- •Тверской государственный технический университет а.Н. Болтушкин, о.В. Пухова, а.Е. Тимофеев гидротехника
- •Введение
- •1. Основные сведения из гидрологии и гидрогеологии.
- •Круговорот воды в природе. Водный баланс
- •1.2. Факторы стока
- •1.3. Гидрологический режим рек
- •1.4. Измерение скоростей течения воды в водотоках
- •1.5. Приборы для измерения скоростей
- •1.6. Определение расхода воды
- •1.7. Определение расходов гидравлическими способами
- •1.8. Теоретическое определение скорости течения воды и расходов
- •1.9. Характеристики речного стока
- •1.10. Методы расчета речного стока
- •Подземные и грунтовые воды
- •Грунтовые воды и их образование
- •2.2. Капиллярные и фильтрационные свойства грунтов
- •2.3.Методы определения коэффициента фильтрации
- •Осушение торфяных месторождений
- •Гидрологические особенности болот
- •Цели и задачи осушения
- •Методы осушения и способы осушения
- •Осушительные системы и их составные элементы
- •Схемы открытой осушительной сети
- •Основные правила проложения осушительной сети
- •Продольный профиль каналов
- •Поперечный профиль каналов
- •Откосы каналов и обеспечение их устойчивости
- •Гидравлический расчет каналов
- •Осадка торфяной залежи
- •Движение грунтовой воды к осушительным каналам и дренам
- •Расчет осушителей
- •Этапы осушения
- •Специальные способы осушения торфяных месторождений
- •Водоприемники и их регулирование
- •Противопожарное водоснабжение
- •Схемы противопожарного водоснабжения
- •Гидротехнические сооружения
1.6. Определение расхода воды
Расходы воды в реке можно определить различными способами. Одни из них основаны на измерении площадей живых сечений реки и определении средней скорости течения:
Q=VсрW , м3/с, (1.2)
где Vср – средняя скорость течения, м/с;
W – площадь живого сечения, м2.
В других – расход определяется гидравлическими способами (водосливами) и с помощью формул.
Способы, основанные на измерении скоростей течения, применимы для всех рек с достаточными глубинами и скоростями течения, не превышающими 5 м/с. Гидравлические способы, не требующие измерения скоростей, используются для определения расходов небольших рек, каналов и горных рек с бурным течением, где применять первые способы невозможно.
Рис. 1.9. Схема к расчету расхода реки аналитическим методом
Поперечное сечение реки промерными вертикалями разбивается на ряд трапеций.
Общая площадь поперечного сечения будет равна сумме площадей отдельных трапеций
. (1.3)
Расход определяется путем суммирования расходов, тяготеющих к какой-либо скоростной вертикали
Q = ∑Vi верт.∙ ωi. (1.4)
При использовании правила трапецией суммарный расход реки при аналогичном методе определяется по формуле
(1.5)
где К1 – коэффициент, учитывающий скоростные условия крайних отсеков живого сечения русла, примыкающих к берегам (К1 = 0,5…0,9).
Расход воды в водотоках не является постоянной величиной и изменяется во времени. Он увеличивается во время паводка или при выпадении дождей, когда увеличивается сток и в водотоке повышается уровень. Существуют зависимости Q = f(h); = f(h); V = f(h).
При обработке результатов гидрометрических измерений для каждого водотока строят график между этим зависимостями. Целью их построения является определение расходов (Q), скоростей (V) и площади живого сечения (W) при любом увеличении или уменьшении уровня воды в водотоке. Этими кривыми пользуются для определения ежедневных расходов.
Рис. 1.10. Графики зависимостей Q = f(h); = f(h); V = f(h).
1.7. Определение расходов гидравлическими способами
На небольших реках и ручьях, а также в осушительных каналах и дренах расход воды можно измерять водосливами.
Водослив – это искусственная преграда в безнапорном потоке, через которую происходит перелив воды. Водослив представляет деревянный или металлический щит с тонкой вертикальной стенкой, в которой сделано отверстие: прямоугольное, трапециидальное или треугольное. Толщина стенки δ < (2/3) Н, где Н – напор воды на водосливе. Гидравлическими параметрами водослива являются: напор Н, ширина отверстия b и коэффициент расхода m
Рис.1.11. Формы водосливных отверстий (b 3H)
Точность измерений на водосливах ± 3 %. Водосливы устанавливаются перпендикулярно, строго отвесно. Порог водослива должен быть строго горизонтальным. Для предохранения размыва грунта и разрушения установки водосливы устраивают в виде шпунтовой стенки с вырезом по форме водослива Расход воды через водослив прямоугольной формы рассчитывается по формуле:
( (1.6)
где b – ширина порога водослива, м; Н – напор воды на водосливе, м; m – коэффициент расхода, равный 0,42…0,44; g – ускорение свободного падения.
Прямоугольный водослив с шириной порога до 1 м и вертикальными боковыми стенками при напоре над порогом водослива до 0,3 м служит для замера расходов до 0,3 м3/с.
Треугольные водосливы дают большую точность измерения и поэтому ими пользуются при малых (Q<0,5 м3/с) расходах воды. Расход определяется по формуле:
Q=1,4 Н2,5. (1.7)
Трапециидальный водослив удобен для замера расхода воды до 1 м3/с. Расход определяется по формуле:
Q=1,86 H1,5b. (1.8)
Измерение величины напора производят в верхнем бьефе вне кривой спада на расстояния 4Н от стойки водослива, где Н – глубина воды над водосливом.
Бьефом называется часть водоема, реки, канала, примыкающая к водоподпорному сооружению (плотине, шлюзу и др.). Бьеф с верховой стороны (по течению) называется верхним, а соответствующий ему уровень воды – подпорным уровнем. Бьеф с низовой (по течению) стороны называется нижним.
Рис. 1.12. Схема установки водослива
Объемный способ заключается в перехвате всего потока. Он применяется на малых водотоках с небольшими расходами воды, а также при измерении стока из дрен и через мосты - переезды. Расход воды (л/с) при этом измеряется с помощью мерного сосуда вместимостью V ≈ 40Q и определяется отношением объема воды V, поступившей в сосуд, к продолжительности наполнения t: Q = V/t.