Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

в реках может иметь место неустановившееся движение воды, ха­ рактеризующееся изменением расхода воды во времени, — при про­ хождении паводков, половодий. При выраженном неравномерном и

в реках на прямолинейных участках с правильной формой попе­ речного сечения русла, не заросшего водной растительностью. Та­ кие условия соблюдаются обычно только при движении воды в глав­ ном русле. При выходе потока на пойму условия его движения су­ щественно изменяются, особенно если поверхность поймы неровная,

спротоками, покрыта древесной и кустарниковой растительностью.

Втех случаях, когда поверхность поймы ровная и незаросшая и, кроме того, соблюдается параллельность и прямолинейность осей главного русла и поймы, можно с некоторым приближением счи­ тать движение воды как в русле, так и на пойме равномерным и, следовательно, применять для расчетов формулу Шези.

Таким образом, мы рассмотрели случаи, в которых применима формула Шези для определения расхода воды расчетным спосо­ бом. Теперь рассмотрим некоторые расчетные приемы.

15.2. Вычисление расходов воды в беспойменных створах

Если на данном створе производилось регулярное измерение рас­ ходов воды, но не было измерений расходов при высоких уровнях, то для их определения можно применить формулу Шези. Величина площади живого сечения определяется по поперечному профилю створа. Для определения коэффициента Шези применяют такой прием. По данным измеренных ранее расходов воды определяют значения коэффициентов Шези по формуле

где v — средняя скорость течения реки; Л о р — средняя глубина, оп­ ределяемая делением площади живого сечения на ширину реки (для равнинных рек величина гидравлического радиуса с достаточ­ ной точностью принимается равной средней глубине); / — уклон водной поверхности, измеряемый на уклонных водомерных постах или путем непосредственного нивелирования.

По полученным величинам коэффициентов Шези строят график зависимости этого коэффициента от уровня (рис. 15.1). При высо­ ких уровнях часто, особенно на больших реках, величина коэффи­ циента Шези принимает постоянное значение. Кривую C = f(H) экстраполируют до уровней, при которых надо определить расходы воды, и таким путем находят значения С при высоких уровнях.

213

Для вычисления расхода при заданном высоком уровне приме­ няют формулу

сЛО'ВСКОГО

Для определения коэффициента Шези по формуле Павловского •составлена таблица, которой и следует пользоваться при расчетах (приложение 4).

Для определения площади живого сечения делают нивелировку по линии створа до отметок, несколько превышающих уровень высо­ ких вод на обоих берегах, и промеры глубин в русле. По этим дан­ ным вычерчивают поперечный профиль, на нем проводят линию уровня высоких вод, затем вычисляют со и /гс р .

214

Отметки уровня высоких вод при отсутствии наблюдений за уровнем устанавливают по меткам уровня на береговых склонах—• отложениям на берегах и кустах растительного мусора (травы, во­ дорослей и пр.), илистых частиц, по размыву берегов, смыву нанос­ ной породы.

Положение высоких уровней за прошлые годы определяют по опросу местных жителей-старожилов. Во всех случаях определения отметок уровней высоких вод необходимо убеждаться, что эти уровни не были вызваны подпором, например, от затора, зажора пли других причин.

При отсутствии данных наблюдений на уклонных водомерных постах и наблюдений за уровнем при прохождении высокого па­ водка приближенно определить уклон водной поверхности можно путем нивелирования меток уровня высоких вод. Однако предва­ рительно необходимо очень внимательно осмотреть и отобрать наи­ более достоверные метки.

15.3. Вычисление расходов воды на пойменных створах

Применение формулы Шези для вычисления расходов на пой­ менных створах возможно только при указанных ранее условиях. Однако надо иметь в виду, что при подъеме уровня выше бровок главного русла и выходе воды на пойму (рис. 15.2) гидравлические условия протекания потока существенно изменяются. Образуются как бы два потока при односторонней пойме или три при двусто-

Гпавное русло Пойма

\ —

Рис. 15.2. Схема пойменного створа.

ронней пойме. Эти потоки не изолированы друг от друга, а взаимо­

токов возникают значительные градиенты скоростей в поперечном направлении, результатом чего является образование вихрей в по­ верхностях раздела. Описанные явления исследованы эксперимен­

Взаимодействие руслового и пойменных потоков приводит к не­ которому уменьшению средней скорости в главном русле и увели­ чению скоростей в пойменных отсеках, особенно вблизи главного

215-

русла. Таким образом, пропускная способность главного русла со­ ответственно уменьшается. Следует отметить, что при непараллель­ ности осей главного русла и поймы степень взаимодействия увели­ чивается и пропускная способность русла еще более уменьшается.

На пойменных участках шероховатость больше, чем в русле.

а допускается, что на поверхностях раздела шероховатость и со­ противление отсутствуют. Такое допущение вносит погрешность в результат расчета, величину которой трудно определить, но прак­

параллельности и прямолинейности главного русла и поймы эф­ фект взаимодействия пренебрежимо мал (53, стр. 94).

Для вычисления расхода воды поперечное сечение створа разде­ ляют на отсеки (см. рис. 15.2). Линии раздела проводят верти­ кально от бровок меженного русла. Если в пределах поймы име­ ются участки с различной шероховатостью, например на одном участке заросли кустарников или деревьев, а на другом ровная по­ верхность луга или пашни, то их выделяют в отдельные отсеки и расходы для них вычисляют раздельно. Для каждого выделенного участка поймы и русла определяют величину коэффициента шеро­ ховатости по таблице М. Ф. Срибного (приложение 2); для пойм больших рек рекомендуется пользоваться данными Л. А. Василь­ евой [16], полученными по результатам натурных наблюдений (приложение 3). Значения коэффициента Шези для каждого от­ сека определяют по формуле Павловского, как это было указано выше. Величину площади живого сечения для каждого отсека опре­ деляют по поперечному профилю створа, который должен быть пред­ варительно составлен по данным нивелирования и промеров. Расход воды в каждом выделенном отсеке вычисляют по формуле (15.3). Общий расход воды получают суммированием расходов через все выделенные отсеки. Уклон водной поверхности принимают общим для всего живого сечения. Определяют уклон так же, как было опи­ сано ранее.

Глава 16

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ МЕРНЫХ УСТРОЙСТВ

16.1. Определение расходов воды с помощью гидрометрических лотков

Гидрометрические лотки применяются для измерения расходов воды на небольших водотоках, периодически действующих логах и т. п. Широко используются гидрометрические лотки для учета ко­ личества воды на оросительных каналах.

216