Вычисление расхода воды поверхностными поплавками

Практическая работа №1

 

Метод основан на определении скорости движения предмета, передвигаемого поверхностным течением.

Расчеты выполняются в книжке КГ-7М(н).

Задачи:

1.) Вычисление среднего уровня или введение срезки уровня;

2.)Вычерчивание профиля водного сечения;

3.)Нанесение поплавков на клетчатку, их нумерация, разбивка на группы;

4.) Построение эпюры распределения скоростей по ширине реки;

5.) Вычисление средних скоростей на вертикалях;

6.)Вычисление частичных площадей водного сечения;

7.) Вычисление частичных расходов воды;

8.) Вычисление фиктивного расхода воды;

9.) Определение коэффициента перехода от фиктивного расхода воды к фактическому;

10.) Вычисление фактического расхода воды;

 

Продолжительность хода поплавков между верхним и нижнимствором должна составлять не меньше 10 с (около 40 м, рис. 1) по всей ширине реки.

 

 

Рис. 1. Схема расположения створов и производства засечек при измерении скоростей поверхностными поплавками

Методические указания по выполнению работ. Вычисление расхода воды, измеренного поверхностными поплавками по всей ширине реки, производится в следующем порядке:

Для осуществления расчетов результатов поплавочных наблюдений используются данные промерных работ, а также журнал запуска поплавков.

В журнале запуска поплавков нам даны расстояния, на котором поплавки пересекли средний створ, относительно постоянного начала. Расстояния определяются с помощью угловых засечек. Кроме того, исходя из результатов измерений, нам известно время прохождения поплавков от верхнего створа к нижнему (t).

1) Для начала необходимо вычислить скорость движения поплавка. Для этого используется формула:

,

L – это расстояние между верхним и нижним створами.

Обработка данных промерных работ выполняется в специальной таблице. Важным элементом при расчетах расходов является уровень воды над «0» графика поста. Поскольку значения уровня воды постоянно колеблются, меняться будут и результаты промеров. Следовательно, принимая данные промеров для вычисления расхода воды, необходимо определить величину срезки уровня.

Срезка уровня – это разность между средним уровнем при измерении расхода воды (скоростей потока) и уровнем при выполнении промеров глубин в гидростворе.

Срезка вводится в значения измеренных глубин с соответствующим знаком, в зависимости от изменения уровня (графа №3).

Промеры выполняются в прямом и обратном направлении, поэтому необходимо вычислить среднюю глубину на каждой промерной вертикали (графа №6).

На листе миллиметровой бумаги строится поперечный профиль русла согласно значениям глубин, полученных по результатам промеров.

На графике должны быть построены три профиля: по данным промеров в прямом направлении, обратном и по осредненным данным. С последнего профиля снимаются значения глубин, соответствующие расположению скоростных вертикалей (интервал между скоростными вертикалями определяется в зависимости от ширины реки).

Для дальнейших расчетов нам необходимо определить значения площади живого сечения между смежными скоростными вертикалями (графа №10). Площадью живого сечения является произведение глубины между вертикалями на расстояние между ними (графы №8 и 9).

 

Следующим шагом, является нанесение точек поплавков на клетчатку, помещенную в книжке КГ-7М(н): по оси абсцисс откладываются расстояния от постоянного начала (при прохождении поплавками среднего створа), по оси ординат – продолжительность хода поплавков. По нанесенным точкам, осредняя на глаз группы точек (за вычетом отбракованных), проводится плавная эпюра распределения продолжительности хода поплавков по ширине реки (рис. 2);

Рис. 2. Эпюра распределения продолжительности хода поплавков по ширине реки

Определяется среднее положение по ширине реки выбранных групп поплавков, проводится их совмещение с промерными вертикалями.

Затем вычисляются полусуммы скоростей смежных вертикалей. Для этого с эпюры снимается значение продолжительности хода поплавка (графа 13) согласно расстоянию от постоянного начала.

Путем умножения их на площадь живого сечения между этими же вертикалями определяются частичные расходы воды. Для прибрежных участков между берегом (границей мертвого пространства) и ближайшей скоростной вертикалью скорость вычисляется в соответствии с коэффициентами.

В результате суммирования частичных расходов определяется полная величина фиктивного расхода Q_Ф.

Далее вычисляется действительный расход воды в результате умножения фиктивного расхода на коэффициент K₁*Q_Ф.

Коэффициент К₁ при отсутствии вертушечных измерений определяется для приближенных расчетов по табл. 4, в которой приведены также значения К2, представляющие собой отношение средней скорости в сечении к максимальной поверхностной скорости (на стрежне реки).

