где |
Rc-p- сут — средний суточный расход |
взвешенных наносов, |
рав |
ный |
QKpen |
(здесь Q в м3 /с, р е д в г/м3 , #С Р . |
дек в кг/с). |
под |
4. Вычисляют сток взвешенных наносов. Для этого сначала |
считывают |
величины стока наносов по декадам, а затем суммиро |
ванием определяют величину годового стока. Для получения |
стока |
Рис. 24.12. Возможные случаи связи средней |
мутности реки |
и мутности контрольных единичных |
проб. |
наносов за декаду необходимо подсчитанную ранее величину рас хода наносов (среднюю за декаду) умножить на число секунд в де каде, т. е. на 8,64105. Такие вычисления проводятся для каждой декады года, полученные величины суммируют. Величину годового стока взвешенных наносов выражают обычно в тоннах.
Следует иметь в виду, что зависимость Рср=/(ред) |
в отдельных случаях мо |
жет получаться более сложной. Примеры такой более |
сложной связи показаны |
на рис. 24.12. |
|
На рис. 24.12 а показан случай, когда точки р с р и Род располагаются так, что по ним можно провести две прямые, проходящие через начало координат. Такое расположение точек возможно, если в течение года было изменено место взятия единичных проб или при неизменности места взятия проб был перенесен гидрометрический створ. В этом случае зависимость между мутностью единичных
|
|
|
|
|
|
проб и средней мутностью реки выражается |
двумя уравнениями: р С р = /С/ред и |
Рср = -К.г7ред, каждое из которых |
соответствует определенному |
периоду времени. |
На рис. 24.12 б и в |
показаны случаи, |
когда при малых |
мутностях связь |
р с р = / ( р с д ) выражается |
прямой, |
проходящей |
через начало координат, а |
в даль |
нейшем— прямой, не проходящей |
через начало координат. Такой вид |
зависи |
мости возможен при недостаточной точности измерений малых значений мутности или в случаях изменения характера перемещения взвешенных наносов в различ ные периоды года. Зависимость Рср=/(РеД ) при этом может быть выражена двумя уравнениями:
для |
случая б |
|
|
|
прямая / |
рср = /'С7рсд и прямая / / |
рср = /С/7РеД +а, |
для |
случая в |
|
|
|
прямая / |
Рср = /С/род и прямая II Рср = Я^/РеД — а. |
В этих уравнениях |
величина а представляет |
собой отрезок на оси абсцисс |
от начала координат до точки пересечения прямой //; его величина определяется после проведения прямых путем непосредственного измерения на чертеже. Вели чина коэффициента Кл определяется по формуле
Рср ± а.
Средние декадные расходы наносов в этих случаях вычисляются по фор мулам:
прямая / Лср.дек=0,1/С,(О,Ред1 + <?2Ред2 + ••• + ОюРед ю) • 0,001,
прямая / / |
|
|
|
|
#ср . дек= |
[°.'/<// (<?1Ред1 + |
@2?ед 2 + |
••• + ФюРед К)) ± |
|
± |
0,1а « 3 , - 1 - 0 2 + |
. . . + Q i 0 |
) l -0,001. |
|
В последней формуле знак перед вторым членом в квадратных скобках ста |
вится в зависимости от знака при параметре а (для случая б—плюс, |
для слу |
чая б — минус). |
|
|
|
|
На рис. 24.12 г и д показаны случаи такого |
расположения точек, |
когда по |
ним проводятся прямые, не проходящие через начало координат. Эти случаи вызываются неправильным выбором места взятия единичных проб в периоды ма лой мутности и нарушениями в методике работ.
В отдельных случаях получается беспорядочный разброс точек на графике, что может быть обусловлено грубыми нарушениями методики работ или естест венным непостоянством связи, что бывает в условиях рек с блуждающим руслом.
Вычисление стока взвешенных наносов по графику зависимости между расходами воды и расходами взвешенных наносов. Этот способ применим при наличии большого количества измеренных расходов наносов во все фазы гидрологического режима, т. е. на подъеме, пике и спаде весеннего половодья и дождевых паводков, а также в летнюю и зимнюю межени. При соблюдении этого усло вия все участки зависимости R = f(Q) достаточно освещены. Этот способ рекомендуется применять при вычислении стока больших и средних рек с весенним половодьем и устойчивой меженью. Для учета стока наносов в нижних бьефах зарегулированных рек этот способ не рекомендуется.
Для подсчета стока наносов строится график зависимости ме жду измеренными расходами воды и измеренными одновременно
сними расходами взвешенных наносов (рис. 24.13).
