Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Определение скорости течения реки




Определение скорости течения реки

Скорость течения представляет собой путь, пройденный частицами воды за единицу времени, и измеряется в метрах за одну секунду (м/с). Знать скорость течения необходимо для вычисления расхода воды.

Для измерения скорости используются поплавки и гидрометриче­ские вертушки. Поплавками можно измерять скорость как в поверхно­стном слое, так и на различных глубинах. Поэтому поплавки бывают поверхностные и глубинные.

Поверхностные поплавки могут иметь вид кружков диаметром 10-15 см и толщиной 3-5 см, отпиленных от бревна. Поверхностными поплавками могут быть также бутылки, частично наполненные водой и закупоренные пробкой с цветным флажком (рис. 5-3). Размер и фор­му поплавков следует подбирать так, чтобы они не обладали большой парусностью, т. е. как можно меньше возвышались над водой, и в то же время хорошо были видны с берега. Для лучшей видимости поплавки

окрашивают в белый или красный (оранже­вый) цвет. Ограничиваются, как правило, 3-5 поплавками.

Рис. 5-3. Бутылочный поплавок

Измерение скорости течения поверхност­ными поплавками рекомендуется проводить при безветренной погоде. Выбирается пря­мой участок реки и разбивается на створы. Необходимо иметь четыре створа: пусковой, верхний, главный и нижний. На каждом из створов устанавливают по 4 вехи, попарно на каждом берегу. Каждая пара вех должна

Гидрологические исследования


п кс но вой

Лсэлчий х стьор ивор Ji\6/'

су ьор                     Ss^" ^ У^

\                        ^^           Рис. 5-4. Расположение створов

быть поставлена перпендикулярно к направлению течения реки. Рас­стояние между вехами у всех пар берется одинаковым (например, 5 м).

Створы также должны находиться на равном расстоянии друг от друга, составляющем 1-3 ширины реки каждое (рис. 5-4). Поплавки забрасываются с пускового створа последовательно: сначала ближе к левому берегу, потом на середине реки, затем ближе к правому берегу. Каждый последующий поплавок запускается после того, как предыду­щий прошел все три створа.

Время прохождения поплавков через низовой и верховой створы от­мечается на секундомере по сигналам, подаваемым наблюдателями, стоящими на каждом створе. Для определения скорости поплавка его путь делится на время его движения.

Измерение расхода воды поплавками

 

 

 

 

по-

Место

прохождения

через средний

створ от пост.

начала, м

Отсчет времени прохода поплавков через створ

Время

прохождения

поплавков,

сек.

Примечание

плав­ков верхний средний нижний
2 3 4 5 6            

Расстояние между створами:

Верхним и средним____ м;

Средним и нижним_______ м;

Верхним и нижним_________ м;

Общая длина пути________ м.

Средняя скорость вычисляется сложением скорости всех поплавков и делением на их количество. Результаты записываются в журнал из­мерения поверхностных скоростей течения реки.

Образец журнала измерения поверхностных скоростей течения реки

 

№ поплавка Расстояние, м Время, с Скорость течения, м/с Средняя скорость, м/с
0, 71  
0, 76 0, 71
0, 68  

Для измерения скорости течения на разных глубинах используют двойные поплавки. В качестве глубинных поплавков могут быть ис­пользованы две бутылки. Бутылки привязывают одну к другой верев­кой, длина которой зависит от глубины измерения скорости. Нижняя бутылка наполняется водой и закупоривается пробкой. В верхнюю бу­тылку насыпается песок в таком количе­стве, чтобы верхняя ее часть находилась над водой, и она тоже закупоривается пробкой (рис. 5-5). Скорость движения - верхней бутылки указывает на среднюю скорость обеих бутылок. Чтобы опреде­лить скорость на определенной глубине,

_____________  ___  например на 0, 2h(h-глубина реки), нуж­
но знать поверхностную скорость (Vtiob) и
среднюю скорость двух бутылок (Vcp), из
которых нижняя опускается на глубину
0, 2 h. Тогда скорость на этой глубине оп­
ределяется по формуле: V0, 2h = 2 Vcp -
Vпов.

Рис. 5-5. Двойной поплавок из бутылок

Таким же способом можно определить скорость на глубине 0, 6 h, 0, 8 h и т. д.

