Файл: Кузник, И. А. Гидрология и гидрометрия учебник для сельскохозяйственных техникумов по специальности гидромелиорация.pdf

4.Для построения кривой со = /(# ) вычисляем площади во

ного сечения со для уровней над нулем графика: 50, 100, 150, 200 и 228 см. Этим уровням соответствуют отметки: 23,0; 23,5; 24,0;

(см. рис. 111). На оси д: отложены площади в масштабе 1 деле­

зуясь рис. 1 1 1 , можно определить площадь водного сечения без промерных работ для любых уровней в пределах 0—228 см над нулем графика. Так, при уровне Н = 190 см площадь водного се­ чения со = 40,5 м 2.

ТЕМА 16. ИЗМЕРЕНИЕ И ВЫЧИСЛЕНИЕ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ И РАСХОДОВ ВОДЫ В РЕКАХ И КАНАЛАХ

56. Распределение скоростей в потоке и вы­ числение средних скоростей течения воды

Мгновенная и средняя скорость. Расход воды представляет собой произведение средней скорости на площадь живого сечения. Поэтому для определения расхода надо измерить каждую из этих величин. Измерение скоростей и их направления — самостоятель­ ная задача при изысканиях для проектирования мостов, мест во­ дозабора при орошении, водоснабжении, а также при регулирова­ нии русла и т. д.

Распределение скоростей в потоке разнообразно. В поперечном профиле скорости уменьшаются по направлению от поверхности воды к берегу и ко дну. Они замедляются вдоль потока при умень­ шении уклонов водной поверхности, при увеличении шероховатости в связи с зарастанием отдельных участков. В плесах и на перека­ тах, в основном русле и в пойме скорости различны. Они изме­ няются по величине и направлению при изменении уров­ ня в реке.

Если измерять скорость воды в одной и той же точке при по­ стоянном уровне, можно заметить, что она непрерывно меняется, несколько отклоняясь от средней величины. Иными словами, ско­ рость пульсирует. Исходя из этого, различают «мгновенную» и «осредненную» скорость. Осреднемная за более или менее продол­

212

жительное время (2 — 1 0 мин) скорость в точке устойчива по вели­ чине.

Скорости в точках и на вертикалях. Скорости измеряют в разных точках на отдельных скоростных вертикалях. По данным этих измерений вычисляют среднюю

кали, на которых измерялись скорости. По вычисленным значениям осредненных скоростей вычерчены линии одинаковых скоростей,, или из от ахи. На рис. 113 а показаны изо-тахи в поперечном профиле открытого русла, а на рис. 113 б при наличии ледяного-

21$

.покрова. В открытом русле наибольшие скорости размещаются на поверхности самой глубокой вертикали. Дополнительная шерохо­ ватость, создаваемая ледяным покровом, является причиной пере­ мещения наибольшей скорости вглубь от нижней поверхности льда.

Средняя скорость на вертикали и в живом сечении. Для опре­ деления средней скорости на вертикали в зависимости от глубины водотока, условий производства работ и характера задания при­ меняют одноточечный, двух-, трех- и пятиточечный методы изме­ рения. При одноточечном методе скорость измеряют на 0,6 глуби­ ны от поверхности. Например, при глубине вертикали Я = 2,5 м точка измерения находится на расстоянии 0,6-2,5 = 1,5 м от по­ верхности воды. Опытом доказано, что скорость в этой точке близка к средней скорости на вертикали или

где Uo, о и Ыдон — представляют скорости на поверхности и у дна. Легче всего измерять скорости на поверхности. Для перехода от поверхностной скорости к средней на вертикали вводится коэф­ фициент k, меньший единицы. В каждом отдельном случае коэф­ фициент k нужно определять опытным путем. Приближенно его

принимают равным 0,85.

Из всех приведенных формул наиболее точной является фор­ мула (124), т. е. пятиточечный метод измерения. Опыт показывает, что в большинстве случаев двухточечный метод точнее трехточеч­ ного.

При наличии ледяного покрова и водной растительности реко­ мендуется пользоваться формулой шеститочечного метода

или формулой трехточечного метода

214

Изложенный метод расчета средней скорости на вертикали является аналитическим. При многоточечном методе измерения среднюю скорость можно определять графическим способом. Вы­ черчивают эпюру скоростей (рис. 1 1 2 ) и находят площадь эпюры планиметром. Средняя скорость на вертикали представляет част­ ное от деления площади эпюры на глубину Я

Площадь эпюры можно заменить равновеликой площадьюпрямоугольника, у которого ширина равна средней скорости, а вы­ сота— глубине вертикали.

57. Измерение скоростей поплавками и вычис­ ление расхода воды

Для измерения скоростей служат поплавки, батометры, вер­ тушки и динамометры.

Конструкции поплавков. Поплавки воспринимают скорость дви­ гающей их воды. Бывают поверхностные и глубинные поплавки,,

. ип,о + «гл

в2

где ио.о — поверхностная скорость; ыгл — скорость на глубине.

215

участках рек с постоянной глубиной. Они служат для определения средней скорости на вертикали. Их свинчивают из металлических полых труб разной длины. Нижнюю часть трубы заполняют дробью для погружения поплавка на 0,95 глубины вертикали.

П о п л а в о к - и н т е г р а т о р более точно (чем шест) измеряет ■среднюю скорость на вертикали. Основная деталь его — шарик из парафина, целлулоида, дерева, воска или стеарина, удельный вес которого меньше единицы. Шарик прикрепляют ниткой, пропущен­ ной через кольцо в нижней части штанги. Нитка обрывается, а шарик всплывает через t с наверх на расстоянии I м от штанги. На одной вертикали запускают 4— 6 поплавков. Средняя скорость

.на вертикали

'Ll

Измерение скоростей течения поплавками. Для измерения ско­ ростей разбивают три створа на равном расстоянии друг от друга

•опережая поплавок, и сигнализирует в момент прохождения его че­ рез створ. По размеченному тросу определяют место прохождения поплавка в створе.

При ширине русла, превышающей 50 м, время и место прохо­ ждения поплавка через створ наблюдатель фиксирует с лодки. При ширине русла, большей 200 м, работу ведут без тросов, а по-

.ложение поплавков засекают угломерным инструментом или мен­ зулой. Время прохождения поплавка через верхний и нижний ■створы засекают секундомером. Поплавки пускают с таким расче­ том, чтобы распределить их равномерно в среднем створе по 2—4 поплавка в точке. Во время ледохода поплавками служат отдель­ ные небольшие льдины. Скорости измеряют в тихую безветренную

216