Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Обработка гидрологических и гидрометрических наблюдений

05.02.2020

Обработка наблюдений за уровнем воды


Результатом обработки водомерных наблюдений являются графики колебания горизонтов воды и графики повторяемости (частоты) и продолжительности (обеспеченности) стояния горизонтов воды. Графики могут составляться за различные периоды наблюдений: месяц, квартал, период паводков, год и ряд лет. За полный период наблюдений принимается календарный год с 1 января по 31 декабря.

Обработка водомерных наблюдений производится в такой последовательности: а) приведение горизонтов воды к нулю графика; б) составление ведомости ежедневных уровней воды; в) составление ведомости повторяемости и продолжительности горизонтов воды; г) составление графиков колебания горизонтов воды и д) составление графиков повторяемости и продолжительности стояния горизонтов воды.

Для приведения горизонтов воды к нулю графика сначала определяют отметки точек, от которых велся замер уровней относительно нуля графика, и к ним прибавляют или вычитают (если горизонт воды стоял ниже точки замера) соответствующие замеры. Так, например, были замерены уровни воды: 20/VIII—40 см над сваей № 5 и 21/VIII—2 см над сваей № 4. Абсолютные отметки: головки сваи № 4 — 125,18 м, головки сваи № 5 — 124,73 м, нуля графика — 124,11 м.

Приведенная отметка головки сваи № 4 над нулем графика будет: 125,18—124,11 = 107 см, а сваи №5: 124,73—124,11 = 62 см.

Приведенный к нулю графика горизонт воды за 20/VIII будет: 62 + 40 = 102 см, а за 21/VIII: 107 + 2= 109 см.

По приведенным к нулю графика показателям определяется средний горизонт за сутки, причем при односрочном наблюдении средний горизонт будет равен замеренному, а при двухсрочном определится как среднее арифметическое из двух .замеренных горизонтов. При трехсрочных наблюдениях он будет равен среднему арифметическому из трех замеренных наблюдений.

Средние горизонты воды за сутки, приведенные к нулю графика, выписываются в «Ведомость ежедневных уровней воды».

Порядок записей дан в таблице 11—2. В ведомость выписываются помесячно, в последовательном порядке, все среднесуточные уровни воды в отметках, приведенных к нулю графика.


В графах зимних месяцев слева жирной вертикальной чертой отмечается время, в течение которого был ледостав, и пунктирной линией — время ледохода.

В конце ведомости указывается значение низшего (наименьшего), высшего (наибольшего) и наиболее частого уровней за каждый месяц и за весь период наблюдений.

Под этими уровнями выписывается дата их наблюдения, причем, если такие уровни наблюдались в течение месяца несколько раз, то указываются все эти даты.

Низший и высший уровни за весь период наблюдений определяются путем выборки из месячных наблюдений.

Запись повторяемости и продолжительности горизонтов воды приводится в ведомости (табл. 11—3).

В этой ведомости выписываются в убывающем порядке все значения уровней, разбитые на десятки (во избежание громоздкости ведомости), причем за каждый месяц выписывается количество дней стояния уровней, заключенных в данном десятке. За год (или за другой период) выписывается суммарное значение количества дней стояния этих уровней за все месяцы.

Графа «продолжительность горизонта» заполняется путем последовательного суммирования всех значений за данный период. Каждое значение этой графы показывает, в течение скольких дней наблюдались горизонты не ниже соответствующего десятка уровней.

По составленным ведомостям ежедневных уровней, повторяемости и продолжительности составляют затем графики колебания горизонтов воды, повторяемости и продолжительности стояния их.

Как в таблице 11—2, так и в таблице 11—3 для упрощения примера приведены подсчеты для трехмесячного периода наблюдений: март, апрель и май месяцы.

Подсчет за какой-либо другой период: год или ряд лет аналогичен.

Сопоставление наблюдений временного и постоянного постов


Сопоставление наблюдений временного и постоянного постов бывает необходимым для установления гидрологического режима реки в районе временного поста. Такая связь может быть установлена лишь при отсутствии между постами каких-либо искусственных сооружений или подпоров со стороны впадающих в эту реку притоков.

Зависимости связи могут быть установлены в форме кривых (фиг. 11—20). На кривых по оси абсцисс откладываются отметки уровней воды временного водомерного поста, а по оси ординат — отметки уровней наблюдений постоянного поста за те же дни.

