Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

а также путем интеграции скорости на вертикалях. Была под­ тверждена возможность измерения расхода с интеграцией скорости по живому сечению. Но было также установлено, что способ опре­ деления расхода с определением средних скоростей на вертикалях путем интеграции имеет преимущество в быстроте и простоте про­

вертушки для интеграционного измерения средней скорости на вер­ тикали вместо 0,1 м/с целесообразно уменьшить до 0,05 м/с, это значительно уменьшает погрешности измерения. В указанных ис­ следованиях были определены отклонения величин расходов, из­ меренных интеграционно (с интеграцией скорости по вертикали), от контрольных, измеренных точечным способом; величина этих отклонений не превышает 2,2%.

В заключение надо обратить внимание еще на одно обстоя­ тельство. В гидрометрических створах часто наблюдается естест­ венная косоструйность течений. Если интеграционное измерение производится вертушкой на штанге, ось которой нормальна к створу, то при перемещении ее по вертикали или по живому се­ чению вертушка будет работать в условиях как бы «двойной» косоструйности. В этом случае точность определения величины проекции скорости течения на нормаль к гидроствору или на ось вертушки будет зависеть от компонентных свойств вертушки. Еще менее точным будет измерение в том случае, когда естественная косоструйность имеет одинаковое направление с косоструйностью, создаваемой перемещением вертушки.

Интеграционное измерение скорости чаще производят вертуш­ кой на тросе с грузом. В этом случае стабилизатор устанавливает груз с вертушкой по направлению струй; лопастный винт будет вращаться под воздействием суммарного вектора w (см. рис. 13.17). Вертушка будет регистрировать проекцию вектора w на ее ось (если она компонентная), но не проекцию скорости течения на нор­ маль к гидроствору.

Естественная косоструйность в потоке может достигать больших значений, причем различных в разных точках живого сечения. Учесть ее влияние на точность измерения скорости интеграционным способом затруднительно. При косоструйности более 10—15° при­ менение интеграционного способа нецелесообразно.

13.6. Особенности измерения расходов воды в различных условиях

Зарастающие русла. В зарастающих руслах необходимо выка­

щих в воде растений возможно наматывание их на лопастный винт вертушки. Поэтому, если сигналы начнут поступать неравномерно, следует вынуть ее из воды и очистить.

188

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