Врасположении нанесенных точек обычно наблюдается законо мерность, позволяющая провести по ним плавную кривую. Такая кривая чаще всего имеет петлеобразный вид. В отдельных случаях
получаются более сложные формы |
кривой, состоящей из двух н бо |
лее петель, которые соответствуют |
паводкам: правая |
нижняя ветвь |
петли — подъему, левая верхняя.— спаду. Каждая |
ветвь кривой |
относится к определенному периоду |
времени. |
|
им3/с
31 VII
иоооо
30000
20000
10000
Ш800 1200 1600 2000 2Ш 2800 R кг/с
Рис. 24.13. Зависимость R=f(Q) |
(р. Обь у г. Сале |
харда) . |
|
Для подсчета стока наносов с построенного графика снимаются значения средних суточных расходов взвешенных наносов по зна чениям средних суточных расходов воды. При этом необходимо пользоваться теми участками кривой R = f(Q), которые соответст вуют датам определения расходов. Полученные таким путем сред ние суточные расходы наносов суммируются по декадам, после этого вычисляются средние декадные расходы наносов.
|
|
|
|
|
|
|
|
Годовой сток наносов получается суммированием |
вычисленных |
величин стока наносов за все декады года. |
|
|
При подсчете стока взвешенных |
наносов за ряд лет необходимо |
для |
каждого |
года иметь график |
связи ред = /(ред) |
или R = f(Q). |
В отдельных |
случаях эти связи |
могут |
оказаться устойчивыми, то |
гда |
по ним при необходимости |
можно |
производить |
подсчет стока |
наносов и за предшествующие годы. |
|
|
|
Глава 25
ИЗУЧЕНИЕ СТОКА ДОННЫХ НАНОСОВ
25.1. Приборы для взятия проб донных наносов
Для изучения стока донных наносов применяют специальные приборы — наносоуловители, называемые донными батометрами. Принцип действия их заключается в следующем: прибор устанав ливается на дне и в течение определенного времени улавливает
влекомые наносы на участке дна, по ширине равном входному от верстию прибора. После подъема прибора определяют объем и вес пробы, а также проводят ее анализ.
Существует большое количество конструкции донных батомет ров, большинство из которых уже вышли из употребления из-за различных недостатков. Но и применяемые в настоящее время ба тометры нельзя признать совершенными—они еще не обеспечи вают достаточной точности измерения. Несмотря на кажущуюся простоту принципа действия донного батометра, создание такого прибора, обеспечивающего достаточную точность измерении, ока зывается делом весьма сложным.
Основные трудности в создании донного батометра сводятся
кследующему:
1)при установке прибора на неровное дно трудно получить хо рошее сопряжение приемной части прибора с дном. Наличие не ровностей дна, в том числе песчаных гряд, приводит к тому, что наносы могут частично пойти под прибор, а при вдавливании
прибора |
в дно поступление в него наносов будет преувели |
ченным; |
|
2) прибор, поставленный на дно потока, нарушает скоростное
поле в придонном слое, а следовательно, и перемещение |
наносов |
по дну; |
|
|
3) донные наносы двигаются неравномерно, |
а в ряде |
случаев |
и с перерывами; |
|
|
4) положение прибора на дне потока, а также |
работу его в мут |
ной воде или при большой глубине невозможно |
контролировать. |
Из ранее применявшихся батометров следует отметить бато метры В. Н. Гончарова, М. К- Пастрюлнна, Б. В. Полякова, бато метр-ванночку Б. А. Аполлова, а также батометр В. М. Сокольни кова, сконструированный по типу ванночки Аполлова. В настоящее время эти приборы почти полностью вышли из употребления, од нако опыт их применения и отдельные удачные решения конструк тивных элементов были использованы при создании новых при боров.
Дальнейшее развитие методики измерения донных наносов должно, по-видимому, основываться на использовании новых фи
зических |
принципов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Батометры для донных наносов подразделяются на две группы: |
1) батометры для мелких донных наносов |
(песок, гравий) |
и 2) ба |
тометры для крупных донных наносов |
(гравий, |
галька). |
|
|
Батометры для мелких донных наносов. Из батометров этой |
группы в настоящее время применяется |
|
в |
основном |
батометр |
«Дои», хотя он уже снят с промышленного |
производства. |
|
|
Б а т о м е т р «Дон» (рис. 25.1). В |
приборе |
обобщены |
наиболее |
удачные |
конструктивные детали |
батометров |
Полякова, Гончарова |
и Пастрюлина, а также учтен опыт их применения. |
|
|
Батометр может |
применяться |
в руслах |
с песчаными |
и |
граве- |
листыми |
наносами |
диаметром |
до |
1 см. |
|
Вес батометра |
около |
30 кг. Он опускается на дно с |
помощью |
лебедки, применим при |
скоростях течения до 1,5 м/с и глубинах до 20 м. Им можно |
поль |
зоваться и при больших |
скоростях, но при этом необходимо делать |
оттяжки или увеличивать вес груза. |
|
Батометр «Дон» состоит из двух основных частей: ловушки и |
кожуха. Ловушка представляет собой съемное дно прибора |
и со |
стоит |
из плоского лотка |