Через точки пересечения соответствующих абсцисс и ординат проводится кривая, которая и будет отображать связь уровней воды на этих постах (фиг. 11—20а).

Если взять по этой кривой точку, соответствующую уровню воды постоянного поста на любое число, то против этой точки и определится уровень воды временного поста на то же число.

Если на постоянном водомерном посту производились также и наблюдения над расходом воды и составлен график зависимости этого расхода от глубины: Q=f(H), то, пользуясь линией связи уровней воды, можно с достаточной для практики точностью установить также кривую расхода и для временного водомерного поста с помощью соотношения водосборных площадей для постоянного и временного постов, выражаемого коэффициентом (a). Это производится следующим образом: (фиг. 11—20 б): а) строится кривая зависимости Q=f(H1) для постоянного водомерного поста; б) на оси ординат этого графика строится вторая шкала уровней для временного водомерного поста; в) составляется таблица, в которой указываются уровни постоянного поста H1 через равные интервалы, расходы воды Q1, соответствующие этим уровням [по кривой Q=f(H1)], уровни временного поста H2, соответствующие уровням постоянного поста по таблице; г) расходы воды (Q2=аQ1), соответствующие уровням H2.

По полученным значениям Q2 и H2, строится кривая Q2=f(H2), которая и будет определять расход воды на временном посту в зависимости от глубины потока.

Вычисление расходов воды


Расходы воды могут быть вычислены по скоростям, определенным вертушкой, поплавками или по замерам водосливом.

Вычисление расходов воды при скоростях, определенных вертушкой


Аналитический метод. Последовательный ход вычислений по этому методу заключается в следующем:

а) в полевом журнале по записям наблюдений заполняются графы 6, 7, 8 и 9, причем средняя глубина по вертикали определяется как средняя арифметическая из двух промеров; средняя глубина площадки — как средняя арифметическая из глубин двух соседних вертикалей. Ширинa площадки определяется как разность расстояния от репера двух соседних вертикалей; площадь площадки — как произведение средней глубины на ширину. Внизу выписывается площадь всего сечения реки как сумма всех площадок;

б) заполняются графы 12 и 13 журнала. Продолжительность наблюдений в секундах определяется путем перевода в секунды показаний графы 11. Число оборотов в секунду определяется как частное от деления общего числа оборотов вертушки (графа 9) на продолжительность наблюдений в секундах (графа 12);

в) по уравнению тарированной кривой строится сама кривая. По оси ординат откладывают число оборотов вертушки в секунду, а по оси абсцисс скорости в м/сек. Кривая отроится по произвольным значениям числа оборотов вертушки n, подставляемым в уравнение тарировочной кривой вертушки, и значениям скорости v, полученным из уравнения этой кривой в результате указанной подстановки (фиг. 11—21);
Обработка гидрологических и гидрометрических наблюдений

г) по тарировочной кривой находят скорости, соответствующие значениям числа оборотов вертушки в секунду, указанным в графе 13. Найденные значения записываются в графу 14;

д) определяют среднюю скорость на каждой вертикали по формулам:


Найденные значения средних скоростей записывают в графу 3 журнала на странице 680.

После этого определяют полусумму скоростей смежных вертикалей, площадь и расход. Полученные значения записывают в графы 4, 5 и 6 той же страницы.

Площадь между скоростными вертикалями определяют по данным графы 9, страницы 678, а расход — как произведение полусуммы скоростей смежных вертикалей на площадь между ними.

Графо-aналитический метод отличается от аналитического тем, что средние скорости по вертикали и расход воды определяются не аналитически, а при помощи планиметрирования. Он заключается в следующем:

а) на миллиметровой бумаге вычерчивается живое сечение реки, замеренное при определении расхода (фиг. 11—22). Масштаб принимается в зависимости от величины сечения. На сечении наносятся места промерных вертикалей. Площадь сечения обводится планиметром два раза. Разница между результатами обвода допускается не более 2%. При большем расхождении делаются дополнительные обводы;

б) на площади живого сечения или отдельно от него откладывают по оси ординат глубины вертикалей и на них намечают точки определения скоростей, т. е. 0,2 Н, 0,6 Н, 0,8 Н, поверхностную и донную. От этих точек по оси абсцисс откладывают величины измеренных скоростей из полевого журнала. Полученные точки соединяются кривой, концы которой доводятся до дна и поверхности сечения. Масштаб для глубин обычно принимается тот же, что и для вертикалей площади живого сечения, а для скоростей — с учетом того, чтобы глубина вертикалей и наибольшая скорость имели примерно один и тот же размер. Полученные при этом фигуры называются эпюрами скоростей по вертикалям.

