Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

величина мутности. Пробы берут точечным способом. В нужную точку потока опускается бутылка, закрытая пробкой, которая вы­ нимается шнурком после установки бутылки в правильное положе­ ние— горлышком навстречу течению. Время выдержки бутылки определяется по прекращению выхода пузырьков воздуха на по­ верхность воды.

Рис. 24.6. Бутылка на штанге (а) и на грузе (б).

24.2. Фотометрический метод определения мутности

Рассмотренные приборы для взятия проб воды со взвешенными наносами в настоящее время широко применяются и обеспечивают получение удовлетворительных результатов на равнинных п от­ части на горных реках. Однако они обладают существенными не­ достатками: не позволяют производить дистанционные измерения, непортативиы, неудобны в эксплуатации; кроме того, для опреде­ ления мутности необходима трудоемкая лабораторная обработка проб. В связи с этим делаются попытки применить новые физиче­ ские принципы определения мутности. Одним из перспективных методов является фотометрический, основанный на измерении ос­ лабления светового луча взвешенными в воде наносами. В 1923 г. Н. Н. Калитин одним из первых предложил определять мутность фотоэлектрическим методом и применил этот метод для определе­ ния концентрации мелких однородных частиц в морской воде. Дальнейшим развитием этого метода является оптический регист­ ратор наносов М. М. Архангельского, предназначенный для записи концентрации наносов и определения мутности. М. М. Архангель-

303

ским и Л. А. Букиной [2] дано физическое обоснование фотоэлек­ трического метода. Позднее В. Г. Савиным был разработан прибор аналогичного действия, но обладавший большей чувствитель­ ностью. К настоящему времени имеются многочисленные разра­ ботки приборов для измерения мутности фотоэлектрическим мето­ дом. Эти приборы носят общее название фотомутномеры. Они изготовляются пока только отдельными организациями, промыш­ ленное производство их не налажено.

Работа фотомутномера основана на измерении тока, возникаю­ щего в фотоэлементе под действием светового луча, проходящего через воду, содержащую взвешенные наносы (рис. 24.7). Для ре­ гистрации тока может применяться чувствительный зеркальный гальванометр, но чаще применяют запись на шлейфном осцилло­ графе предварительно усиленного сигнала.

5

При однородной крупности частиц наносов коэффициент ослаб­

где г — радиус частиц; N — число частиц.

С другой стороны, коэффициент ослабления вычисляется по

При известных k и г величина ;V вычисляется по формуле (24.1). При неоднородной крупности наносов одно и то же ослабление света может происходить от одной крупной частицы или от боль­ шого числа мелких частиц. В этом случае коэффициент ослабления

становится сЬункцией распределения частиц по крупности.

Таким образом, для расшифровки записи фотомутномера необ­ ходимо иметь кривую распределения частиц по крупности. Для этого надо взять пробу воды с наносами, произвести лабораторную обработку и получить данные о гранулометрическом составе на­ носов. Это значительно снижает эффективность фотометрического метода и даже делает его практически непригодным для примене-

304

и и я в полевой гидрометрии. Обработка результатов измерений фотомутномером оказывается простой только при однородном составе наносов, чего в природе практически не бывает.

Некоторое упрощение задачи определения мутности с помощью фотомутномера возможно путем применения интерполяционного метода, разработанного в ГГИ. Этот метод заключается в том, что с помощью фотомутномера мутность определяют систематически, например ежедневно в стандартные сроки. Наряду с этим в отдель­ ные сроки, но значительно реже, одновременно с определением мут­ ности фотомутномером берут пробы воды стандартным прибором и определяют мутность обычным способом. По данным одновре­ менных измерении строят график связи, по которому можно оп­ ределять величину мутности по показаниям фотомутномера за все сроки наблюдений. Параллельные измерения фотомутномером и обычным способом проводят во все основные фазы гидрологиче­ ского режима реки. Проведенные испытания интерполяционного метода показали возможность применения его при крупности на­ носов до 1 мм и при относительно небольшом содержании круп­ ных фракций, а также неизменности во времени содержания от­ дельных фракций. Более подробно с этим вопросом можно позна­ комиться по статье К. В. Разумихиной и А. В. Караушева [46].

24.3. Измерение расхода взвешенных наносов

для последующего определения веса содержащихся в ней наносов и вычисления мутности, т. е. весового содержания наносов в еди­ нице объема воды. Пробы воды берут описанными выше прибо­ рами на скоростных вертикалях одновременно с измерением ско­ ростей течения.

