Связь расходов и уровней воды

Практическая работа № 2

Цель работы: изучить связь расходов и уровней воды, построить таблицу ординат кривой расходов.

Расход воды в потоке определяется по формуле

, (14)

где Q – расход воды (м³/с),

v_ср - средняя скорость в поперечном сечении потока (м/с),

ω - площадь поперечного сечения потока (м²), без учета площади «мертвого пространства», в пределах которого скорость течения практически равна нулю.

Изменение расходов во времени вследствие неравномерного поступления воды в реку вызывает изменение уровней, скоростей течения, размывающей и аккумулирующей деятельности реки, морфометрических характеристик живого сечения.

Если для какого либо створа на реке измерены расходы воды при разных уровнях, то можно установить зависимость между расходами и уровнями. Такую зависимость обычно выражают графически в виде кривой расходов. На графике в принятом масштабе по горизонтальной оси откладывают расходы воды (Q), а по вертикальной оси – значения уровней (Н). Точки на таком графике располагаются по кривой с выпуклостью, обращенной к оси уровней. Построенная таким образом кривая характеризует однозначную зависимость расходов от уровней воды реки, при которой определенному значению расхода соответствует только одно значение уровня. В природных условиях такая однозначная зависимость нередко нарушается, т.е. при одном и том же значении уровня могут проходить разные расходы воды. Такие случаи возможны при резком изменении уклонов воды на подъеме и спаде уровней, при неустойчивом русле (размыв дна), при переменном подпоре от искусственных сооружений, водной растительности и льда.

Для каждого расхода, однако, справедливо равенство (14). Поэтому проверку кривой расходов производят путем совместного исследования зависимости от высоты уровня воды отдельно для расходов, площадей живого сечения и скоростей. С этой целью на одном графике с кривой расходов строятся кривые площадей живого сечения и скоростей (рис 1)

Рис. 1. Кривые зависимости расходов воды, живых сечений и скоростей течения от уровня воды.

При плавном очертании профиля сечения реки кривая живых сечений получается плавной, в местах резкого изменения площадей живого сечения меняется и направление кривой, что особенно заметно при уровнях выхода воды на пойму.

Зависимость скоростей от уровней воды имеет вод кривой с выпуклостью, обращенной к горизонтальной оси только для правильных русел.

На некоторых участках больших равнинных рек, особенно в низовьях, а также на средних и малых реках, если эти реки имеют малые уклоны, наблюдается образование паводочных петель (рис 2).

Рис. 2. Кривые зависимости расходов воды, живых сечений и скоростей течения при подъеме и спаде уровней.

При проходе по реке паводков уклоны водной поверхности на подъеме обычно больше, чем на спаде. Если при прохождении паводка измерить расход при одном и том же уровне на подъеме и на спаде, то окажется, что измеренный расход больше на подъеме. Площади живого сечения оказываются одинаковыми при отсутствии изменений формы русла.

Если плавной кривой последовательно соединить точки расходов и скоростей на графике, то получится петля с ветвями подъема и спада.

Для облегчения анализа на стандартном листе миллиметровой бумаги наносят все точки расходов воды, соответствующие им площади водного сечения и средних скоростей за период открытого русла (без ледовых явлений в створе). По общей оси ординат для всех характеристик откладываются уровни воды, а по оси абсцисс – расходы, площади и скорости потока.

По нанесенным точкам или центрам тяжести определенных групп точек карандашом проводятся кривые всех трех характеристик и увязываются между собой. Для этого через определенные интервалы уровней с кривых снимают значения расходов воды и площадей водного сечения. При этом средние скорости потока вычисляют по соотношению

(15)

Рассчитанные средние скорости наносят на поле точек наблюденных средних скоростей, соединяют их плавной кривой.

Задание:

1. Переписать из гидрологического ежегодника измеренные расходы воды.

2. Нанести точки измеренных расходов, площадей, средних скоростей живого сечения на график, где по вертикальной оси откладываются значения уровней воды, а по горизонтальной .

3. Построить кривые Проверить правильность построения кривой путем подставления снятых с кривой значений в формулу (14).

3. Составить расчетную таблицу для определения расходов воды по уровню воды с шагом в 1 см для возможного диапазона значений уровней.

Контрольные вопросы:

1. Что такое расход воды? Способы и периодичность его измерения?

2. Что такое уровень воды? Способы и периодичность его измерения?

3. Написать формулу для вычисления скоростей течения потока и объяснить значение ее составляющих.

4. Какое значение имеет построение кривых зависимостей расходов воды, площадей живого сечения и скорости?

5. Что такое паводочная петля? Каковы причины ее образования?

6. По длине реки вниз по течению происходит увеличение или уменьшение значений расходов воды?

Дата добавления: 2014-12-07