Определение расхода воды в реке. Площадь живого сечения

Расходом воды называется объем воды (в ку­бических метрах), протекающей через площадь живого сечения в единицу времени (в 1 секунду): Q=F- V_ср, где Q —расход воды, F — площадь живого сечения иV_cp- средняя скорость течения.

Следовательно, для определения расхода воды нуж­но определить площадь живого сечения и среднюю ско­рость течения. П л о щ а д ь ю ж и в о г о с е ч е н и я называется пло­щадь поперечного сечения по­тока, ограниченная внизу рус­лом, а вверху поверхностью воды и расположенная пер­пендикулярно к направлению течения.

Для изучения расхода во­ды необходимо на реке вы­брать определенный участок для гидрометрического створа. Створом вообще называется прямая линия, проведенная поперек реки, а створ, на ко­тором определяют измерения расхода, называется гидрометрическим створом.

Расположение створов

При выборе места для из­мерения воды надо учитывать следующие условия:

1) русло реки на протяже­нии не менее четырехкратной ширины реки должно быть од­нообразным, прямолинейным;

2) не должно быть никаких искусственных сооруже­ний, влияющих на уровень воды и скорость течения;

3) выбранный участок должен быть характерным для исследуемой реки.

Определение площади живого сечения заключается в том, что вдоль живого сечения определяют расстояния, амежду промерными точками, а затем измеряют глубину: h₁,h₂...h_n, называемые промерными вер­тикалями.

Расстояния между промерными точками устанавли­ваются в зависимости от ширины реки. При ширине ре­ки до 100 м расстояния берут от 2 до 2,5 м. Вообще рас­стояния между промерными точками колеблются от 1/20 до 1/50 ширины реки.

Точка, от которой определяют положение промерных вертикалей, называется постоянным началом створа. Располагать промерные вертикали лучше на расстояни­ях, которые указаны в нижеприведенной таблице.

Ширина реки в межень (м)	Расстояния (м) между промерными точками при рельефе дна
Сложном	простом
Менее 50	1-2	2-4
50-100	2-5	4-10
100-300	5-10	10-25
300-600	10-25	25-50
600 и более	Более 25	Более 50

Приведем пример. Допустим, нам надо определить площадь живого сечения какой-то реки. На главном створе протянули с одного берега на другой линь, на ко­тором через каждые 2 м, т. е. в промерных точках, бы­ли привязаны красные ленточки. В каждой промерной точке измеряли глубину; получились следующие резуль­таты:

Расстояние от постоянного начала	Глубина
1,4 м	0,15 м
3,4м	0,40 м
5,4 м	0,55 м
7,4 м	0,77 м
9,5 м	0,85 м
11,4 м	0,66 м
13,4 м	0,27 м
14,2 м	0 м

Вычертим по этим данным профиль, вертикальными линиями разобьем его на части и получим, что у нас площадь живого сечения будет состоять из двух тре­угольников и шести трапеций. Для определения площа­ди живого сечения нужно вычислить площадь всех этих треугольников и трапеций и потом суммировать все вы­численные площади. Если через а₁ обозначим расстоя­ние от постоянного начала до первой промерной точки, через а₂—расстояние от первой промерной точки, или промерной вертикали, до второй и т. д., через h₁ — пер­вую промерную вертикаль (первую глубину), h₂— вто­рую и т. д., то в нашем примере: a₁ = 1,4 м; а₂ = 3,4— 1,4 = 2,0 м;a₃ = 5,4—3,4 = 2,0 м; а₄ = 7,4—5,4 = 2,0 м; a_s = 9,4—7,4 = 2,0 м; а₆=11,4—9,4 = 2,0 м; а₇= 13,4—11,4 = 2,0 м; a₈=14,2—13,4 = 0,8 м; h₁ = 0,15м; h₂ = 0,40 м; h₃=0,55 м; h₄ = 0,77 м; h₅ = 0,85 м; h₆ = 0,66 м; h₇ = 0,27 м. Обозначим площадь первой фигуры —треугольни­ка— через S₁, площадь второй фигуры — трапеции — через S₂, третьей - S₃ и т. д. Вычислим площади этих фигур:

Площадь живого сечения F будет равна:

F= S₁ + S₂ + S₃ + S₄ + S₅ + S_e + S₇ + S₈ = 0,10 + 0,55 + 0,95 + 1,32 + 1,62 + +1,51 + 1,93 +0,10=7,08 м².

Для большей точности вычисления расхода воды в реке можно определить так называемую расчетную пло­щадь сечения реки, которая будет представлять сред­нюю величину площадей живого сечения, вычисленных в створах верхнем, главном и нижнем, тогда по ниже­приведенной формуле определяем расчетную площадь:

F= F_верхн + 2F_главн + F_нижн /4 ,

где F_верхн— площадь живого сечения верхнего створа, F_главн — площадь живого сечения главного створа и F_нижн— площадь живого сечения нижнего створа.

Для определения расхода воды в реке нужно еще оп­ределить среднюю скорость течения реки. Это можно сделать различными способами:

1) поверхностными поплавками;

2) по максимальной скорости;

3) при помощи гидрометрических шестов или вех;

4) при помощи глубинных поплавков;

5) гидрометрическими вертушками.