Площади эпюр обводятся планиметром два раза и записываются в графы 2 и 3 журнала на странице 680. В графу 4 записывается среднее значение. Разница между двумя определениями не должна превышать 2% их среднего значения;

в) определяются средние скорости по вертикали, как частные от деления площадей эпюр на глубину соответствующих вертикалей, и записываются в графу 6 журнала. Эти же величины средних скоростей откладываются над профилем живого сечения против соответствующих вертикалей от горизонта воды вверх в произвольном масштабе.

Соединяя кривой концы отложенных скоростей, получают так называемую кривую средних скоростей сечения. Концы кривой соединяются с урезами правого и левого берега.

По этой кривой определяются средние скорости по всем промерным вертикалям, заключенным между скоростными вертикалями, путем измерения соответствующих отрезков между горизонтом воды живого сечения и кривой скоростей.

Полученные данные выписывают в соответствующую графу под живым сечением;

г) определяются произведения каждой из найденных средних скоростей по вертикалям на глубину соответствующей ей вертикали. Этим определяются так называемые элементарные расходы.

Значения элементарных расходов откладывают кверху, а иногда и книзу от линии горизонта живого сечения. Концы полученных отрезков соединяются кривой, которая называется кривой элементарных расходов (фиг. 11—22). Концы кривой соединяются с урезом правого и левого берега.

Масштаб для элементарных расходов принимается: при наибольшем расходе до 25 м3/сек, в 1 см — 04, — 1,0 м3; от 25 до 60 м3/.сек, в 1 см — 2,0 м3; более 50 м3/сек, в 1 см — 5,0 м3;

д) планиметром определяют площадь, заключенную между горизонтом воды и кривой элементарных расходов, которая будет представлять действительный расход реки. Средняя скорость определяется как частное от деления действительного расхода на площадь живого сечения. Максимальная скорость берется из наблюдений. Средняя глубина реки в створе сечения определяется как частное от деления площади сечения на ширину реки.

Соединение концов кривой средних скоростей и элементарных расходов с урезами воды (фиг. 11—22) действительно будет только тогда, когда скорости у берегов равны нулю. В тех случаях, когда скорости у берегов не равны нулю, например, у крутых подмываемых берегов, их определяют путем экстраполяции скоростей по двум крайним вертикалям. Таких сечений следует избегать при отборе мест для определения расходов воды.

Вычисление расходов воды при определении скоростей поплавками


Аналитический метод. Результаты всех вычислений записываются в бланке «Измерение расходов воды поплавками».

Графы 1—7 бланка заполняются аналогично определению скоростей вертушкой. В графе 8 записываются номера всех поплавков, а в графах 9, 10 и 11 — место прохода поплавков через верхний, средний и нижний створы по полевым замерам. В графу 12 выписывают по секундомеру продолжительность хода поплавков в секундах между крайними створами, а в графу 13 длину хода каждого поплавка в метрах. В графу 14 записывают скорость движения поплавков в м/сек. как частное от деления длины хода поплавка (графа 13) на его продолжительность (графа 12).

После этого на миллиметровой бумаге вычерчиваются живое сечение русла реки по среднему створу и схема участка с нанесением всех трех створов и мест прохождения поплавков с указанием их номеров (фиг. 11—23). Далее поплавки разбиваются на группы по месту их прохождения по створам, а номер групп выписывается по порядку в графу 16 бланка, а также в графу 15 против каждого поплавка, входящего в эту группу.

Каждая такая группа поплавков принимается за одну скоростную вертикаль, расстояние которой от репера принимается как среднее арифметическое значение из расстояний поплавков.

Расстояния скоростных вертикалей записываются в графу 17 бланка против соответствующей группы.

Все скоростные вертикали указываются и на живом сечении реки.

В графах 18 и 19 вычисляется средняя продолжительность хода и поверхностная скорость каждой группы поплавков как среднее арифметическое продолжительности хода (графа 12) и скорости (графа 14).

В графу 20 выписывают полусумму скоростей смежных групп поплавков. В графе 21 вычисляют площади живого сечения между скоростными вертикалями путем выборки из графы 7.

