Вычисление площади живого сечения, смоченного периметра и расхода воды

Живым сечением (ώ) называется поперечное сечение потока, расположенное нормально к направлению средней скорости течения и ограниченное снизу руслом, а сверху поверхностью воды.

Для изучения живого сечения и смоченного периметра используются створы, где определялась . На каждом из этих створов в определенных точках производят замеры глубин (таблица 11).

Таблица 11 Промеры глубин живого сечения

Наименование створа	Расстояние от уреза воды, м
Глубины воды, м
Верхний	0	0,5	1,0	2,0	2,5	3,0	-	-
Средний	0	0,5	1,0	1,5	2,0	3,0	-	-
Нижний	0	0,5	1,0	1,5	2,0	3,0	-	-

Расстояние между промерными точками на створе зависит от ширины потока и принимается при ширине от 1 до 5 м – через 0,5 м, а от 5 до 10м – через 0,5-1,0 м.

Для определения площади живого сечения на миллиметровой бумаге строят профили поперечного сечения каждого створа (рис.5). Для наглядности применяют вертикальный масштаб (для глубин) в 10 раз больше горизонтального. Над профилем наносят уровень воды и дату измерения.

Рисунок 5 Поперечное сечение створа

Площадь живого сечения определяют как сумму площадей геометрических фигур (трапеции и прямоугольных треугольников у берегов) по формуле:

…+ + ),

где b – постоянное расстояние между промерными точками, м;

b_n – расстояние между крайними точками, м;

Н₁, Н₂ ….Н_n – глубина на промерных точках, м.

Подсчет площади живого сечения производят для верхнего _в), среднего ( _с) и нижнего _н) створов. Среднюю площадь живого сечения вычисляют по формуле:

Смоченный периметр (χ) – длина линии дна реки между урезами воды. Его вычисляют как сумму гипотенуз прямоугольных треугольников по формуле

+ ² + ………

где b² постоянное расстояние между промерными точками, м;

b_n - расстояние между крайними точками;

Н₁, Н₂, Н_n) – глубина промерных вертикалей, м.

Подсчет смоченного периметра ведется по верхнему _в, среднему _с и нижнему _н створам. Средний смоченный периметр _ср (м) вычисляют по формуле

_ср = 0,25( _в +2 _с + _н).

Гидравлический радиус (R) – это отношение к _ср. Для русел, ширина которых близка у смоченному периметру, R=H_ср.

Расходом Q (м³/сек) воды в реке называют количество воды, протекающее через поперечное сечение в одну секунду

Q =

Зная расход воды и площадь водосбора реки F, вычисляют модуль стока М (или q, л/сек с 1 км²).

Водомерные посты

Наблюдение за высотой (Н) уровня воды (УВ) в реке производят на водомерном посту. Различают: свайные, реечные, автоматические и др. водопосты. Наблюдения на них обычно проводят два раза в сутки – 8 и 20 час.

Свайный водомерный пост состоит из свай, забитых на некотором расстоянии одна от другой в дно или берег рек и по створу (рисунок 6). Самая верхняя имеет №1, не затапливается даже при самых высоких паводках. За ней, ближе к реке, идет свая № 2 и т.д. Последняя, нижняя свая забивается в дно реки, ее головка всегда затоплена. Головки свай над поверхностью земли возвышаются не более чем на 10-15 см. Расстояние между сваями измеряют и сваи нивелируют (превышение между ними не более 40-50 см).

Рисунок 6 Свайный водомерный пост

Высоты уровня воды измеряют при помощи переносной водомерной рейки, которую ставят на головку сваи.

Реечный водомерный пост состоит из одной и более водомерных реек, прочно прикрепляемых к стенке сооружения или к специальным сваям.

Автоматический водомерный пост. На зарегулированных реках и реках с резким колебанием уровня воды дополнительно к обычным водомерным постам устанавливают самописцы, которые производят непрерывную регистрацию уровней воды. Установка самописцев «Валдай» производится чаще всего на берегу реки в небольшой будке над железобетонным или деревянным колодцем, который соединяется подводящей трубой с рекой. В колодце восстанавливается такой же уровень воды, как и в реке (рисунок 7).

Рисунок 7 Береговой тип установки самописца