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

ветви подъема от кривой установившегося режима тем больше, чем интенсивнее подъем уровня.

5. Каждому паводку или отдельным волнам паводка нередко соответствует самостоятельная кривая расходов.

После построения и анализа кривой Q=f ( H) устанавливается

период действия каждой ветви кривой, и ежедневные расходы воды вычисляются аналогично однозначной зависимости Q= / ( # ) , с той лишь разницей, что таблица координат составляется отдельно для подъема, спада уровней и периода межени.

При анализе петлеобразной кривой расходов необходимо иметь в виду, что если подъем половодья происходит еще при ледоставе

' Нем

Рис. 141. Кривая расходов воды при подъеме и спаде уровнен.

1 — подъем, 2 — спад, 3 — установившийся режим.

или густом ледоходе, то вследствие дополнительных гидравличе­ ских сопротивлений ветвь подъема может оказаться левее ветви спада, освещенной измерениями уже при свободной водной поверх­ ности.

§ 82. Вычисления ежедневных расходов воды при ледовом режиме

При наличии на реке ледяных образований однозначная связь между расходом воды и уровнем нарушается. Точки измеренных расходов и средних скоростей отклоняются влево от кривой свобод­ ного русла и располагаются при этом разбросанно.

Влияние ледяных образований на условия протекания потока весьма сложно и с течением времени меняется. Характер колебаний уровня в зимний период зависит не только от изменения водности, но и от появления в реке добавочных сопротивлений движению воды, обусловленных ледяными образованиями и подпорными

явлениями в результате заторов и зажоров льда. Поэтому зимние расходы по сравнению с летними проходят, как правило, при по­ вышенных уровнях.

Ввиду сложности влияния ледяных образовании па режим рас­ ходов и уровней подсчет зимнего стока представляет обычно довольно трудную задачу. Ниже изложены способы вычисления ежедневных расходов воды за зимний период и указаны условия их применения.

И н т е р п о л я ц и я м е ж д у и з м е р е н н ы м и р а с х о д а м и. Способ интерполяции целесообразно применять при значительном количестве измеренных расходов, равномерно освещающих весь зимний период. При использовании этого приема на комплексном графике по измеренным расходам строится гидрограф, с которого снимаются расходы за каждый день. При проведении линии гид­ рографа нужно учитывать характер питания реки. При отсутствии притока поверхностных вод гидрограф проводится в виде плавной линии, осредняющей случайные отклонения измеренных расходов. Если колебания расходов зависят от поверхностного притока, то гидрограф нужно строить по точкам измеренных расходов без осреднения их. Во всех случаях при проведении гидрографа необ­ ходимо учитывать ход гидрометеорологических элементов, нанесен­ ных на комплексном графике.

С п о с о б х р о н о л о г и ч е с к о г о г р а ф и к а з и м н и х п е р е ­ х о д н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в . Вычисление зимнего стока с по­ мощью хронологического графика зимних переходных коэффициен­ тов следует производить при отсутствии заторно-зажорных явлений.

Степень нарушения связи между расходом и уровнем в резуль­ тате влияния ледяных образований можно выразить введением зимнего переходного коэффициента К з им- Если сравнить зимние

расходы с расходами свободного русла при одном и том же уровне, то можно получить такое соотношение:

где Q3IIM— измеренный зимний расход при уровне Язпм; Qcn — рас­ ход, полученный по таблице координат для кривой QCB = f(H) при

уровне Язим.

Из формулы (128) получаем

(129)

т. е. зимний расход можно определить по наблюденному зимнему уровню, пользуясь кривой QCB= f(H), если известно значение коэф­

фициента ЯзимВычисление стока воды производится следующим образом.

На один чертеж с кривой Q Cn= f ( H ) наносятся точки зимних

расходов, которые, как правило, ложатся влево от кривой. Для каждого зимнего расхода вычисляется значение переходного коэф­

292

фициента /<3„м. Обычно величина /<31Школеблется от 0,15 до 1,00; при Kami — 1 >0 зимний расход ложится на кривую расходов свобод­

ного русла, что возможно или при отсутствии ледяных образова­ нии, или при незначительном их влиянии на режим расходов и уровней. Как правило, сало, редкий ледоход и забереги, занима­ ющие 10— 15% ширины реки, практически не нарушают однознач­ ную связь между расходом и уровнем.

По вычисленным значениям Капп в составе комплексного

графика строится хронологический график зимних переходных t°c

значение /(зим=1.00 принимается на границах переходных периодов осеннего замерзания й весеннего вскрытия. При наличии частых измерений расходов за указанную границу принимается осенью последний день, а весной первый день, когда значение Кэти

вычисленное по измеренному расходу, равно единице. При недо­ статочном количестве измеренных расходов график Ksim = f (Т)

экстраполируется на концах с учетом характера ледяных образова­ ний, принимая Кзим =1.00 в первый день редкого ледохода весной

293

и в последний день редкого ледохода осенью. В некоторых случаях на зарастающих реках в силу влияния остатков водной раститель­ ности на режим расходов значение К31Шна границе периода осен­

него замерзания может быть меньше единицы.

