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

скую глубину на пороге водослива: А1ф =4 13,3— 10,5 = 2,8 и 2) глу­ бину подтопления порога h„ = 12,0— 10,5=1,5 м. Так как /гкр> > /г п (2,8>1,5), то истечение через водослив незатопленное.

238

Подставляя в формулу (143) значения расчетных величин, нахо­ дим расход воды

Q = 0,97■ 5,6• 3,0]Л2-9,81 -(3,5 - 3,0) = 51,0 м3 с.

Упражнение 32. Рассчитать максимальный расход суходола. Да но : поперечный профиль оврага (рис. 125), полученный пу­

тем нивелирования при полевом обследовании, и отметка уровня высоких вод 114,97 м, установленная путем опроса старожилов. Продольный уклон дна, заннвелированный на 500 м вверх и 500 м

оврага b = 37,9 — 7,5 = 30,4 м.

Скорость v вычисляем по формуле (28). Для широкого и не-

С определяем по формуле Павловского.

При 1< Д -< 3,0, j / =l , 3 Ум. Коэффициент шероховатости п =

По формуле (28) v = 26,5 У 1,24 • 0,0036 = 1,77 м/с. Максимальный расход Qmax = 1,77 • 37,8 = 66,9 м3/с.

ТЕМА 18. СВЯЗЬ МЕЖДУ РАСХОДАМИ И УРОВНЯМИ ВОДЫ

65. Кривые зависимости между расходами и уровнями воды

Кривая расходов. Наблюдения на водомерных постах за уров­ нями ведутся ежедневно, а при значительных колебаниях уровня — несколько раз в сутки. Измерение же расхода воды очень сложно, поэтому его выполняют более редко, через определенные интерва­ лы колебаний уровней (на подъеме и спаде). Расходы и уровни тесно связаны. Обычно при увеличении расхода уровень повыша­ ется, и наоборот, при уменьшении расхода уровень понижается. Поэтому на основании выполненных измерений можно построить кривую зависимости между расходами и уровнями, которая сокра­ щенно называется кривой расходов. Аналитически кривая выра­ жается уравнением Q = f{H).

Построение кривой Q = f (Н) для открытого русла. Измерен­ ные расходы воды и гидравлические элементы водотока (площади живых сечений, средние скорости, уклоны) заносят в ведомость «Измеренные расходы воды» (см. упражнение 33). Перед тем как

239

приступить к построению кривой расходов, необходимо проанали­ зировать исходные материалы. Опорными являются расходы, изме­ ренные вертушкой пятиточечным способом. Менее достоверны расходы, измеренные сокращенным способом и поплавками. При

может отразиться на величине измеренного расхода воды. Кривую расходов строят следующим образом. На листе милли­

метровой бумаги формата 203X288; 288X407 пли 407X576 по оси ординат откладывают вычисленные отметки рабочих уровней

Рис. 126. Кривые расходов, площадей живого сечения

искоростей в зависимости от уровней.

О— расходы, измеренные в открытом русле: А — расходы, из­

меренные под ледяным покровом.

за время измерения каждого расхода. Уровни принимают обычно над нулем графика. По оси абсцисс откладывают измеренные при соответствующих уровнях расходы воды. Масштабы уровнен и расходов выбирают так, чтобы угол наклона кривой к осям коор­ динат не был слишком острым (около 40 — 45°). В точке пересе­ чения координат вычерчивают кружок, возле которого выписыва­ ют номер расхода. Обычно точки расходов образуют неширокую полосу (рис. 126). Ширина полосы определяет рассеяние или раз­ брос точек из-за допущенных ошибок измерения (2 — 5% величины расхода) или из-за колебания гидравлических элементов водото­ ка (уклонов, шероховатости русла и т. д.). Все нанесенные точки разбивают по отдельным интервалам на группы. В каждой группе точек по среднеарифметическому из уровней и расходов опреде­ ляют центр тяжести. Центры тяжести всех групп соединяют плав­ ной кривой.