В графе 22 определяют фиктивный расход, отдельно по каждой площадке, между смежными вертикалями как произведение полусуммы смежных скоростей (графа 20) на площадь между скоростными вертикалями (графа 21).

Внизу выписывается суммарная площадь сечения из граф 7 и 21 и суммарный фиктивный расход из графы 22.

Для получения действительного расхода фиктивный расход умножается на поправочный коэффициент K1.

Значения коэффициента K1 могут быть определены по формуле

где С — скоростной коэффициент, определяемый по формуле

где: у — коэффициент шероховатости русла;

R — гидравлический радиус.

Величина для земляного русла в удовлетворительном состоянии принимается равной 1,3, а для заросшего русла или с крупной галькой — 1,75.

В табл. 11—4 приведены значения K1, при различном состоянии русла и гидравлического радиуса.

Средняя скорость течения реки определяется как частное от деления величины расхода на площадь ее сечения:

Вычисление расчетной площади живого сечения при трех измеренных створах производится по формуле

при этом разница между Fср и Fрасч не должна превышать 4%.

Графо-aналитический метод. Этот метод вычисления расходов при определении скоростей поплавками ничем не отличается от того же метода вычисления расхода при определении скоростей вертушками. Разница заключается только в том, что при наличии определения только поверхностных скоростей отпадает необходимость построения кривых средних скоростей. Поэтому вместо кривой средних скоростей на живом сечении строится кривая поверхностных скоростей (фиг. 11—23) и вместо кривой действительных расходов — кривая фиктивных расходов.

Определенная планиметрированием площадь фиктивного расхода для всего сечения должна быть умножена на поправочный коэффициент K1, приведенный при описании аналитического метода определения расхода воды поплавками.

При определении расхода по наибольшей поверхностной скорости определяется значение этой скорости по формуле

где: Vм — максимальная поверхностная скорость;

S — расстояние между створами, м;

t — среднее из двух наименьших продолжительностей хода поплавков, сек.

Для перехода от наибольшей поверхностной скорости к средней ее умножают на коэффициент К:

Значение коэффициента К определяется по формуле

где С имеет то же значение, что и в формуле (12).

В таблице 11—5 приведены значения К, вычисленные по формуле (18).

Определение расходов воды по замерам водосливами


Прямоугольный водослив с тонкой стенкой.

Для определения расхода Q служит формула

где: m — коэффициент, зависящий от высоты воды над порогом и высоты порога;

b — ширина водослива, м,

h — высота воды над порогом, м,

g — ускорение силы тяжести, м/сек2.

Коэффициент m для водосливов без бокового сжатия можно определить по формуле

Приведенная формула дает достаточно точные результаты при напорах h = 0,05—0,6 м, ширине водослива b = 0,5—2,0 м и при высоте порога а = 0,24 — 0,75 м.

Для облегчения вычислений может служить табл. 11—6. Для водосливов с боковым сжатием расход определяется по формуле

При h меньше b/3 и при малой скорости перед водосливом, и для одностороннего сжатия равно 1 и для двухстороннего —2. Высота напора h измеряется в расстоянии от порога > 2 м. Расход для этого водослива может быть определен также по номограмме (фиг. 11—24). В этом случае он должен быть умножен на ширину водослива b без бокового сжатия и на (b—0,2 К) в случае двухстороннего сжатия.


Водослив треугольной формы с тонкой стенкой. Для водослива, с углом в вершине треугольника равным 90°, расход определяется по формуле

При напорах h = 0,05 — 0,25 м эта формула с достаточной степенью приближения может быть принята в виде

Для облегчения расчетов, значения h5/2 принимают из таблицы 11—7.

Можно для расчетов также пользоваться номограммой при помощи постоянной точки на шкале m — «ДжТ» (фиг. 11-24).

Для получения действительного расхода необходимо расход, полученный по номограмме, умножить на напор h.



Водослив трапецеидальной формы. Для трапецоидального водослива с уклоном боковых граней 1/4 расход определяется по формуле

В табл. 11—8 приведены значения удельного расхода 19 в л/сек на единицу ширины порога.

Определение расхода по номограмме производится с помощью постоянной точки на шкале m „Чпл“ (фиг. 11—24).

Для определения действительного расхода надо значение, полученное по табл. 11—8 и по номограмме, умножить на ширину порога в.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: