книги из ГПНТБ / Быков В.Д. Гидрометрия учебник

Ледяной покров и зашугованность. Измерение расходов с ле­ дяного покрова допустимо при толщине льда не менее 10 см и температуре воздуха не выше —5° С. В зависимости от местных ус­ ловий можно измерять расходы и при меньшей толщине льда, при этом обязательно принимать меры предосторожности.

Для облегчения работ в зимних условиях применяют отапли­ ваемую будку (см. раздел 13.3).

Промеры глубин на гидростворе при каждом измерении рас­ хода в случае устойчивого русла и отсутствия шуги необязательны. Рабочие глубины на промерных вертикалях определяют при этом интерполяцией между глубинами на скоростных вертикалях с уче­ том погруженного в воду льда.

ные вертикали. Если шуга занимает более 25% водного сечения, целесообразно перенести створ на новое место, где шуги меньше.

При наличии нескольких ярусов льда в русле расходы воды из­ меряют в каждом подледном потоке (рис. 13.18), а общий расход получают суммированием частичных расходов. Промеры глубин и измерение скоростей в каждом потоке производят самостоятельно.

В сильные морозы вертушку с одной вертикали на другую надо

него половодья производят подготовительные работы к измерениям при весеннем возобновлении стока воды. Для этого в наиболее по­

Скорости на вертикалях измеряют начиная ото дна к поверхности. При значительной деформации русла необходимо периодически проверять, обеспечивает ли данное количество и расположение

189

скоростных вертикалей достаточную точность измерения расхода. При необходимости вертикали перемещают и назначают допол­ нительные. В некоторых случаях створ переносят на новое место с более устойчивым руслом.

13.7. Вычисление расходов воды

Применяемые способы вычисления расхода воды основываются на приближенных решениях формул (12.4), (12.5) и (12.6). Первая из этих формул выражает аналитический способ, вторая — графи­ ческий и третья — способ вычисления расхода по изотахам.

Наиболее употребителен аналитический способ. Ои характери­ зуется относительной простотой вычислений и меньшей затратой времени. При правильном распределении скоростей течения по жи­ вому сеченшо он дает вполне удовлетворительную точность. В практике работ гидрологической сети аналитический способ вы­ числения измеренных расходов принят как основной.

Графический способ применяется при вычислении расходов, из­ меренных детальным способом. Он дает более точные результаты, поэтому применяется в случаях, когда нужна повышенная точность вычисления, а кроме того, в сложных случаях, например при на­ личии подледной шуги, при широкой пойме с неправильным рас­ пределением скоростей течения н пр.

Способ вычисления расхода по изотахам применяется главным образом в сложных случаях: при большом количестве подледной шуги, при резко изменяющемся профиле дна и пр. Проведенные на профиле живого сечения изотахи позволяют наилучшим обра­ зом выявить распределение скоростей в сечении потока. Этот спо­ соб более трудоемок по сравнению с предыдущими.

Предварительное вычисление расхода воды аналитическим спо­ собом рекомендуется производить в поле, непосредственно после измерений, чтобы в случае обнаружения недочетов можно было сделать повторные измерения и наблюдения.

Аналитический способ. Расход воды вычисляется по приближен­ ной формуле, имеющей вид

рический коэффициент, величина которого для различных случаев принимается следующей:

190

В формуле (13.5) каждое слагаемое представляет собой ча­ стичный расход воды: первое слагаемое — частичный расход между берегом и первой скоростной вертикалью, второе слагаемое—ча­ стичный расход между первой н второй вертикалями и т. д. Ве­ личина каждого частичного расхода вычисляется путем умножения средней скорости на соответствующий участок площади живого сечения (рис. 13.19). Таким образом, для вычисления расхода не­ обходимо определить средние скорости на каждой скоростной вер­ тикали п частичные площади живого сечения. Рассмотрим, как это делается практически.

Рис. 13.19. Схема к вычислению расхода воды аналитиче­ ским способом.

Величину средней скорости на вертикали находят по эмпириче­ ским формулам, подставляя в них скорости, измеренные в от­ дельных точках вертикали. В зависимости от числа точек и от состояния русла величина средней скорости определяется по одной из следующих формул:

а) в случае определения расхода в открытом русле, не зарос­ шем водной растительностью:

б) в случае определения расхода в русле, заросшем водной рас­ тительностью, или при наличии ледяного покрова:

191

при измерении скорости в шести точках на вертикали

где коэффициент &~0,9.

В случае измерения скоростей на вертикалях с недостаточными глубинами при равномерном распределении точек по глубине (см.

Рис. 13.20. Схема к вычислению частичных площадей живого сечения.

глубин на скоростных и промерных вертикалях (рис. 13.20). На­

частичная площадь живого сечения между первой и второй скоро­ стными вертикалями

и т. д. Обозначения в приведенных формулах ясны из рис. 13.20. Если расход воды измерялся в размываемом русле, то при вы­

числении площадей живого сечения в расчет принимаются средние глубины по результатам промеров до измерения расхода и после него.