При измерении расхода взвешенных наносов берут следующие пробы воды:

1)пробы на мутность на скоростных вертикалях для вычисле­ ния расхода наносов;

2)контрольные единичные пробы на мутность для установления

связи между мутностью единичной пробы и средней мутностью реки; 3) пробы для определения крупности взвешенных наносов. Для вычисления стока наносов берут ежедневные единичные

пробы воды в том же месте живого сечения, в котором брали кон­ трольные единичные пробы при измерении расхода воды.

Для правильного учета естественного стока наносов створ, в ко­ тором берут пробы воды на мутность, должен находиться на уча­ стке реки, где отсутствуют искажения мутности воды (например, землечерпание в русле, выпуск сточных вод промышленными пред­ приятиями и т. п.).

К о л и ч е с т в о из м ер ен и й р а с х о д о в взвешенных наносов в течение года устанавливают в зависимости от режима реки и степени изученности стока наносов в данном створе.

В среднем в первые два-три года наблюдений на равнинных ре­ ках назначают не менее 20—25 измерений расхода наносов в год, а на горных реках в течение первых трех—пяти лет — до 30—40 из­

измерения расходов производят равномерно в течение всего паводочного периода.

В последующие годы, если будут установлены устойчивые за­ висимости для расчета стока наносов, количество измерений расхо­ дов может быть сокращено и назначается отдельно для каждого створа с учетом полученных результатов и режима наносов.

Если створ расположен на участке реки с сильно деформируе­ мым руслом, то расходы взвешенных наносов необходимо изме­ рять чаще: четыре—шесть раз в месяц.

Точность определения расходов взвешенных наносов при тща­ тельном выполнении работ описанными ниже методами составляет в среднем для равнинных рек ± (10—15) %; на горных реках опре­ деление расхода взвешенных наносов связано с рядом затрудне­ ний, вследствие чего точность определения расхода наносов сни­ жается.

Как уже указывалось, измерение расхода взвешенных наносов производится совместно с измерением расхода воды и поэтому включает в себя операции, необходимые для измерения расхода воды (измерения уровня воды и уклона водной поверхности, про­ меры глубин, измерение скоростей течения); дополнительно берут пробы воды на мутность.

Пробы воды на мутность для определения расхода взвешенных наносов берут следующими способами: точечным, суммарным и ин­ теграционным.

Т о ч е ч н ы й с п о с о б заключается в том, что пробы воды бе­ рут в отдельных точках скоростных вертикалей; применяется в трех разновидностях: детальном, двухточечном н одноточечном. При де­

способ применяют при необходимости более точно определить рас­ ход наносов, обычно в первые два-три года наблюдений, и когда средняя мутность реки более 100 г/м3 .

В дальнейшем переходят на сокращенный способ, при котором уменьшают число вертикалей и число точек на них. Такой переход допустим при условии, что расходы, измеренные сокращенным способом, отличаются от расходов, измеренных детальным спосо­ бом, не более чем на 10%.

Двухточечный способ применяют на больших и средних реках при небольшой мутности, в пределах 50—100 г/м3 . Одноточечный способ применяют при такой же мутности, но на малых реках.

306

При наличии ледяного покрова, а также в зарастающих руслах применяют двухточечный способ: пробы берут в точках 0,15/г и

сечению; в этом случае объем суммарной пробы должен быть не

воды забирается непрерывно по всей глубине вертикали при пере­ мещении батометра от поверхности ко дну и обратно. Этот способ, как показал опыт, менее точен. Применять его целесообразно при неустановившемся движении воды, когда происходит быстрое изме­ нение гидравлических элементов потока. В этом случае очень важно произвести измерения быстро, что и достигается при интег­ рационном способе. При взятии проб интеграционным способом не­ обходимо обеспечить равномерное перемещение прибора. Объем пробы должен быть несколько меньше емкости прибора, это слу­ жит контролем того, что собранная проба осреднила мутность по всей вертикали. Скорость перемещения прибора вдоль вертикали подбирается в каждом случае опытным путем. При средней мут­ ности воды в реке менее 50 г/м3 допустимо интеграционные пробы с отдельных вертикалей объединять в одну суммарную пробу для всего живого сечения.

Если объемы проб меньше указанных, то это может повлечь за собой погрешности вследствие потерь наносов при фильтровании. Если прибор не может взять пробу сразу в требуемом объеме, то следует брать повторные пробы. Объем каждой пробы должен быть измерен на месте.