3.3. Режим расходов

Расходом называется объем воды, проходящей в единицу времени через данное живое сечение потока. Расход воды зависит от скорости течения воды и площади живого сечения водотока.

Скорость движения воды в реке можно рассчитать по формуле Шези:

 = С, (8)

Существует множество экспериментальных методов измерения скорости течения воды.

Определение скорости движения воды поплавками. Для этого на прямом участке реки выбирают место, где нет подпора воды. На выбранном участке реки разбивают три створа: верхний В, средний С и нижний Н (рис.6).

Расстояние между крайними створами L принимается приблизительно равным трех-четырех кратной ширине реки. Кроме того, время прохождения поплавка между верхним и нижним створом должно быть не менее 20 с. Для пуска поплавков выше верхнего створа на расстоянии 0,2 L намечают пусковой створ. Положение створов закрепляют вешками, устанавливаемыми на берегах реки и урезах воды. На маленьких речках между вешками, установленными возле урезов воды, натягивают канат.

Рис. 6 Схема разбивки створов

Для измерения скорости течения в воду, несколько выше пускового створа, на середине реки бросают раздельно 10 поплавков. Время прохождения поплавком пути от верхнего до нижнего створа определяют по секундомеру. После этого производят детальные промеры живых сечений на створах. Для этого через определенные расстояния (0,1 - 1,0 м и более) производят промеры глубин воды. Чем уже река, тем меньше расстояние между промерами (рис.7).

Рис. 7. Схема промера живого сечения реки

Далее определяют площади живых сечений и смоченные периметры на каждом створе. Площадь живого сечения створа определяется как сумма площадей элементарных геометрических фигур (трапеций и треугольников), а смоченный периметр - как сумма гипотенуз прямоугольных треугольников. Средние значения живого сечения и смоченного периметра определяют по формулам:

_ср =; (9)

χ_ср = (10)

где  и  - живое сечение и смоченный периметр верхнего (в), среднего (с) и нижнего (н) створов.

Далее по двум поплавкам, прошедшим расстояние между крайними створами наиболее быстро, вычисляют среднюю поверхностную скорость потока.

_пов = L / t ( м/с ). (11)

Переход от средней поверхностной скорости _пов к средней скорости потока  осуществляется через переходный коэффициент К₁ .

 = К₁ _пов. (12)

Значение коэффициента K₁ зависит от уровня воды, шероховатости русла, уклона дна:

K₁ = , (13)

где С - скоростной коэффициент формулы Шези.

Скоростной коэффициент определяется по формулам Н.Н. Павловского или И.И. Агроскина (см. учебник). Для приближенных расчетов скоростной коэффициент можно определить по формуле Базена:

С = , (14)

где  - коэффициент шероховатости русла (для чистых земляных русел  = 1,3; для заросших русел  = 1,75); R - гидравлический радиус, м

R =  /  , (15)

где  - живое сечение реки, м²;  - смоченный периметр, т.е. длина подводного контура поперечного сечения потока, м.

Расход воды определяется по формуле

Q =  , (16)

где Q - расход воды, м³ /с;  - средняя скорость течения воды, м/с;  - площадь поперечного сечения, м².

Задание 5. Определить скорость и расход воды в реке. Дано: расстояние между крайними створами L = 16 м, время прохождения брошенных в воду 10 поплавков 37, 32, 29, 35, 31, 27, 26, 34, 33, 27 с.

Промеры живых сечений следующие: