Определение расхода воды

Расходы воды в реке можно определить различными способами. Одни из них основаны на измерении площадей живых сечений реки и определении средней скорости течения:

Q=VсрW , м³/с, (1.2)

где Vср– средняя скорость течения, м/с;

W – площадь живого сечения, м².

В других – расход определяется гидравлическими способами (водосливами) и с помощью формул.

Способы, основанные на измерении скоростей течения, применимы для всех рек с достаточными глубинами и скоростями течения, не превышающими 5 м/с. Гидравлические способы, не требующие измерения скоростей, используются для определения расходов небольших рек, каналов и горных рек с бурным течением, где применять первые способы невозможно.

Рис. 1.9. Схема к расчету расхода реки аналитическим методом

Поперечное сечение реки промерными вертикалями разбивается на ряд трапеций.

Общая площадь поперечного сечения будет равна сумме площадей отдельных трапеций

. (1.3)

Расход определяется путем суммирования расходов, тяготеющих к какой-либо скоростной вертикали

Q = ∑Vi верт.∙ ωi. (1.4)

При использовании правила трапецией суммарный расход реки при аналогичном методе определяется по формуле

(1.5)

где К1 – коэффициент, учитывающий скоростные условия крайних отсеков живого сечения русла, примыкающих к берегам (К1 = 0,5…0,9).

Расход воды в водотоках не является постоянной величиной wи изменяется во времени. Он увеличивается во время паводка или при выпадении дождей, когда увеличивается сток и в водотоке повышается уровень. Существуют зависимости Q = f(h);w = f(h); V = f(h).

При обработке результатов гидрометрических измерений для каждого водотока строят график между этим зависимостями. Целью их построения является определение расходов (Q), скоростей (V) и площади живого сечения (W) при любом увеличении или уменьшении уровня воды в водотоке. Этими кривыми пользуются для определения ежедневных расходов.

Рис. 1.10. Графики зависимостей Q = f(h); w = f(h); V = f(h).

1.7. Определение расходов гидравлическими способами

На небольших реках и ручьях, а также в осушительных каналах и дренах расход воды можно измерять водосливами.

Водослив – это искусственная преграда в безнапорном потоке, через которую происходит перелив воды. Водослив представляет деревянный или металлический щит с тонкой вертикальной стенкой, в которой сделано отверстие: прямоугольное, трапециидальное или треугольное. Толщина стенки δ < (2/3) Н, где Н – напор воды на водосливе. Гидравлическими параметрами водослива являются: напор Н, ширина отверстия b и коэффициент расхода m

Рис.1.11. Формы водосливных отверстий (b ³ 3H)

Точность измерений на водосливах ± 3 %. Водосливы устанавливаются перпендикулярно, строго отвесно. Порог водослива должен быть строго горизонтальным. Для предохранения размыва грунта и разрушения установки водосливы устраивают в виде шпунтовой стенки с вырезом по форме водослива Расход воды через водослив прямоугольной формы рассчитывается по формуле:

( (1.6)

где b – ширина порога водослива, м; Н – напор воды на водосливе, м; m – коэффициент расхода, равный 0,42…0,44; g – ускорение свободного падения.

Прямоугольный водослив с шириной порога до 1 м и вертикальными боковыми стенками при напоре над порогом водослива до 0,3 м служит для замера расходов до 0,3 м³/с.

Треугольные водосливы дают большую точность измерения и поэтому ими пользуются при малых (Q<0,5 м³/с) расходах воды. Расход определяется по формуле:

Q=1,4 Н^2,5. (1.7)

Трапециидальный водослив удобен для замера расхода воды до 1 м³/с. Расход определяется по формуле:

Q=1,86 H^1,5b. (1.8)

Измерение величины напора производят в верхнем бьефе вне кривой спада на расстояния 4Н от стойки водослива, где Н – глубина воды над водосливом.

Бьефом называется часть водоема, реки, канала, примыкающая к водоподпорному сооружению (плотине, шлюзу и др.). Бьеф с верховой стороны (по течению) называется верхним, а соответствующий ему уровень воды – подпорным уровнем. Бьеф с низовой (по течению) стороны называется нижним.

Рис. 1.12. Схема установки водослива

Объемный способ заключается в перехвате всего потока. Он применяется на малых водотоках с небольшими расходами воды, а также при измерении стока из дрен и через мосты - переезды. Расход воды (л/с) при этом измеряется с помощью мерного сосуда вместимостью V ≈ 40Q и определяется отношением объема воды V, поступившей в сосуд, к продолжительности наполнения t: Q = V/t.