2. Практичне заняття № 1 Обчислення витрат води, виміряних у відкритих каналах при водообліку із використанням фіксованих русел

Вимірювання проводяться при облікових операціях із визначенням об’єму води, поданої юридичним і фізичним особам зі зрошувальних каналів, у гідрометричних створах з фіксованим руслом за відсутності підпору (рис. 2.1.а), замулень, розмиву, на полив зрошуваних або зволоження осушених земель, промислові і комунальні потреби, для поливу городів, садів і богарних земель.

Витрата води Q (м³/с) визначається за геометричними та гідравлічними параметрами потоку з використанням загальної формули:

, (2.1)

де:– площа перерізу потоку в створі вимірювання, м²;

– середня швидкість потоку у тому ж створі, м/с.

Витрата води вимірюється із застосуванням гідрометричного млинка основним способом, тобто у точках 0,2 і 0,8 глибини на кожній промірній вертикалі, з аналітичною обробкою результатів.

Схему обладнання гідрометричного поста наведено на рис. 2.1.б.

Рисунок 2.1. Схема водобліку із застосуванням фіксованих русел:

а – фіксована ділянка; б – гідрометричний пост: 1 – переріз русла;

2 – гідрометрична рейка; 3 – місток; 4 – колодязь із самописцем рівня води; 5 – з’єднувальна трубка

Вихідні дані для виконання роботи наведені в додатку В.

Необхідно: 1) на основі промірів глибин обчислити площу водного перерізу між промірними вертикалями; 2) розрахувати швидкість течії у точках 0,2 і 0,8h та середню швидкість на кожній вертикалі; 3) розрахувати часткові та загальну витрати води.

Порядок виконання роботи.

2.1. Для кожної точки вимірювань на вертикалі за одержаними даними кількості обертів лопатей млинка N і тривалості спостережень Т обчислюється кількість обертів лопатей за 1 с за виразом (1.7).

Величина n обчислюється із точністю до 0.01 обр./с. За кількістю обертів у даній точці і тарувальною таблицею (додаток А) визначається швидкість течії води в каналі.

Середня швидкість течії на швидкісних вертикалях розраховується за загальновідомими формулами. Приклад розрахунків наведено в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 - Вимір швидкості води в каналі гідрометричним млинком ГР-99

Номер промірної вертикалі	Глибина занурення млинка, м	Кількість обертів лопатей за прийом	Тривалість вимірювання, с	Кількість обертів за секунду	Швидкість води по горизонтах, м/с	Середня швидкість на вертикалі, м/с
1 2 3 4 5	0,2h 0,8h 0,2h 0,8h 0,2h 0,8h 0,2h 0,8h 0,2h 0,8h	156 145 255 217 322 278 301 234 149 138	100 100 100 100 100 100 100 100 100 100	1,56 1,45 2,55 2,17 3,22 2,78 3,01 2,34 1,49 1,38	0,22 0,21 0,35 0,30 0,43 0,37 0,40 0,32 0,21 0,20	0,22 0,33 0,40 0,36 0,21

Середня швидкість течії на промірній вертикалі розраховується як середнє арифметичне значення швидкостей у точках 0,2 і 0,8h , тобто

.

За такою ж схемою розраховуються середні швидкості на інших вертикалях (табл. 2.1).

2.2. Визначається площа перерізу між промірними вертикалями. Схема розміщення промірних та швидкісних вертикалей на зрошуваному каналі наводиться у додатку Б.

Площа перерізу між сусідніми промірними вертикалями визначається за формулою прямокутної трапеції (при правильній формі каналу – за прямокутником). У наведеному прикладі:

(2.2)

ω₂ = h₂·b₂ =2,5·1=2,5 м² , (2.3)

а для крайніх вертикалей розраховується за формулою трикутника:

, (2.4)

Загальна площа перерізу визначається за формулою:

(2.5)

де: h₁, h₂, …, h_n, - глибина на окремих вертикалях; b - відстань між швидкісними вертикалями з номерами і та і +1.

2.3. Визначаємо часткові витрати води для промірних вертикалей. Для крайніх вертикалей за формулою:

(2.6)

Для решти – за формулою:

(2.7)

2.4. Підсумовуючи часткові витрати води, обчислюємо загальну її витрату в створі за формулою 1.8.

2.5.Усі результати розрахунків заносяться до табл. 2.2.

2.6. Якщо проводиться декілька вимірів витрат води за добу то об’єм стоку води за добу (тис. м³) обчислюють за формулою:

, (2.8)

де – витрати води на термін вимірювання;

– інтервал часу між термінами вимірювань, год.

Як правило, він становить 1–4 години.

Добовий об’єм води обчислюють шляхом множення кінцевого значення витрати води наростаючим підсумком за добу на 1,8, в результаті чого одержують добовий об’єм стоку води у тис. м³.

Якщо проводиться один вимір витрати води за добу то об’єм стоку води за добу обчислюють за формулою:

тис.м³ , (2.9)

де – виміряна витрата води, м³/с;

– кількість годин у добі, год;

3600 – кількість секунд у годині.

Таблиця 2.2 - Результати розрахунків витрат води між швидкісними вертикалями
№ промірної вертикалі	Відстань від постійного початку, м	Глибина, м	Площа водного перерізу, м^2			Розрахунок витрати води
			Відстань між вертикалями, м	Середня глибина між вертикалями, м	Площа між промірними вертикалями, м^2	Середня швидкість, м/с		Площа між промірними вертикалями, м^2	Витрата між вертикалями, м^3/с
						На промірній вертикалі	Між вертикалями
Уріз л.б. 1 2 3 4 5 Уріз п.б.	2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5	0,00 1,00 2,5 2,5 2,5 1,25 0,00	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00	0,5 1,75 2,5 2,5 1,88 0,63	1,0 1,25 2,5 2,5 1,88 1,25	0,00 0,22 0,33 0,40 0,36 0,21 0,00	0,11 0,28 0,37 0,38 0,29 0,11	1,0 1,25 2,5 2,5 1,88 1,25 ω=10,4 м^2	0,10 0,25 0,81 0,95 0,64 0,12 Q=2,87 м^3/с