Определение расходов воды в реке

Большое внимание на гидрологических станциях уделяется измерению расхода воды.

Расходы жидкости определяются различными способами, в основном зависящими от вида движения жидкости (напорное или безнапорное) и величины расхода. Самые точные способы - весовой и объёмный способы, которые изучались в курсе «Гидравлика», однако они применимы только для определения малых расходов жидкости. Для измерения расходов напорных потоков применяются диафрагмы, трубки Вентури, расходомеры.

В условиях речных потоков чаще всего применяется способ, основанный на измерении местных скоростей и глубин, по которым подсчитывается расход, так называемый метод «скорость – площадь» (рис. 6.2.3.1).

Рис. 6.2.3.1. Определение расходов воды в реке методом «скорость-площадь»

На водотоках с повышенной турбулентностью целесообразно применять метод смешения, заключающийся во введении в поток раствора-индикатора и измерении его концентрации в створе полного перемешивания. На небольших водотоках устраиваются гидрометрические сооружения, представляющие собой водосливы, гидрометрические лотки, искусственные контрольные сечения, водомерные насадки и др. В ирригации применяются водомеры-автоматы. Для определения расходов используются и сами гидротехнические сооружения (например, расходы на ГЭС могут быть установлены по рабочим характеристикам турбин).

При использовании метода «скорость-площадь» река по ширине разбивается на участки, так называемыми промерными вертикалями. На каждом участке измеряют площади водного сечения и средние скорости течения потока и в последующем определяют расход воды в реке с использованием зависимости:

Q = w_(i-1)V_ср(i-1)+ w_iV_срi+ w_(i+1)V_ср(i+1) + …;

где Q – расход воды в заданном створе реки, м3/с;

w_i – площадь водного сечения (живого сечения) между промеренными вертикалями глубины, м2;

V_срi – средняя скорость течения воды в данном отсеке между промерными вертикалями, м/с.

Иногда применяют ускоренный метод определения расхода воды, используя зависимость:

Q = K w V_пов;

где Q – расход воды, м³/с; K – коэффициент, принимаемый равным 0,85; V_пов – поверхностная скорость течения воды, м/с; w - площадь водного сечения, м², которая определяется по формуле

W = 2/3 B H_макс.

Здесь B – ширина реки, м; H_макс – максимальная глубина в данном створе, м.

Для небольших потоков (ручьев) можно соорудить специальные мерные водосливы, чтобы определить их расход воды. Расход воды через трапецеидальный водослив определя­ется по формуле

Q= 1,86 b H^3/2.

Здесь b – ширина мерного водослива понизу; H – глубина потока на водосливе.

Для треугольного водослива

Q= 1,4 b H^5/2.

Здесь H – глубина потока на водосливе.