Расход воды, определенный поверхностными поплавками только по наибольшей скорости потока, вычисляется по формуле:

Q=K₂v_наибF,

где К₂ – коэффициент перехода от наибольшей поверхностной скорости потока к средней, определяемый на основании вертушечных измерений (табл.5); v_наиб – наибольшая поверхностная скорость потока, определяемая как среднее арифметическое из значений скорости, вычисленных по трем поплавкам с наименьшей продолжительностью хода; F – площадь водного сечения потока.

Таблица 1

Приближенные значения коэффициентов К₁ и К₂ при отсутствии опытных данных

(по Г. В. Железнякову)

 

Характеристика русла, поймы (условия течения)	Средняя глубина, м
меньше 1	1-5	больше 5
К1	К2	К1	К2	К1	К2
Русла прямые, чистые, земляные (глина, песок), галечные, гравийные	0,80	0,64	0,84	0,66	0,86	0,67
Русла извилистые, частично заросшие травой, каменистые. Поймы сравнительно разработанные, с растительностью (трава, редкий кустарник)	0,75	0,60	0,80	0,63	0,83	0,65
Русла и поймы значительно заросшие, с глубокими промоинами. Русла извилистые с наличием крупных валунов	0,65	0,55	0,74	0,59	0,80	0,62
Поймы сплошь лесные таежного типа	0,57	0,46	0,69	0,56	0,75	0,60

 

 

КГ-7М(н)

К Н И Ж К А

для записи измерения расхода воды № 1 __

(поверхностными поплавками)

” 1 ” сентября 20 17 г.

Река Константиновка.

Пост

Створ № 1 расположен в км выше/ниже основного поста

Совмещен со створом основного поста.

местоположение поста

Расход измерил Иванов И.И..

Расход вычислил Иванов И.И..

Расход проверил Петров А.А..

Гл. гидролог Козлов. П.П..

Код гидрологии	Код поста	Год, месяц
:: 12013		01.09.17

Код инф.	Код поста (км трассы)	Год, месяц	Число	Номер расх.	Номер проток	Дата перфорации
:: 12013	-	09.17			-	17.09.17

 

 

 

Высота уровня за время измерения расхода воды, см
Наблюдения за уровнем воды	Время, час. мин	Гидроствор р	Основной пост
№ сваи (рейки)	отсчет	приводка	над "0" поста	№ сваи (рейки)	отсчет	приводка	над "0" поста
Перед измерением скор.	12:00
Во время измерен.скор.
По окончании измер. скор	14:00
Величина изм. уровня за время измер.скор.
Расчетный уровень
Высота уровня воды на гидростворе при промерах, см	Н	№ сваи (рейки)	отсчет	приводка	над "0" поста	Расчетный уровень, см	Промера
Расхода
Начал.					Срезка +/-	+3
Конеч.
Определение уклона водной поверхности
Берег _____левый_ _______ L _________ 400__________ м	Начальный	Конечный
№ сваи (рейки)	отсчет	приводка	над "0" поста	№ сваи (рейки)	отсчет	приводка	над "0" поста
Уклонные посты	Верх
Ниж
Падение, м
Уклон, ‰
L- расстояние между крайними точками нивелирования

 

Начало работ 12 ч._____ 00 м. Конец работ 14 ч. 00 м.

ОБСТАНОВКА РАБОТ

Состояние реки на гидростворе чисто.

Погода: ясно, пасмурно, туман, дождь, снег ясно.

Ветер: нет, слабый, по течению, против течения, отлев/прав берега

Река: тихо, рябь, чистая, мутная, несет сор, траву

Всего пущено поплавков 15 шт, принято к подсчету 14 шт.

Тип, форма, размер ппл. Деревянные, круглые, диаметр = 15 мм.

Секундомер «Агат» № 4787 выверен.

За пост.начало принят кол на лев./прав. берегу

Расстояние определено рулеткой, лентой, тросом, засечками2Т-30М.

Расход отнесен к промеру № 1 от " 31 " августа 20 17 г.

 

Номер строки	Сильный ветер (код 3)	Признак введения поправки к скорости при наличии косоструйности (код 1)	№ скоростной вертикали на границе русла и поймы
=3	-	-	-

ПРИНЯТЫЕ ДАННЫЕ

 

Номер строки	Расчетный уровень воды, мБС- 77	Расход воды, м м3/с	Относительные погрешности измерения элементов расхода воды, %	Вычисление Vср по формуле с целыми коэффициентами (код 1)
осн. пост	гидроствор	G0w	G0v
=5			61,4	-	-	-

 

Номер строки	Номер вертикали
=6
=7

 

ПРИНЯТЫЕ ДАННЫЕ

Номер строки

Номер протоки

Состояние реки

Расход воды, м3/с (л/с)

Площадь, м2

на основном посту

на гидростворе

водного сечения, Fв

мертвого пространства, F м

Погружения

мостовых опор, Fопор

общая, Fобщ

льда, Fл

шуги, Fш

=10

-

ч.