Наиболее точный способ измерения

Гидрологические исследования


скорости течения - при помощи гидромет­рической вертушки, Измерение скорости течения вертушкой производится на ско­ростных вертикалях, которые распреде­ляются на поперечном профиле через 5-10 м. Если глубина реки не превышает 3 м, вертушка опускается на определен­ную глубину на жесткой штанге; если глу­бина превышает 3 м - то на веревке или тросе.

Рис. 5-6. Гидрометрическая вертушка

Замеры скоростей принято проводить у поверхности, на глубинах 0, 2 h, 0, 6 h, 0, 8 h и у дна. Продолжительность измерения скорости в отдельных точках должна быть не менее 100 сек. Установив вертушку на определенной глубине, пропускают 1-2 сигнала, включа­ют секундомер и считают количество сигналов. Сигнал, по которому включен секундомер, в счет не принимается. Число оборотов в секунду вычисляют путем деления суммарного числа оборотов на общее коли­чество секунд. Сначала вычисляют суммарное количество оборотов (N) путем умножения числа оборотов за сеанс на число сеансов (А). Затем сумма оборотов делится на продолжительность наблюдений в секундах (t) и определяется число оборотов в секунду (n): n=NA/t.

В тарировочной таблице по определенно­му числу оборотов в секунду находится соот­ветствующая величина скорости течения во­ды. На основании полученных скоростей в отдельных точках можно вычислить сред­нюю скорость по вертикали.

Рис. 5-7. Эпюра скоростей

Распределение скоростей по глубине изображается в виде годографа скоростей. При вычерчивании графика на вертикаль­ной оси откладываются в определенном масштабе глубины, на горизонтальной -скорости течения. Затем на соответствую­щих глубинах откладываются измеренные скорости и полученные точки соединяются плавной кривой (рис. 5-7).

Наглядное представление о распределе­нии скоростей в живом сечении можно по-


Рис. 5-8. И. зотахи в живом селении речного потока

лучить построением изотах - линий, соединяющих в живом сечении точки с одинаковыми скоростями (рис. 5-8). Наибольшие скорости те­чения располагаются обычно на некоторой глубине от поверхности.

Для вычисления средней скорости течения на вертикали применя­ются способы:

1) аналитический; 2) графический; 3) графоаналитический.

Аналитический способ - наиболее простой и доступный. Вычисле­ние средней скорости производится путем деления суммы скоростей на количество измерений по следующим формулам:

а)       при измерении в пяти точках:

Vcp = (Vпов. + 3V 0. 2h + 3V 0. 6h + 2V 0, 8h -r V дно)/10

б)       при измерении в трех точках:
Vcp = (V 0. 2h + 2V 0. 6h + V 0. 8h)/4

в)        при измерении в двух точках:
Vcp = (V0. 2h + V0. 8h)/2

г)        при измерении в одной точке: Vcp = V0, 6h
Графический способ.

С помощью планиметра определяется площадь годографа. Средняя скорость вычисляется путем деления площади годографа (S) на глуби­ну вертикали (h):

Vcp = S/h

Графоаналитический способ.

Площадь годографа разбивается, начиная от поверхности воды, на

полоски высотой 4 мм (рис. 5-9). Го­дограф может быть разделен без ос­татка или с остатком 3, 2, 1 мм. Для каждой середины полоски снимают значение скорости и выписывают справа от годографа. Средняя ско­рость вычисляется по формуле:

Рис. 5-9. Вычисление средней

скорости по вертикали

графоаналитическим способом

Vcp = ( суммаVi + VnK)/(n+K), где суммаVi - сумма скоростей, снятых с полных полосок; Vn - значение ско­рости, снятой с середины нижней не­полной полоски; К - коэффициент, равный отношению т/4 (где т - вы­сота неполной полоски в миллимет­рах). Так, в нашем примере на рис. 5-9

Vcp. = (9. 88+0. 5О*0, 75)/(12+0. 75) = 0, 80 м/сек.

Полученные данные по средней скорости течения используются в дальнейшем для расчета расхода воды в реке.

Определение расхода воды в реке

После выполнения необходимых гидрометрических работ и их об­работки необходимо приступить к расчетам морфометрических и гид­рологических характеристик. Важнейшим показателем реки служит расход воды, т. е. объем воды, протекающей через живое сечение в еди­ницу времени. Расход выражается в кубических метрах в секунду (м3/сек) и вычисляется по формуле: Q = S x Vcp, где Q - расход воды, S - площадь живого сечения, Vcp - средняя скорость течения реки. Из формулы следует, что для определения расходы воды в реке необходи­мо знать среднюю скорость течения и площадь живого сечения.

