 |
Определение расходов воды в открытых водотоках методом поплавков
|
|
|
|
Расход воды в открытых водотоках (Q) обычно находят через живое сечение (W) и среднюю скорость потока (V) по формуле:
Q = W × V, (3.1)
Живое сечение — плоскость, перпендикулярная направлению течения воды, ограниченная профилем русла и уровнем воды. В естественных водотоках живое сечение имеет обычно неправильную форму, поэтому для его определения водоток разбивают на элементарные фигуры промерами глубины через определенные расстояния (рис. 1, б). Площадь живого сечения равна сумме площадей этих элементарных фигур (треугольников, трапеций и пр.).
а)
б)
Рисунок 1 - Разбивка створов (а) и промеры живых сечений (б)
Скорость течения воды определяют различными способами. На небольших водотоках скорость определяют вертушками, поплавками. Ниже приводится пример определения скорости поплавками.
На водотоке выбирают прямолинейный незаросший участок без подпора воды. На выбранном участке разбивают три створа (рис. 1,а). Расстояние между крайними створами должно равняться приблизительно трех-четырех-кратной ширине реки. Кроме того, поплавок должен проходить это расстояние не менее чем за 25 секунд. Бросают на середину реки 10 поплавков или более на расстояние 1 — 2 м и выше верхнего створа, где наибольшая скорость воды. Секундомером засекают время прохождения каждого поплавка через верхний, средний и нижний створы. После этого проводят детальные промеры живых сечений на каждом створе (рис. 1, б).
Ход расчетов виден из примера.
ПРИМЕР. Определить расход воды по следующим данным: расстояние между крайними створами h = 12 м, время прохождения брошенных в воду поплавков: 32, 29,36,30,28,35,31,33,30 и 32 сек.
Среднее время tср. равно среднему из двух наименьших значений:
|
|
|
tср = (29 + 28)/2 = 28.5 сек.
Максимальная поверхностная скорость:
Vпов = h/tср = 12/28.5 = 0.42 м/сек
Промеры живых сечений на створах следующие:
| Верхний створ: | ||||||||||
| Расстояние от уреза воды, м | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | |||
| Глубина воды,м | 0.15 | 0.29 | 0.41 | 0.36 | 0.22 | 0.10 | ||||
| Средний створ: | ||||||||||
| Расстояние от уреза воды, м | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 2.9 | ||||
| Глубина воды, м | 0.11 | 0.40 | 0.40 | 0.42 | 0.21 | |||||
| Нижний створ: | ||||||||||
| Расстояние от уреза воды, м | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.1 | |
| Глубина воды, м | 0.16 | 0.28 | 0.40 | 0.46 | 0.40 | 0.25 | 0.25 | 0.05 |
Площадь живого сечения W определяют как сумму элементарных фигур (трапеций, треугольников), а смоченный периметр c — как сумму гипотенуз прямоугольных треугольников.
В нашем примере:
Wв = 0.76 м2 cв = 3.59 м
Wс = 0.76 м2 cс = 3.10 м
Wн = 1.09 м2 cн = 4.22 м
Wср = (Wв + 2Wс + Wн) / 4 = 0.84 м2
cср = (cв + 2cс + cн) / 4 = 3.50 м2
Для вычисления расхода воды необходимо от поверхностной скорости перейти к средней скорости течения воды, что осуществляется через переходной коэффициент К1:
V = Vпов × К1; К1 = С / (C + 14);
где С — скоростной коэффициент формулы Шези. Определяется по формулам Н.Н. Павловского, И.И. Агроскина и Базена. По формуле Базена:
С = 87 / (1 + g / ÖR),
где g — коэффициент шероховатости, для чистых земляных русел;
R — гидравлический радиус.
R = Wср / cср = 0.84 м2/3.50 м = 0.24 м
Ö R = Ö 0.24 = 0.50;
С = 87 / (1 + 1.30/0.50) = 24.2;
К1 = 24.2 / (24.2 + 14) = 0.63;
V = 0.63 × 0.42 = 0/27 м/сек;
Q = Wср × V = 0.84 × 0.27 = 0.23 м3/сек.
Гидравлические расчеты проводятся для определения размеров поперечных сечений водоприемников, каналов и сооружений, проверки их устойчивости против размыва и заиления, а также увязки расчетных горизонтов воды в каналах и водоприемниках, условий вертикального сопряжения элементов осушительной сети.
Для расчета проводящих каналов применяется следующая формула равномерного движения:
|
|
|
Q = W × V = W × C 
, (3.2)
где Q — расход воды, м3/сек;
W — площадь живого сечения, м2;
V — средняя скорость потока, м/сек;
C — скоростной коэффициент;
R — гидравлический радиус, м;
J — уклон дна канала.
Скоростной коэффициент С определяется по формуле:
а) Академика Павловского:
С = I×Ry/n, (3.3)
где y = 2.5 Ön - 0.13 - 0.75ÖR (Ön -0.10).
Для практических расчетов допускается определение по приближенным формулам:
y» 1.5 Ön при R до 1.0 м;
y» 1.3 Ön при R более 1.0 м.
б) Проф. Агроскина:
С=I/n+17.72lgR, (3.4)
где n — коэффициент шероховатости;
R — гидравлический радиус, м.
Примечание.1. Формулой акад. Павловского можно пользоваться при величинах R от 0.1 до 3 м и n от 0.011 до 0.04, а в остальных случаях необходимо пользоваться формулой проф. Агроскина.
2. Значение коэффициентов шероховатости n, скоростных коэффициентов С и допустимых скоростей течения воды даны в приложениях 1, 2 СНиП 2.06.03-85.
|
|
|
