна вместе с вертушкой по ширине реки должна быть перемен­ ной и по величине обратно пропорциональной глубинам.

При перемещении вертушки по створу с равномерной ско­ ростью измеряется не средняя скорость расхода (по сечению реки), а средняя скорость по ширине реки, которая в большинстве слу­

сечению. Траектория движения вертушки при этом состоит из на­ клонных линий (рис. 89 а);

2) вариант В. В. Дементьева, предусматривающий равномер­ ное, с постоянной скоростью, перемещение вертушки между верти­ калями с остановками судна на вертикалях до момента соприкос­ новения груза с дном или до выхода вертушки на поверхность. Траектория движения вертушки в живом сечении при этом пред­ ставляет собой сочетание наклонных и вертикальных линий (рис. 89 6). При таком перемещении вертушки точность измерения повышается за счет устранения систематической ошибки в сторону

стрируется общее число сигналов вертушки и продолжительность измерения скорости. По вычисленному числу оборотов лопастного винта в одну секунду из тарировочной таблицы выписывается