§ 58. Определение расхода воды с помощью поплавков
Определять расход воды с помощью поплавков допускается тогда, когда по каким-либо обстоятельствам затруднено или невозможно его определение вертушкой. Такие обстоятельства возникают, например, при ледоходе, при отсутствии необходимого оборудования и т. д.
Расходы воды с помощью поверхностных поплавков определяют двумя способами: по ряду поверхностных скоростей течения и по максимальной поверхностной скорости течения.
При определении расхода воды поплавками все работы, за исключением измерения скоростей, остаются те же, что и при определении расходов вертушкой. Для измерений скоростей тече- имя поплавками необходимо иметь три створа: основной (гидро- створ) и по одному вспомогательному выше и ниже основного. Разбивают створы через равные расстояния с таким расчетом, чтобы продолжительность хода поплавков между ними была не менее 10 с.
Поплавки пускают несколько выше верхнего' створа. На малых реках их забрасывают с берега, на больших — с лодки. Чтобы установить путь и время движения поплавка, берут отсчеты времени по секундомеру в момент прохождения поплавка через верхний и нижний створы, а на гидростворе засекают место его пересечения. На небольших реках положение поплавка в момент его пересечения гидроствора определяют по! размеченному и перетянутому через реку тросу, а на больших реках — путем засечек угломерными инструментами.
Число пускаемых поплавков при одном определении расхода принимают следующим: для рек шириной до 200 м — 9—10 поплавков; до 500 м — 11 — 15; до 1000 м — 16—12; свыше 1000 м — 20—25 поплавков.
При рекогносцировочных обследованиях рек расход воды поплавками определяют по способу измерения наибольшей поверхностной скорости течения. В этом случае 5—10 поверхностных поплавков пускают на стрежневую часть реки. Поплавки, не попавшие на стрежень, во внимание не принимают. За максимальную скорость в живом сечении уПОп. max принимают среднее арифметическое значение скоростей трех поплавков с наименьшей продолжительностью хода.
§ 59. Модель расхода воды
Согласно формуле (41) расход воды через поперечное сечение русла выражается интегралом по площади сечения
Q = ®fcp = \vdo>.
со
Для дальнейшего этот интеграл удобно представить как результат последовательного вычисления двух простых интегралов: по вертикальной и горизонтальной осям (т. е. по глубине и ширине потока). В водных изысканиях положение точки на вертикали принято определять не через расстояние от дна т), а через ее расстояние у—h—rj от свободной поверхности. Таким образом, выражение для расхода воды получает вид
В
h=t (b)
Q = f f vdy db. (108)
о о
Начало осей координат совмещено здесь с одним из урезов (рис. 73).
Рис.
74. Модель расхода:
ОЕВО
— живое сечение;
OBCDO — эпюра
поверхностных скоростей
Имея в виду формулу (40), выражение для расхода можно написать также так:
в
Q=J qdb, (109)
о
где q — элементарный расход.
Объемное изображение двойного интеграла (108) называется моделью расхода (рис. 74). Сзади водное тело модели ограничено плоскостью поперечного сечения, сверху — куском свободной поверхности, вырезанным эпюрой поверхностных скоростей. Передняя поверхность тела есть геометрическое место кондов векторов скоростей, имеющих свое начало в плоскости поперечного сечения. Предполагается, что векторы скоростей нормальны к этой плоскости. Так как небольшая косоструйность не влияет на показания хороших современных вертушек (например, ГР-55), то практически это так и получается.
При измерении скоростей вертушками скорости определяют в ограниченном и относительно небольшом числе точек поперечного сечения. Задача вычисления расходов состоит в том, чтобы по этим ограниченным данным найти приближенную величину интеграла (108), или иначе, приближенную величину объема модели расхода. Для решения указанной задачи применяют несколько приемов1 численного и графического интегрирования. Объем информации, получаемой с помощью поплавков, еще более ограничен. В этом случае построить функции v(y), т. е. эпюры распределения скоростей на вертикалях, нельзя. Задача решается путем прямого перехода от поверхностных скоростей на вертикалях к средней скорости в живом сечении.
Рис.
73. Поперечное сечение потока
Обработку измерений, выполненных с помощью вертушки, начинают с вычисления скорости течения в каждой точке по глубине. Для этого прежде всего подсчитывают общее число оборо-
1
А1
После определения величины расхода (при любом способе вычисления) находят среднюю глубину сечения = и среднюю Q
скорость