1 длиной 70 см, в который вкладывается |
рама |
2 с жалюзийнымп |
перегородками. Передняя часть лотка об |
разует трамплин, несколько выступающий перед входом в |
лоток. |
На бортах лотка с каждой стороны имеются по два ушка, |
за ко |
торые ловушка прикрепляется к кожуху 3 прибора. |
|
Кожух представляет |
собой коробку в виде усеченного |
клина. |
В передней части кожуха имеется дверца 4, прикрывающая |
вход |
ное отверстие батометра |
при подъеме. Когда батометр находится |
на дне, дверца при помощи пружины откидывается на верхнюю стенку кожуха. Задняя стенка кожуха имеет в верхней части вы ходное отверстие, перекрываемое дверцей при подъеме батометра. Обе дверцы приводятся в действие одновременно при помощи
тросика и пружины. За выходным отверстием кожуха расположен |
раструб 5, через который вода выходит из батометра. |
груз 6 |
На верхней плоскости кожуха расположены: чугунный |
в виде пластины, укрепленной болтами; руль 7, служащий |
для ус |
тановки прибора по направлению течения; подвес в виде полой втулки 8, внутри которой установлен подвижной стержень с коль цом для подвеса батометра на тросе посредством карабина. В ниж ней части стержня подвеса укреплен ролик, через который пропу щен тросик, открывающий дверцы. Штифт 9 служит для удержа ния дверец открытыми при опускании батометра. При установке прибора на дно дверцы остаются открытыми, а в момент начала подъема они захлопываются натяжением несущего троса, чем пре дохраняются от смыва осевшие в ловушке наносы. На боковых плоскостях кожуха имеются по две задвижки, посредством которых кожух скрепляется с ловушкой и образует единое целое.
Площади входного и выходного отверстий батометра одина ковы. Скорость потока при входе в батометр примерно равна ско рости течения в месте установки прибора. Внутри прибора ско рости уменьшаются ввиду плавного увеличения площади живого сечения, что способствует осаждению наносов. Исследования ра боты прибора, проведенные Г. И. Шамовым, показали, что бато метр не оказывает существенного влияния на скоростной режим потока у входного отверстия.
Время выдержки прибора на дне принимается с таким расче том, чтобы объем проб составлял 30—500 см3 , или 50—750 г по весу. Выдерживать батометр на дне более 10 минут не рекоменду ется во избежание подмыва.
Батометр «Дон» при ряде положительных качеств имеет и не достатки: соединение кожуха с лотком посредством задвижек не удобно и недостаточно надежно — лоток может отделиться и по теряться; прибор в целом громоздок и тяжел; применение его при больших скоростях затруднительно.
Как было установлено некоторыми исследователями (В. Е. Лю бимовым и др.), батометр «Дон» дает преуменьшенные величины расходов донных наносов по сравнению с вычисленными на осно вании периодических промеров песчаных гряд.
Некоторые |
усовершенствования |
приборов этого типа осуществлены в дон |
ном батометре |
конструкции ЦНПИС |
(рис. 25.2), устройство и опыт применения |
которого были описаны А. И. Кадукпным [33]. Испытания этого батометра про водились при скоростях течения до 3 м/с и глубинах до 20 м и показали, по
свидетельству |
указанного автора, что прибор имеет преимущества по сравнению |
с батометром |
«Дон» как в удобстве применения, так и в надежности получаемых |
результатов измерений. Однако прибор |
обладает сравнительно |
большими |
раз |
мерами н весом (60 кг). Промышленное |
изготовление батометра |
ЦНИНС не |
на |
лажено. |
|
|
|
|
Рис. 25.2. Батометр конструкции ЦНИИС.
Батометры для крупных донных наносов. Для взятия проб дон ных наносов, состоящих из гравия и галечника, имеется несколько разновидностей батометров, предназначенных для применения в ос новном на горных реках. Учет стока наносов горных рек в значи тельной мере осложняется неоднородностью состава влекомых на носов по крупности фракций, значительными неровностями дна, сложенного галечно-валунными отложениями, а также большими скоростями течения.
Универсального прибора, посредством которого было бы воз можно полностью учесть движение влекомых наносов на горных реках, не существует. Основную массу донных наносов горных рек обычно составляют галька и гравий, поэтому батометры для гор ных рек разрабатываются с учетом возможно более полного улав ливания именно этих фракций. Основной частью таких батомет ров, применяемых как в нашей стране, так и за границей, явля ются сетчатые мешки или ящики.
Б а т о м е т р Г. И. Ш а м о в а (рис. 25.3) состоит из корпуса, сетчатого ящика, крышки на выходном отверстии корпуса, руля и приспособления для опускания и подъема.
Корпус имеет 'обтекаемую форму и выполнен из листового же леза. Очертание верхней поверхности корпуса наклоном вперед способствует плотному прилеганию прибора ко дну ввиду возник новения составляющей гидродинамического давления потока, на правленной вниз. Размеры входного отверстия батометра 20X
