ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 447
Скачиваний: 6
гонах, заторах сплавного леса и т. д. В подобных случаях фактиче ски измеренные в период подпора уровни заменяют фиктивными, «срезанными» уровнями (рис. 22.14); вычисление ежедневных рас ходов производят по срезанным уровням и кривой устойчивой связи между расходами и уровнями.
Вычисление ежедневных расходов воды по кривой расходных характеристик. Этот способ основан на эмпирически установлен ном факте — инвариантности величины расходной характеристики К при изменении уклона. Величина расходной характеристики в боль шинстве случаев, особенно при подпертом состоянии потока, для данного наполнения русла, т. е. для данной отметки уровня, оста-
|
|
|
|
|
|
|
к |
Рис. 22.14. |
Срезка |
подпорных уровней. |
Рис. 22.15. Схема к определению рас- |
||||
7"п — п е р и о д |
подпора; |
Я с р — срезанный уро- |
ходной характеристики |
в зависимости |
|||
|
вень. |
от |
уровня |
по кривой |
K=f{H). |
||
ется приблизительно постоянной |
при |
любых |
изменениях |
уклона |
|||
и соответствующих изменениях расхода. Применить данный |
способ |
||||||
можно только при наличии надежно измеренных уклонов водной по верхности. Для каждого измеренного расхода вычисляют расход ную характеристику
/С = - £ ^ . |
(22.6) |
Затем строят график зависимости расходной характеристики от уровня K = f{H) (рис. 22.15). На построенном графике отклонения точек от кривой по абсциссе не должны быть значительными, более
± 1 0 % . Если они превышают эту величину или же точки образуют обособленные замкнутые группы, то способ неприменим (т. е. не применима формула Шези).
По кривой K=f(H) и ежедневным уровням определяют еже дневные значения расходной характеристики, после чего вычис ляют ежедневные расходы воды
< 2 / = К , У Т ; . |
(22.7) |
287
Вычисление ежедневных расходов по семейству кривых расхо дов, помеченных значениями уклонов. Этот способ применим при надежно измеренных уклонах водной поверхности. Значения изме ренных расходов наносят на график (рис. 22.16) и около каждой точки проставляют величину измеренного уклона. В поле точек из меренных расходов проводят кривые расходов, отвечающие опре-
н
Рис. 22.16. Семейство кривых расходов для различных уклонов.
/ — точки расходов, в ы п а д а ю щ и х из соответствующего интервала уклона.
деленным значениям уклонов, через равные интервалы в зависи мости от наблюдавшейся амплитуды колебания уклонов. Каждую проведенную кривую помечают значением уклона, которому она соответствует.
Величины ежедневных расходов определяют по ежедневным уровням и уклонам путем интерполяции на глаз между значе
ниями расходов по двум смежным |
кривым. |
|
зависимость К = |
||||
Этот |
способ можно |
применять |
и тогда, |
когда |
|||
= f ( # ) , |
рассмотренная |
© предыдущем способе, |
<не дает |
хороших |
|||
результатов (на графике |
точки |
ложатся |
с большим |
разбросом |
|||
вследствие неприменимости |
формулы Шези). |
|
|
||||
РАЗДЕЛ VII
ИЗУЧЕНИЕ ТВЕРДОГО СТОКА
ИД О Н Н Ы Х ОТЛОЖЕНИЙ
Глава 23
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТВЕРДОМ СТОКЕ
23.1. Основные понятия
Воды рек и других водотоков всегда содержат в себе то или иное количество твердых частиц и растворенных веществ. Общее количество этих продуктов, проносимое водотоком за определен ный период, например за год, называется т в е р д ы м с т о к о м . Твердые частицы, транспортируемые водой, принято называть н а - н о с а м и . Наносы состоят из минеральных зерен различной круп ности; в состав наносов могут входить также частицы органиче ского происхождения.
Наличие твердого стока обусловливается процессами механиче ской и химической эрозии. Механическая эрозия — размыв —про изводится в основном поверхностными водами, а химическая — главным образом грунтовыми. Основная масса наносов поступает в реки с их водосборных бассейнов, но некоторая часть их образу ется за счет размыва русла.