Площадь живого сечения вычисляется на поперечном профиле ре­ки, вычерченном для главного створа. Промерными вертикалями про­филь разбивается на части. Площади образовавшихся участков вычис­ляются и затем суммируются. Расчет площади поперечного сечения производится по таблице.


 

№ промерных точек Расстояние от условного начала, м Глубина, м Полусумма соседних г'лубин, м Расстояние между промерными точками Площадь между смежными вертикалями, м* Примечания
3, 0 0, 00 0, 27 2, 0 0, 54 Урез
5, 0 0, 54 1, 0 2, 0 2, 0 левого
7, 0 1, 46 1, 52 2, 0 3, 04 берега
9, 0 1, 57 1, 26 2, 0 2, 52 Урез
11, 0 0, 95 0, 69 2, 0 1, 38 правого
б 13, 0 0, 42 0, 21 1, 75 0, 30 берега
14, 75 0, 00        

S = 9, 78м2

Вначале вычисляются средние значения соседних глубин, которые умножаются на расстояния между промерными вертикалями. Полу­ченные произведения представляют собой площади отдельных частей живого сечения, а их сумма - общую площадь живого сечения. Зная среднюю скорость течения и площадь живого сечения, можно опреде­лить расход воды по уже приведенной формуле: Q = S x Vcp.

Выше мы определили, что площадь живого сечения S равна 9, 78 м2, а средняя скорость (Vcp) составила 0, 80 м/с. Следовательно, расход во­ды Q = 9, 78 х 0, 80= 7, 824 м/с.

Расход воды может быть подсчитан также по поверхностным скоро­стям, измеренным поплавками. Для этого используются аналитиче­ский или графоаналитические способы.

Аналитический способ расчета величины расхода воды сводится к следующему. Полученные средние значения скоростей, относящихся к разным промерным точкам, записывают в журнал вычисления рас­хода воды. Далее находится полусумма скоростей между смежными вертикалями. Умножение полученных величин скоростей на площади живого сечения между вертикалями дает частные расходы воды, сум­мирование их - общий расход воды.

 

№ точек Площадь между промерными точками, м Скорость течения, м/с Полусумма соседних скоростей, м/с Элементарные расходы воды, м3
0, 44 0, 00 0, 115 0, 05
1, 60 0, 23 0, 295 0, 47
2. 44 0, 36 0, 430 1, 05
2, 24 0, 50 0, 425 0, 95
1, 24 0, 35 0, 235 0, 29
б 0, 22 0, 12 0, 060 0, 01
  0, 00    

 

Расход воды, полученный по поверхностным скоростям, превыша­ет действительные его значения. Поэтому вводится поправочный ко­эффициент, равный 0, 85. В приведенном примере действительный расход составляет 2, 82 х 0, 85 = 2, 4 м3/с.

Вычисление расхода воды с помощью графоаналитического способа можно представить в виде графика. По данным промеров глубин вычер­чивается профиль живого сечения, под ним выписываются все получен­ные при измерении глубины и скорости течения (рис. 5-10). От уровня воды вверх откладываются поверхностные скорости. Полученные точ­ки соединяют плавной кривой, называемой эпюрой поверхностных ско­ростей. Путем умножения средних скоростей на площади между сосед­ними вертикалями полу­чают частные расходы, а общая их сумма дает рас­ход всего потока.

На основании данных о расходе воды можно полу­чить другие гидрологиче­ские характеристики: объем, модуль, слой и ко­эффициент стока.

Объем стока (W, м3 или км3) - количество во­ды, протекающее через живое сечение реки за оп­ределенный промежуток времени (сутки, месяц, год). Для определения годового стока реки нужно среднегодовой рас­ход воды умножить на число секунд в году.

Модуль стока (М, л/с х км2) - количество воды в литрах, стекающее в 1 секунду с 1 км2 водосборной площади. Модуль стока вычисляется по формуле: М = Q х 1000 / S, где Q - расход воды, a S - площадь водо­сбора.

Слой стока (h, мм) - слой воды в миллиметрах, равномерно распре­деленный по площади S и стекающий с водосбора за некоторый отре­зок времени t, выраженный в секундах. Слой стока рассчитывается по формуле: h = 86, 4 TQ/S.

Коэффициент стока (К) - отношение слоя стока к слою атмосфер­ных осадков за один и тот же отрезок времени, т. е.: К = (h/r) x 100, где К - коэффициент стока в процентах, h - слой стока, а r - слой атмо­сферных осадков в мм.

