§ 58. Определение расхода воды с помощью поплавков

Определять расход воды с помощью поплавков допускается тогда, когда по каким-либо обстоятельствам затруднено или не­возможно его определение вертушкой. Такие обстоятельства воз­никают, например, при ледоходе, при отсутствии необходимого оборудования и т. д.

Расходы воды с помощью поверхностных поплавков определя­ют двумя способами: по ряду поверхностных скоростей течения и по максимальной поверхностной скорости течения.

При определении расхода воды поплавками все работы, за исключением измерения скоростей, остаются те же, что и при оп­ределении расходов вертушкой. Для измерений скоростей тече- имя поплавками необходимо иметь три створа: основной (гидро- створ) и по одному вспомогательному выше и ниже основного. Разбивают створы через равные расстояния с таким расчетом, чтобы продолжительность хода поплавков между ними была не менее 10 с.

Поплавки пускают несколько выше верхнего' створа. На ма­лых реках их забрасывают с берега, на больших — с лодки. Чтобы установить путь и время движения поплавка, берут от­счеты времени по секундомеру в момент прохождения поплавка через верхний и нижний створы, а на гидростворе засекают место его пересечения. На небольших реках положение поплавка в мо­мент его пересечения гидроствора определяют по! размеченному и перетянутому через реку тросу, а на больших реках — путем засечек угломерными инструментами.

Число пускаемых поплавков при одном определении расхода принимают следующим: для рек шириной до 200 м — 9—10 по­плавков; до 500 м — 11 — 15; до 1000 м — 16—12; свыше 1000 м — 20—25 поплавков.

При рекогносцировочных обследованиях рек расход воды по­плавками определяют по способу измерения наибольшей поверх­ностной скорости течения. В этом случае 5—10 поверхностных поплавков пускают на стрежневую часть реки. Поплавки, не по­павшие на стрежень, во внимание не принимают. За максималь­ную скорость в живом сечении у_ПОп. max принимают среднее ариф­метическое значение скоростей трех поплавков с наименьшей продолжительностью хода.

§ 59. Модель расхода воды

Согласно формуле (41) расход воды через поперечное сече­ние русла выражается интегралом по площади сечения

Q = ®f_cp = \vdo>.

со

Для дальнейшего этот интеграл удобно представить как резуль­тат последовательного вычисления двух простых интегралов: по вертикальной и горизонтальной осям (т. е. по глубине и ширине потока). В водных изысканиях положение точки на вертикали принято определять не через расстояние от дна т), а через ее расстояние у—h—rj от свободной поверхности. Таким образом, выражение для расхода воды получает вид

В h=t (b)

Q = f f vdy db. (108)

о о

Начало осей координат совмещено здесь с одним из урезов (рис. 73).

Рис. 74. Модель расхода:

ОЕВО — живое сечение; OBCDO — эпюра поверхностных скоростей

Имея в виду формулу (40), выражение для расхода можно написать также так:

в

Q=J qdb, (109)

о

где q — элементарный расход.

Объемное изображение двойного интеграла (108) называется моделью расхода (рис. 74). Сзади водное тело модели ограниче­но плоскостью поперечного сечения, сверху — куском свободной поверхности, вырезанным эпюрой поверхностных скоростей. Пе­редняя поверхность тела есть геометрическое место кондов век­торов скоростей, имеющих свое начало в плоскости поперечного сечения. Предполагается, что векторы скоростей нормальны к этой плоскости. Так как небольшая косоструйность не влияет на показания хороших современных вертушек (например, ГР-55), то практически это так и получается.

При измерении скоростей вертушками скорости определяют в ограниченном и относительно небольшом числе точек попереч­ного сечения. Задача вычисления расходов состоит в том, чтобы по этим ограниченным данным найти приближенную величину интеграла (108), или иначе, приближенную величину объема модели расхода. Для решения указанной задачи применяют не­сколько приемов¹ численного и графического интегрирования. Объем информации, получаемой с помощью поплавков, еще бо­лее ограничен. В этом случае построить функции v(y), т. е. эпю­ры распределения скоростей на вертикалях, нельзя. Задача реша­ется путем прямого перехода от поверхностных скоростей на вер­тикалях к средней скорости в живом сечении.

Рис. 73. Поперечное сечение потока

§ 60. ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСХОДА ВОДЫ, ИЗМЕРЕННОГО ВЕРТУШКОЙ

Обработку измерений, выполненных с помощью вертушки, на­чинают с вычисления скорости течения в каждой точке по глу­бине. Для этого прежде всего подсчитывают общее число оборо-

1 А1

После определения величины расхода (при любом способе вы­числения) находят среднюю глубину сечения = и среднюю Q

скорость