240

На этот же лист бумаги наносят и кривые площадей живых се­ чений со = /1 (Я) и средних скоростей v = f 2 (Я). Кривые вычерчи­ вают с некоторым смещением нуля по оси абцпсс. Так как Q = = сои, то для проверки вычерченных кривых надо снять с чертежа соответствующие значения Q, со и v и сопоставить Q с произведе­ нием сон. Однако уклоны на подъеме паводка обычно бывают боль­ ше, чем на спаде. Поэтому скорости течения и расходы воды при

отношение зимнего расхода к летнему k = -%- . Для этого необхо-

димо построить хронологический график изменения k за зимний период. С этой целью учащают измерения зимних расходов и для каждого из них вычисляют значение /г. Значение k изменяется от единицы при открытом русле до нуля, когда река промерзает до дна. Полученные значения k наносят на график (рис. 127), где ось абсцисс соответствует времени с начала появления заберегов до полного очищения реки ото льда, а ось ординат — значениям &.

Вычисление расходов для зарастающего русла. Методика вы­ числения очень сходна с изложенной для зимнего периода. Зара­ стание начинается после спада весеннего половодья, усиливается во время вегетации, а с понижением температур и появлением льда прекращается. Растительность уменьшает площадь живого сече­ ния и увеличивает шероховатость русла, вследствие чего умень­ шаются расходы по сравнению с измеренными в чистом русле.

Для определения расходов воды в зарастающем русле вычер­ чивают хронологический график изменения переходных коэффи­

циентов k = - Q-- , где индексами «зар» и «св» обозначено зарос­

241

шее и свободное русло. Хронологический график подобен графику, показанному на рис. 127 для зимнего периода.

Построение кривой расходов при переменных уклонах. Уклоны в реке могут сильно меняться во время ледохода. Заторы льда вызывают подъем уровня, сопровождающийся уменьшением укло­ нов. При прорыве заторов уклоны возрастают. В устье при повы­ шении уровня воды в главной реке возможен подпор на притоке и уменьшение уклонов. Переменные подпоры возникают от гидро­ технических сооружений, расположенных ниже по реке.

На рис. 128 показана кривая расходов в устье р. Большого Иргиза у с. Малая Выковка в условиях переменного подпора от

Нем

Рис. 128. Кривая расходов в условиях переменного под­ пора на р. Большой Иргиз у с. Малая Быковка.

Волги. На участке ОВС проходило нормальное половодье в усло­ виях свободного русла. От точки С начиналось повышение уровня Волги, а вместе с тем и подъем уровня на Большом Иргизе при одновременном уменьшении расходов воды. В точке D уровни Волги и Большого Иргиза были одинаковыми. Уклон равен нулю. При дальнейшем повышении уровня р. Волги вода потекла от Волги к Большому Иргизу. Поэтому расход на участке DE — от­ рицательный. По мере освобождения Большого Иргиза от подпора Волги происходило увеличение уклонов и возрастание расходов. От точки К спад уровней Большого Иргиза был нормальным.

Для исключения влияния уклонов, по предложению Н. А. Ржаницына, строят кривую

242

где h — падение, или разность, уровней в створах Большого Иргиза и Волги. Кривая -^= = f (Я) показана на рис. 128.

В формуле (149) ]//г можно заменить у/, тогда она примет вид

- р т ='<">■

Кривые расходов при неустойчивом русле. На рис. 129 а в по­ перечном профиле реки линией 1 показано дно размытого русла, а линией 2 — дно намытого русла. В русле измерен расход Q при уровне АВ. В случае размыва русла этот расход будет при более

поправки к наблюденному уровню на высоту размыва или на­

жутках между измерениями расходов воды. Из всех измеренных

Рис. 129. Приведение промеров к основному сечению.

А — поперечный профиль-

3 на рис. 129 б). На этот же чертеж наносят точки на основании промеров, выполненных одновременно с измерением расходов, а также и специальных промеров между расходами. Так как рус­ ло меняется, точки измерений будут отклоняться от основной кри­ вой 5. Например,. точка а легла ниже основной кривой. Уровень, понизился, по-видимому, вследствие размыва русла. Поэтому для

вок (рис. 130).

Кривую расходов строят по измеренным расходам и исправ­ ленным уровням Яи (рис. 130 б ). Зная поправки по хронологи­ ческому графику и наблюденный фактический уровень, определя­ ют Яи и соответствующий ему расход по кривой Q — f (Яи).

243