Промерные работы на озерах

Изучение глубин озера начинается с разбивки на нем промерных профилей, или створов, и определения на них положения промерных точек.

Если озеро небольшое, то достаточно ограничиться измерением глу­бины в 3-5 характерных точках, в том числе обязательно в самом глу­боком месте {местоположение выяснить у местного населения). Кроме того, если озеро проточное, необходимо сделать промеры глубин перед входом впадающих и у выхода вытекающих речек.

На значительных по величине озерах число промерных профилей, количество промерных точек на каждом из них и расположение про­филей определяют в каждом конкретном случае в зависимости от пло­щади озера, конфигурации и степени расчлененности его берегов, сложности рельефа дна. При этом стремятся, чтобы основные черты рельефа озерной чаши (понятие, аналогичное руслу реки) были выяв­лены достаточно ясно и можно было бы по данным промеров составить хотя бы схематический батиметрический план (т. е. план озера с пока­занием глубин).

Мелководную береговую зону исследуют более детально. Промер­ные линии здесь чаще всего назначают через 5-10 м. В центральной же части водоема, имеющей большие глубины, число промерных линий может быть сокращено в два-три раза. Измерения глубин, по возмож-

ности, должны оыть проведены во всех характерных местах озерной чаши, т. е. необходимо пройти через наиболее глубокие места, мели, сужения, расшире­ния и т. д.

Рис. 5-11. Линии (галсы), по которым

ведутся промеры глубин на озерах

различной конфигурации

На озерах округлой формы с ровным дном достаточно наме­тить два крестообразно пересе­кающихся взаимно перпенди­кулярных профиля (рис. 5-11а). Можно также при округлой фи­гуре озера промерные работы производить методом полярных створов, разбивая промерные профили в разных направлениях из одной и той же береговой точки.

На узких, сильно вытянутых в длину озерах промерные профили целесообразнее всего иметь в виде системы поперечников, разбитых примерно на одинаковом расстоянии друг от друга, перпендикулярно к направлению наибольшей протяженности озера. Для более детально­го обследования промерами прибрежной зоны вводят дополнительные створы, как показано на рисунке.

На озерах сложной лопастной формы, с многочисленными острога­ми и неровным дном, промерные линия удобно располагать веерооб­разно, связывая вспомогательными съемочными ходами отдельные острова друг с другом и с наружной береговой линией.

Если озеро имеет неправильную ветвистую форму, состоящую из нескольких обособленных частей (плесов), соединенных между собой узкими проливами, то распределение глубин в каждом плесе изучает­ся особо.

Наконец, очень выгодна зигзагообразная система промерных про­филей, осуществляемая от одного берега к противоположному по не­прерывной ломаной линии посредством так называемых косых галсов (рис. 5-11б).

Промерные галсы (галс - путь движения лодки) назначаются меж­ду точками, которые легко можно найти как на местности, так и на карте или плане (устья впадающих в озеро притоков, истоки вытекаю­щих из озера речек, остроконечные мысы, вершины заливов, острова).

В отдельных случаях разбивку промерных линий можно осуществлять по компасу, с обязательной фиксацией начала и конца галса на рабочей карте, а также при помощи плавучих вех или буйков.

Положение промерных точек на промерном галсе определяют по гребкам весел лодки, идущей с равномерной скоростью (например, че­рез каждые 10-12 гребков), или по секундомеру (через 20-30 секунд). Измерив по плану полную длину галса и зная количество сделанных через равные промежутки времени промеров, легко можно будет нане­сти при обработке полевых материалов положение на плане озера от­дельных промерных точек.

Промеры глубин производят наметкой (размеченный шест) или руч­ным лотом, с точностью до одного дециметра. Работу по измерению глу­бин удобно вести, когда в лодке сидят не менее 3 наблюдателей: гребец, рулевой и лотовой. Гребец в рулевой все время следят за тем, чтобы лод­ка находилась в промерном створе. Грести нужно равномерно, считая гребки вслух и задевая воду веслами лишь слегка. Через установленное число гребков лодка останавливается, лотовой производит измерение глубины, а рулевой записывает полученный результат в журнал.

Промерные створы следует продолжить за урезы озера до отметки максимально высоких вод и произвести по этим створам ватерпасовку береговых склонов.

Одновременно с промерами глубин производят опробование грун­тов дна озера и определение прозрачности и температуры воды. Все эти исследования производят теми же приемами, какие рекомендуются при исследовании рек.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...