В первые дни ледостава Kami обычно имеет наименьшее значе­

ние, затем по мере сглаживания нижней поверхности льда и рас­ сасывания шуги значение /(зпм увеличивается. В дальнейшем при увеличении толщины льда значение K3sm постепенно уменьшается до весеннего подъема уровня, после чего К3нм более или менее

резко возрастает до предельного значения, равного 1,00. Плавный ход зависимости K3im= f(T) может быть нарушен прохождением

зимних паводков. В этом случае /С31Шповторяет ход уровней и рас­

В ы ч и с л е н и е з и м н и х п е р е х о д н ы х к о э ф ф и ц и е н т о в

с у ч е т о м с т е п е н и с т е с н е н и я ж и в о г о с е ч е н и я п о т о к а л е д я н ы м и о б р а з о в а н и я м и . При недостаточном числе изме­ рений расходов в период ледостава график Kaim=f(T) можно

уточнить путем использования зависимости между коэффициентом /(зим и коэффициентом а, учитывающим степень стеснения живого

ствует однозначная зависимость в виде кривой, обращенной выпуклостью к оси а (рис. 143).

Имея кривую /Сзнм=/(сс) и сведения о толщине погруженного льда, можно вычислить значения а для любого дня, и тогда проме­ жуточные значения Kami могут быть определены по указанной

кривой. Сведения о толщине погруженного льда для вычисления

294

промежуточных значений а могут быть получены по данным уча­

щенных измерений на водомерном посту или значение толщины льда можно снять с комплексного графика для дат, соответствую­ щих переломным точкам графика колебаний уровня, толщины льда. Принимая найденные значения толщины погруженного льда /гпл

за средние по всей ширине реки, вычисляют для этих дат площадь погруженного льда Fnn = Bhna (где В — ширина реки, определяемая

по поперечному профилю). Значение площади поперечного сечения, необходимое для вычисления а, снимается с кривой F = f (Я). По

Язим = [ ( Г ) .

З и м н и е к р и в ые р а с х о д о в . В отдельных случаях по рас­ ходам, измеренным в зимний период, можно построить зимнюю

н

Рис. 144. Пример кривой расходов воды для периода весеннего вскрытия реки.

/ — кривая периода весеннего вскрытия, 2 — кривая свободного русла, 3 — кривая периода сплошного ледостава.

кривую расходов воды, которая и используется для вычисления ежедневных расходов.

В общем случае для зимнего периода может быть получено не­ сколько самостоятельных кривых, соответствующих: 1) переход­ ному периоду осеннего замерзания, 2) периоду сплошного ледо­ става, 3) весеннему предледоходному периоду, 4) переходному периоду весеннего вскрытия (рис. 144).

Однозначная связь между расходом и уровнем в период сплош­ ного ледостава возможна для крупных рек с устойчивым ледяным покровом, толщина которого мала по сравнению с глубиной, а явления переменного подпора отсутствуют. Кривые для переход­ ных периодов могут быть построены при отсутствии переменного подпора от заторов и зажоров льда и при заметном изменении уровня в зависимости от изменения расхода.

С р е з к а у р о в н е й за п о д п о р н ы й пе рио д . При наличии подпора от ледяных образований наблюдается резкое повышение

295

уровня без увеличения водности, поэтому для вычисления ежеднев­ ных расходов воды за подпорный период необходимо исправить значения наблюденных уровней на величину подпора. Это исправ­ ление может быть произведено путем срезки уровней за подпор­ ный период.

Подпорное происхождение уровня устанавливается на основа­ нии анализа хода температуры воздуха, осадков и ледовых явлений рассматриваемого поста и графика колебаний уровня ближайшего водомерного поста, не испытывающего подпора.

Срезка подпорных уровней заключается в том, что на графике колебаний уровня рассматриваемого поста пунктирной линией, как

В тех случаях, когда на данной реке в непосредственной близо­ сти от рассматриваемого водомерного поста расположен другой пост, не испытывающий подпора, и имеется устойчивая кривая связи соответственных уровней, исправление подпорных уровней может быть произведено по графику связи обоих постов, пользуясь показаниями поста, на который подпор не распространяется.

§ 83. Вычисления ежедневных расходов воды при неустойчивом русле

При неустойчивом русле, которое подвергается размывам или на котором отлагаются наносы, однозначная зависимость между расходами и уровнями нарушается. В этом случае одному и тому же уровню могут соответствовать совершенно различные по своему значению расходы воды, площади водного сечения и средние скорости.

Степень неустойчивости русла и характер деформации зависят главным образом от состава грунтов русла и берегов и от режима стока. В зависимости от сочетания этих факторов деформации

296

могут быть периодическими и непрерывными. Первый тип деформа­ ции характерен в основном для равнинных рек и связан обычно с прохождением половодья и высоких паводков, а в промежутках между ними русло реки сохраняет устойчивость или деформиру­ ется незначительно. Деформации второго типа происходят непре­ рывно и наблюдаются преимущественно на участках рек, русло которых сложено иловатыми и мелкопесчанистыми грунтами, на­ пример устьевые участки рек предгорных районов.