Транспортируемые водным потоком наносы принято разделять на взвешенные, перемещающиеся в толще потока во взвешенном состоянии, и донные (их иногда называют влекомыми). Такое деле ние является условным, так как частицы одной и той же крупности могут перемещаться как во взвешенном состоянии, так и путем влечения по дну в зависимости от скорости течения: чем больше скорость потока, тем более крупные частицы могут переходить во взвешенное состояние. Однако разделение наносов на взвешенные и донные удобно в методическом отношении, так как изучение от дельных видов наносов производится различными методами. Дон ные наносы состоят из более крупных частиц, чем взвешенные.
Твердый сток реки может быть определен в полном объеме только в результате учета всех указанных категорий наносов и ра створенных веществ. При гидрометрических измерениях отдельно учитывают расход взвешенных наносов R кг/с, расход донных на носов G кг/с и расход растворенных веществ 5 кг/с.
19 |
Гидрометрия |
289 |
Измерение расхода взвешенных наносов основано на определе нии мутности воды, т. е. весового содержания наносов в единице объема воды. Мутность выражается зависимостью
|
p = |
-E±W-, |
(23.1) |
|
где ра — вес наносов в |
пробе |
в |
граммах; |
V — объем пробы воды |
в миллилитрах; тогда р |
— в г/м3 . |
|
|
|
Измерение расхода донных наносов основано па определении элементарного расхода их, т. е. веса наносов, перемещающихся че рез единицу длины смоченного периметра русла в одну секунду. Элементарный расход выражается зависимостью
Ю 0 Л |
(23.2) |
|
а |
||
|
где р д — вес наносов в пробе в граммах; t — продолжительность
наблюдений в секундах; |
I — ширина входного отверстия прибора |
в сантиметрах; тогда g— |
в г/(м - с) . |
Измерение расхода растворенных веществ основано на опреде
лении |
минерализации воды, |
т. е. весового количества (сухого |
ос |
|
татка) |
их в единице объема |
воды. Минерализация |
выражается |
за |
висимостью |
|
|
|
|
|
а = % ' ° 6 , |
(23.3) |
||
где рс |
— вес сухого остатка |
в граммах; V" — объем |
воды в милли |
|
литрах; тогда а — в г/м3 . |
|
|
|
|
Изучение твердого стока имеет целью получить следующие его характеристики: а) годовой сток взвешенных и донных наносов и растворенных веществ с распределением его внутри года; б) со став взвешенных и донных наносов по крупности частиц, содержа ние в них органических веществ; в) солевой состав растворенных веществ с внутригодовым распределением ионов.
Изучение твердого стока рек имеет большое научное и практи ческое значение. Знание режима движения, состава и объема стока наносов позволяет решать ряд весьма важных проблем народного хозяйства. Например, большое значение этот вопрос приобретает в связи с проектированием и эксплуатацией водохранилищ, расчет
заиления которых не может быть выполнен |
достаточно надежно |
без фактических данных о стоке наносов. В |
районах орошаемого |
земледелия учет стока и режима движения наносов необходим для разработки мероприятий по предупреждению заиления каналов' и водохранилищ. Большое значение изучение режима движения на носов и их отложений имеет для судоходства. Для улучшения судо ходных условий рек ежегодно ведутся в большом объеме выправительные и дноуглубительные работы. Учет количества и состава наносов весьма важен при проектировании гидроэлектростанций: под действием наносов могут истираться лопатки турбин, стенки подводящих воду трубопроводов и т. д.
290
При использовании рек для водоснабжения, обводнения, оро шения необходимо учитывать химический состав воды и количество растворенных в ней веществ. Весьма важно знать химический со став воды при гидротехническом строительстве, так как содержа щиеся в воде вещества могут оказывать агрессивное воздействие на бетонные сооружения.
23.2. Крупность и гидравлическая крупность наносов
Водный поток транспортирует наносы различной крупности и формы. В гидрометрии принято подразделять наносы по размеру частиц (табл. 23.1). За размер частицы принимают ее средний диа метр.