Вычисление расхода воды аналитическим способом по формуле (13.5) производится в табличной форме, в книжке стандартного

192

образца (КГ-4 и КГ-5). Обработка массового материала измере­ ний расходов воды, например станций и постов государственной гидрологической сети, производится с помощью электронных вычи­ слительных машин, для чего данные измерений расходов кодиру­ ются и затем наносятся на перфоленту, которая вводится в ЭВМ. Более подробно вопросы механизированной обработки рассматри­ ваются в главе 35.

В случае, если за время измерения расхода воды уровень в реке изменился, необходимо определить расчетный уровень, который принимается при вычислении расхода. Расчетный уровень необхо­ дим также при построении кривой расходов. При изменении уровня

Рис. 13.21. Схема к вычислению расчетного уровня.

не более чем на 10 см за расчетный уровень принимают его сред­

Уточненный аналитический способ. Как уже указывалось, фор­ мула (13.5) является приближенной: в ней допускается линейная интерполяция средней скорости между соседними вертикалями. В действительности эпюра распределения средних скоростей по ши­ рине реки имеет криволинейное очертание. Кроме того, объем части модели расхода между скоростными вертикалями вычисляется в указанной формуле как объем призмы, однако этот объем имеет более сложную форму и было бы правильнее определять его по формуле обелиска. В результате указанных допущений величина расхода, вычисленная по формуле (13.5), как правило, оказыва­ ется несколько заниженной.

А. П. Браславским [10] была предложена новая формула для аналитического вычисления расхода воды, правильнее учитываю­ щая форму части модели расхода между соседними вертикалями, а также и наличие кривизны эпюры средних скоростей на верти­ калях.

Не останавливаясь подробно на выводе формулы Браславского, покажем только сущность его предложения. Объем части модели расхода между двумя соседними вертикалями можно выразить формулой

нейное изменение глубины между вертикалями, причем /zi</z2 , по-

В результате интегрирования и преобразования последнего уравнения получается расчетная формула, имеющая в окончатель­ ном выражении весьма простой вид

где со — площадь живого сечения между соседними скоростными вертикалями; ve — большая из средних скоростей на соседних вер­ тикалях; К — коэффициент, определяемый в зависимости от отно­ шения — ; и м — меньшая из средних скоростей на соседних верти-

калях.

Полный расход определяется как сумма частичных расходов

I = п

194

Практически расчет выполняется, в табличной форме (пример расчета см. в табл. 13.2).

Применение уточненного аналитического способа вычисления расхода воды наиболее эффективно при ровном корытообразном профиле дна реки. При этом эпюра средних скоростей течения на вертикалях имеет выпуклый вид по всей ширине реки. В таких ус­ ловиях возможно значительное сокращение числа скоростных вер­ тикалей до трех—пяти без понижения точности результатов опре­ деления расхода. Это бывает очень важно при необходимости быстро провести измерения, например при неустановившемся дви­ жении воды. Но и при неправильной конфигурации профиля дна реки применение рассматриваемого способа целесообразно, так как позволяет сократить некоторое число скоростных вертикалей. Число промерных вертикалей при этом сокращать нельзя.

По данным Браславского, формула (13.20) позволяет вычислять расходы с ошибкой не более 4,4% при сокращенном числе верти­ калей, тогда как формула (13.5) при таком же уменьшенном числе вертикалей дает значительно большие ошибки, до 22%.

Графический способ. В этом способе интегрирование заменя­ ется измерением площади эпюры элементарных расходов плани­

-х

Рис. 13.22. Схема к аналитическим формулам определения элементарного (а) и полного расхода (б).

ного расхода для каждой вертикали может быть определена путем измерения площади эпюры скоростей планиметром или палеткой. Средняя скорость течения для каждой вертикали определяется де­ лением величины площади эпюры скоростей (или, что то же, эле­ ментарного расхода) на глубину вертикали.

Площадь эпюры элементарных расходов, построенная для всего живого сечения (рис. 13.22 6), равна полному расходу воды.

Для вычисления расхода выполняют ряд графических построе­ ний. Работа производится в такой последовательности:

1)на листе миллиметровки стандартного размера вычерчивают профиль поперечного сечения реки"и наносят расчетный уровень (рис. 13.23);

2)на том же месте вычерчивают эпюры скоростей для каждой

вертикали в том же вертикальном масштабе, что и на профиле;

3)вычисляют средние скорости течения на вертикалях деле­ нием площади эпюры скоростей на рабочую глубину вертикали; площади эпюр определяют планиметром или палеткой;

4)строят эпюру средних скоростей, для этого над профилем по линиям соответствующих скоростных вертикалей откладывают от линии уровня воды величины средних скоростей и по полученным точкам проводят плавную линию; с эпюры снимают значения сред­ них скоростей для каждой промерной вертикали и проставляют

196

Рис. 13.23. Вычисление расхода поды графическим способом.

Гидрометрия

I

I

I

I