деформации обычно располагаются обособленными хронологиче­ скими группами. В зависимости от характера и интенсивности деформации русла, режима расходов и частоты их измерения

Н

Рис. 146. Временные кривые расходов воды при деформации русла.

/ — однозначная кривая, 2 — кривая неустойчивей связи (переходная).

вычисление стока воды может быть произведено способами, из­ ложенными ниже.

П о с т р о е н и е с и с т е м ы в р е м е н н ы х к р и в ы х р а с х о ­ дов воды. При периодической деформации русла и достаточном количестве измерений расходов можно построить систему времен­ ных кривых расходов воды. Эти кривые могут быть следующих типов (рис. 146):

а) однозначные временные кривые, соответствующие временно устойчивому состоянию русла. Они должны иметь вид плавных кривых с выпуклостью, обращенной к оси уровней;

б) переходные временные кривые, выражающие неустойчивую связь между расходом и уровнем и соответствующие периодам деформации русла.

Переходные кривые могут иметь произвольный вид — вогнутость, обращенную в любую сторону, и перегибы. Каждая переходная кривая отвечает только одной фазе уровня — подъему или спаду.

Для построения временных кривых значения измеренных рас­ ходов наносятся на график различными обозначениями, соответ­ ствующими определенной фазе уровня, например: для низких

297

уровней и незначительных паводков — зачерненными кружками, для подъема уровня — треугольниками, для спада уровня — незачерненными кружками. Около каждого расхода выписывается его номер и выделяются хронологические группы точек (Q, Н).

По выделенным группам точек проводятся временные кривые расходов и устанавливается срок действия каждой из них.

Для анализа расположения точек (Q, Н) и установления сроков

действия каждой кривой на одном чертеже с временными кривыми строится график колебаний уровня'воды. Переходы с одной кривой на другую назначаются на переломных точках графика уровня — на максимумах и минимумах.

Нем

При экстраполяции переходных кривых вверх их следует со­ прягать между собой путем плавного закругления, а при экстрапо­ ляции вниз смыкать кривые по касательной.

С п о с о б Ст а у т а . При непрерывной и периодической дефор­ мациях, когда частые паводки затрудняют проведение временных кривых расходов, применяется способ Стаута. Вычисление ежеднев­ ных расходов воды по этому способу производится следующим образом.

Значения измеренных расходов воды наносятся на график и посредине поля точек проводится плавная кривая расходов, назы­ ваемая стандартной кривой (рис. 147). Направление и кривизна ее определяются временными кривыми расходов, которые можно по­ лучить, соединяя точки (Q, Я) в хронологическом порядке. Для по­ строенной таким образом кривой Q = f(H) составляется таблица

координат.

2Э8

Для каждого измеренного расхода вычисляется поправка

Эти поправки имеют положительный знак, если расход распо­ ложен ниже стандартной кривой, и отрицательный знак, если рас­ ход расположен выше кривой. Поправки с положительным знаком соответствуют размыву русла, а с отрицательным — намыву.

По найденным значениям АН строится хронологический график поправок AH=f ( T) , на котором по горизонтальной оси откладыва­

ются даты измерения расходов, а по вертикальной оси — значения

Рис. 148. График поправок Стаута.

Река Магар-Сайя— кишл. Янги-Курган, 1947 г.

поправок (рис. 148). При этом поправки с положительным знаком

ной так, чтобы точки поправок распределялись равномерно по обе ее стороны. При недостаточной частоте измерений расходов кривую поправок необходимо проводить с учетом хода уровня.

#испр = -Яизм±А#. По исправленным уровням из таблицы координат стандартной кривой берется значение расхода воды.

П р и в е д е н и е к р и в о й р а с х о д о в к о с н о в н о м у с е ч е ­ нию. Способ приведения расходов к основному сечению при­ меняется в том случае, когда деформации русла носят характер вертикального его смещения без изменения продольного уклона водной поверхности. Этот способ предусматривает производство

299

дополнительных промеров глубин, помимо тех, которые выполняются при измерении расходов воды. Способ заключается в следующем.

Значения измеренных расходов и площадей водных сечений, полученные при измерении расходов воды и по дополнительным промерам, наносятся на график (рис. 149 б, г). Затем из всех

профилей гидроствора выбирается одно поперечное сечение, по очертанию наиболее близкое к среднему профилю. Это поперечное сечение (рис. 149 а) принимается за основное, и по нему определя-

расходов воды к основному сечению.

ются значения площадей водных сечений при разной высоте уровня. По вычисленным значениям площадей строится кривая F —f(H),

называемая кривой основного водного сечения. Точки площадей, полученных при измерении расхода и по дополнительным про­ мерам, располагаются на графике по отношению к кривой F — f(H) разбросанно (рис. 149 б). Для этих точек определяются поправки уровня АН на деформацию русла аналогично вычислению поправок

Стаута. По найденным поправкам строится хронологический график AH = f(T) (рис. 149 б), который, в отличие от графика

поправок Стаута, уточняется за счет дополнительных промеров русла. Поправки, полученные для площадей, измеренных при опре­

300