ч.

ч.

ч.

64,0

-

-

-

-

=11

=14

=16

=20

=22

=24

=26

 

 

ПРИНЯТЫЕ ДАННЫЕ

 

Номер строки

Номер протоки

Скорость, м/с

Ширина, м

Глубина, м

Уклон, ‰

Способ измерения расхода воды

Метод вычисления

Переходный коэффициент

Особенности измерения расхода

средняя, Vср

наибольшая, Vнаиб

по уровню воды, By

по нижней поверхности льда, Вн

средняя, hср

наибольшая, hнаиб

код

номер протоки с неучтенным стоком

процент неучтенного стока

=11

-

0,486

0,704

-

2,12

4,00

поплавки

граф.

-

-

-

=13

=15

=17

=19

=21

=23

=25

=27

ЗАПУСК ПОПЛАВКОВ

Начало 12 час. 00 мин. Конец 14 час. 00 мин.   № поплавков Место прохождения поплавка через средний створ от постоянного начала, м Продолжительность хода поплавка между верхним и нижним створами, с Скорость движения поплавка, м/с № группы, к которой отнесен поплавок Примечание               8,7   0,490       9,4   0,485       9,8   -   забракован   19,7   0,704       20,1   0,704       19,3   0,714       30,5   0,649       31,9   0,633       31,1   0,633       40,7   0,537       39,6   0,549       41,2   0,555       50,0   0,463       50,9   0,459       51,6   0,463

 

 

	ПРОМЕРЫ
Начало 12 час. 00 мин.
Конец 14 час. 00 мин.
	Расстояние от постоянного начала, м	Глубина рабочая, со срезкой, м	Глубина, м	Рабочая глубина, м	Глубина между вертикалями, м	Расстояние между вертикалями, м	Площадь водного сечения, м2	Средняя продолжительность хода поплавка в интервале, с	Средняя поверхностная скорость в интервале, м/с	Расход воды в интервале, м/с3
I	II	Средняя	Между промерными вертикалями	в интервале
Урез л.б.	2,1	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00					К=	0,7
0,48	3,2	1,54	1,54		0,289	0,44
	5,3	0,96	0,94	0,98	0,96	0,96
1,27	4,8	6,10	6,10		0,510	3,11
1/2	10,1	1,58	1,56	1,60	1,58	1,58
2,11	4,7	9,91	9,91		0,602	5,96
	14,8	2,64	2,61	2,66	2,64	2,64
3,06	6,2	18,94	18,94		0,704	13,33
2/4		3,48	3,44	3,51	3,48	3,48
3,71	4,2	15,58	15,58		0,685	10,67
	25,2	3,95	3,89	4,00	3,95	3,95
3,60	5,7	20,52	20,52		0,633	12,99
3/6	30,9	3,26	3,22	3,29	3,26	3,26
3,05	4,9	14,96	14,96		0,575	8,60
	35,8	2,85	2,82	2,88	2,85	2,85
2,49	5,5	13,71	13,71		0,538	7,38
4/8	41,3	2,14	2,12	2,15	2,14	2,14
1,91	4,8	9,16	9,16		0,495	4,53
	46,1	1,68	1,70	1,66	1,68	1,68
1,77	3,9	6,90	6,90		0,463	3,20
5/10		1,86	1,85	1,87	1,86	1,86
1,70	4,9	8,32	8,32		0,431	3,58
	54,9	1,54	1,57	1,50	1,54	1,54
1,02	5,6	5,71	5,71		0,403	2,30
6/12	60,5	0,51	0,56	0,45	0,51	0,51
0,25	1,5	0,38	0,38		0,275	0,10
Урез п.б.		0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
				К=	0,7
								Fобщ.=		Qфикт. =	76,2
	Нср.=	2,12	К1=	0,84
	Vср.=	0,486	Qфакт.=	64,02

 

Обстановка работ

Скорость движения поплавков, м/с

Состояние реки: на гидростворе/на основном посту (зарисовка - схема ледовой обстановки и зарастания)

 

 

Расстояние от постоянного начала до поплавков по среднему створу, м

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

БЛАНК КГ-7М(н)

 

 

 

 

 

 

В таблице «Принятые данные» в графе «Способ измерения расхода воды» принимаются следующие обозначения:

пт – поплавки поверхностные, засеченные теодолитом с одной точки, например, пт 15/17, где 15 – количество поплавков, принятых для расчёта, 17 – общее;

пcт – поплавки поверхностные, пущенные по стрежню, засеченные теодолитом с одной точки.

Число, стоящее после знака поплавков, указывает общее количество поплавков, принятых при вычислении расхода воды.

В графе «Способ вычисления расхода воды» рядом со способом вычисления (аналитический – а) указывается принятый переходный коэффициент, например, а, 0,82.