- •Лекция n1
- •Уровни воды
- •Поперечный и продольный профили реки
- •Фазы ледового режима реки На уровенный режим рек резко влияют фазы ледового режима реки.
- •Лекция № 3.
- •Лекция № 4. Методы определения расходов воды
- •2. Вычисление расхода воды поверхностными поплавками.
- •3. Расчетный способ определения расхода воды
- •Формула Шези имеет вид
- •Лекция № 5.
- •Определение нормы стока при недостаточном количестве гидрометрических данных.
- •Лекция n8
- •Лекция № 9.
- •Лекция n10
- •Лекция n11
- •Лекция №12.
- •1. Определение минимальных расходов различной обеспеченности при наличии гидрометрических наблюдений.
- •2.Опреденление расчетных минимальных расходов при отсутсвии или недостаточности гидрометрических наблюдений.
- •Лекция n 14
- •Лекция №15
- •1. Определение минимальных расходов различной обеспеченности при наличии гидрометрических наблюдений.
- •2.Опреденление расчетных минимальных расходов при отсутсвии
Лекция № 4. Методы определения расходов воды
Расходом воды называется обьем ее, протекающий через поперечное сечение потока в единицы времени. Для крупных вотоков - рек, каналов, водосбросов гидротехнических сооружений и т.п. – расход выражается в кубических метрах в секунду; расходы малых водотоков – родников, ручьев, лабораторных лотков и пр. – в литрах в секунду.
Существующие методы определения расхода воды можно разделить на две основные группы: непосредственное измерение расхода воды и косвенное измерение расхода воды.
При косвенном определении расходов воды измеряется не сам расход (объем воды), а отдельные элементы потока, а величина расхода получается путем вычислений.
Расход воды через элементарную площадку (Рис. 1) можно выразить формулой dQ = U cos , где U - скорость в пределах элементарной площадки; - угол между направлением скорости и нормалью; - величина элементарной площадки.
Расход воды через всю площадь поперечного сечения потока будет Q =u cos d = cosu dx dy, при = 0 Q =u dx dy =udw
u-скоростной вектор; u cosα-проекция аналитическим способом: I,II,III-
скоростного вектора на нормаль номера скоростных вертикалей
к площадке
1. Вычисление расхода воды аналитическим способом. (метод “скорость-площадь). В гидрометрии наиболее распространен способ определения расходов воды, основанный на измерении местных скоростей течения гидрометрической вертушкой и площади живого сечения потока, сокращенно называемый способом «скорость-площадь» или «аналитическим способом».
Аналитический способ основан на рассечении модели расхода вертикальными плоскостями, перпендикулярными живому сечению, и определении расхода воды Q как суммы частных расходов между соседними плоскостями, проходящими через скоростные вертикали (см.рис. 2).
Расход воды вычисляется по приближенной формуле, имеющий вид
Q=KV10+1+...+n1+ K Vn n |
(4) |
где V1, V2 ,...., Vn - средние скорости на вертикалях; 0 - площадь живого сечения между берегом и первой скоростной вертикалью; 1, 2, ..., n-1 - площади живых сечений между скоростными вертикалями; n - площадь живого сечения между последней скоростной вертикалью и берегом; К - эмпирический коэффициент, величина которого для различных случаев принимается следующей:
Пологий берег с нулевой глубиной на урезе |
К 0.7 |
Обрывистый берег или неровная стенка |
0.8 |
Гладкая стенка |
0.9 |
Наличие мертвого пространства |
0.5 |
В формуле (4) каждое слагаемое представляет собой частичный расход воды: первое слагаемое - частичный расход между берегом и первой скоростной вертикалью, второе слагаемое - частичный расход между первой и второй вертикалями и т.д. Величина каждого частичного расхода вычисляется путем умножения средней скорости на вертикали на соответствующий участок площади живого сечения
Скорость течения измеряют на скоростных вертикалях. Число скоростных вертикалей и точек измерения скорости зависит от состояния водотока, глубины потока и требуемой точности вычисления расхода.
Скорости в отдельных точках живого сечения измеряются одной гидрометрической вертушкой, последовательно перемещаемой от вертикали к вертикали (рис. 3). Средняя скорость на вертикали в зависимости от количества точек измерения находят по формулам:
Рис. 3. расположение- вертушки на вертикали при детальном способе измерения.
а — в свободном русле б – в ледяном покрове.
а) при определении расхода в открытом, незаросшем водной растительностью русле:
при измерении скорости в пяти точках:
Uв = 0.05Uпов.+0.347(U0.2h+U0.6h)+0.173U0.8h+0.083Uдно |
(5) |
а при монотонном убывании скорости от поверхности ко дну
Uв = 0.1(Uпов.+3U0.2h+3U0.6h+2U0.8h+Uдно) |
(6) |
при измерении скорости в трех точках
Uв = 0.33(U0.2h+U0.6h+U0.8h) |
(6a) |
при измерении скорости в двух точках
Uв = 0.5( U0.2h+U0.8h) |
(7) |
при измерении скорости в одной точке
Uв = U0.6h |
(8) |
б) При наличии ледяного покрова и растительности:
При измерении скорости в шести точках:
Uв = 0.1(Uпов.+2U0.2h+2U0.4h +2U0.6h+2U0.8h+Uдно) |
(9) |
при измерении скорости в трех точках:
Uв = 1/3 (U0.15h+U0.5h +U0.85h) |
(10) |
при измерении в одной точке:
Uв =0.9 U0.5h |
(11) |
Другой важной характеристикой для вычисления расхода является площадь живого сечения. Площадь живого сечения определяется в результате промеров глубин русла реки по поперечному сечению (Рис. 4). На рис 4 приведены схемы к вычислению площади живого сечения. Данные промеров глубин используются также для вычисления и других морфометрических характеристик (ширина, глубина, гидравлический радиус и др.) русла реки.
Рис. 4. Схема к вычислению площади живого сечения.
В соответствии с рис. 4, частичные площади живого сечения определяются с учетом глубин на скоростных и промерных вертикалях. Например, частичная площадь живого сечения между берегом и первой скоростной вертикалью
0 =+b1 |
(12) |
частичная площадь живого сечения между первой и второй скоростными вертикалями
1 = b1 + b3 + b4 |
(13) |
и т.д.