3.3. Измерение скоростей течения поплавками и вычисление расходов воды

В качестве поплавков для измерения скоростей течения чаще всего используются деревянные кружки высотой 5–6 см, отпиленные от бревна диаметром 10–25 см. Помимо главного и двух вспомогательных створов, на реке намечают створ для пуска поплавков, который располагают на 10–20 м выше верхнего вспомогательного створа.

Для определения расхода воды на реках шириной до 100 м нужно иметь 15–20 поплавков. Поплавки пускают последовательно один за другим в различном удалении от берега по 3–4 с каждого места. Если какой-либо поплавок задержался у берегов или время его прохождения между створами значительно отличается от времени движения других поплавков одной группы, пускают новый поплавок.

Среднюю поверхностную скорость течения для каждой группы поплавков подсчитывают, деля расстояние между верхним и нижним створами на среднюю продолжительность хода поплавков данной группы.

Для вычисления расхода воды площадь живого сечения гидрометрического створа разбивают по ширине на ряд интервалов. Границы интервалов устанавливают посередине между точками, соответствующими средним расстояниям от постоянного начала до мест прохождения каждой группы поплавков через средний створ.

Расход, вычисленный умножением площади живого сечения на поверхностную скорость течения, называется фиктивным.

Фиктивный расход определяют по формуле:

Q_ф = ΣΔω_i u_{n i} , (3.4)

где Δω_i – площади частей живого сечения в расчетных интервалах;

u_{n i} – средние поверхностные скорости течения в соответствующих интервалах.

Расчеты по определению фиктивного расхода удобно вести в табличной форме.

Так как поверхностные скорости течения больше средних скоростей по глубине потока, для определения действительного расхода воды нужно фиктивный расход умножить на эмпирический коэффициент k_п:

. (3.5)

3.4. Измерение скоростей течения вертушками

Вертушками измеряют скорости течения в различных точках живого сечения, определенным образом распределенных по ширине и глубине реки. По ширине гидрометрического створа намечают ряд скоростных вертикалей (см. рис. 3.1, в) на каждой из которых проводят измерение скоростей течения в одной или нескольких точках на разной глубине от поверхности.

На реках шириной до 100 м обычно намечают 5–7 скоростных вертикалей, шириной 100–150 м – до 11 вертикалей.

Распределение скоростных вертикалей по ширине реки проектируют на поперечном профиле гидрометрического створа. В первую очередь намечают вертикали по стрежню реки и в местах резкого изменения поперечного уклона дна русла. Остальные вертикали располагают примерно на одинаковых расстояниях друг от друга.

Количество точек для измерения скоростей течения на каждой вертикали назначают в зависимости от глубины реки и требуемой точности определения расхода воды. Стандартные точки измерения установлены в долях глубины вертикали, отсчитываемой от поверхности. При h < 0,75 м применяется одноточечный способ измерения скорости на глубине 0,6h_i ; при h = 0,75–1,5 м – двухточечный на глубинах 0,2h_i и 0,8h_i ; при h > 1,5 м – пятиточечный: у поверхности, на глубинах 0,2h_i , 0,6h_i , 0,8h_i и вблизи дна или сокращенный по трем вышеуказанным точкам; при наличии ледяного покрова – на глубинах 0,15h_i , 0,5h_i, 0,85h_i .

При назначении точек для измерения скоростей на вертикалях нужно следить, чтобы расстояния между ними были не менее 1,5 диаметров винта вертушки, а также, чтобы лопасти вертушки не выходили при вращении из воды и не касались дна или ледяного покрова

Работу на каждой скоростной вертикали начинают с измерения ее глубины. Затем вычисляют соответствующие доли глубины для определения мест установки вертушки. Скорости на вертикали измеряют сперва у поверхности воды, а затем последовательно в остальных точках.

Речные потоки характеризуются значительной пульсацией скоростей. Скорости в одних и тех же точках потока изменяются во времени как по величине, так и по направлению. Для измерения осредненных скоростей нужно продержать вертушку в каждой точке достаточное время для устранения влияния пульсации. Так как у дна реки пульсация больше, чем у поверхности, скорости следует измерять здесь дольше. Минимально необходимое время для измерения средних скоростей составляет: вблизи дна 5 мин; на глубине 0,8h_i – 4 мин; на глубине 0,6h_i – 3 мин; на глубине 0,2h_i и у поверхности – 2 мин. Обычно при измерении скоростей течения на равнинных реках вертушку в каждой точке выдерживают до получения пяти сигналов.