Таблица 23.1
Классификация речных наносов по размеру частиц (мм)
|
Глина |
Ил |
Пыль |
Песок |
Гравий |
Галька |
Валуны |
Мелкие |
<0,001 |
0,001 — |
0,01— |
0,1—0,2 |
1—2 |
10-20 |
100—200 |
|
|
0,005 |
0,05 |
|
|
|
|
Средние |
— |
— |
— |
0,2—0,5 |
2—5 |
20—50 |
200—500 |
Крупные |
— |
0,005— |
о, О б |
0,5—1 |
5—10 |
50—100 |
500—1000 |
|
0,01 |
ол |
|
|
|
|
Приведенная классификация наносов по размеру частиц исполь зуется при проведении механического анализа наносов и донных отложений.
Относительный вес речных наносов составляет в среднем 2,65, изменяясь от 2,45 до 2,76.
Кроме классификации наносов по размеру частиц, применяют еще деление их по гидравлической крупности. Такое деление ока зывается необходимым, в частности, при механическом анализе наиболее мелких частиц наносов.
Гидравлической крупностью называется скорость равномерного падения частиц в неподвижной водной среде. Гидравлическая круп ность измеряется в сантиметрах в секунду или в миллиметрах в секунду. Чем мельче частица, тем меньше ее гидравлическая крупность. В табл. 23.2 приведены значения гидравлической круп ности частиц при температуре 15° С.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 23.2 |
|
Диаметр |
частиц, |
м м . . 1,0 |
0,5 |
0,2 |
0,1 |
0,05 |
0,01 |
0,005 |
0,001 |
Гидравлическая |
круп |
60 |
21 |
8 |
2 |
0,08 |
0,03 |
0,0008 |
|
ность, |
мм/с |
100 |
|||||||
Величина гидравлической крупности зависит от температуры воды. При понижении температуры гидравлическая крупность
19* |
291 |
уменьшается в связи с увеличением вязкости воды и наоборот. Для получения величины гидравлической крупности при другой темпе ратуре применяют поправочный коэффициент (табл. 23.3).
Таблица 23.3
Значения поправочных коэффициентов к гидравлической крупности
0 - 4 ° С 5 - 8 ° С 9 - 1 2 ° С 13—16° С 17—20° С
0,83 |
0,90 |
0,95 |
1,04 |
0,74 |
0,84 |
0,92 |
1,07 |
0,68 |
0,80 |
0,89 |
1,10 |
0,66 |
0,78 |
0,86 |
1,12 |
0,66 |
0,77 |
0,85 |
1,15 |
0,66 |
0,77 |
0,85 |
1,15 |
0,66 |
0,77 |
0,85 |
1,15 |
Данные табл. 23.2 и 23.3 используют в настоящее время при выполнении лабораторных анализов мелких наносов на гидрологи ческих станциях Гидрометслужбы. Следует иметь в виду, что имеются другие таблицы значений гидравлической крупности. В ча стности, отметим обобщенную таблицу, составленную в ГГИ, в ко торой приведены уточненные значения гидравлической крупности частиц диаметром от 0,005 до 80 мм [37].
23.3. Движение наносов в реках
Движение донных наносов. Силовое воздействие потока приво дит к раскачиванию отдельных частиц и отрыву их ото дна. При отрыве частица приобретает вращательное движение и поднима ется на некоторую высоту, затем падает на дно. Такое скачкооб разное движение называется сальтацией. Кроме сальтации, наблю дается перемещение наносов перекатыванием и реже скольжением по дну.
В равнинных реках дно обычно бывает сложено песком, при этом на дне образуется характерный рельеф — так называемые пе счаные гряды. Они могут быть различных размеров в зависимости от скорости течения. При больших расходах и скоростях течения формируются более крупные гряды. На поверхности таких гряд мо гут образовываться мелкие гряды — рнфели. При изменении рас ходов и скоростей потока гряды переформировываются. Переме щение частиц донных наносов происходит по поверхности гряд. Пе ремещаясь по лобовому пологому откосу гряды, частицы доходят до гребня, затем сваливаются в подвалье. Таким образом проис ходит смыв частиц с лобового откоса и наращивание гряды с низо вой стороны, т. е. постепенное перемещение всей гряды вдоль по тока (рис. 23.1). При увеличении скорости течения частицы с од ной гряды могут переноситься на вторую, на третью и далее.
292
