Методы определения расходов воды

Расход воды является одним из основных гидравлических элементов потока. Для рек расход воды – это важнейшая характеристика, определяющая другие ее параметры. На основании систематических определений расходов воды вычисляется сток реки.

Расход воды в открытых водотоках (Q) обычно находят через живое сечение (W) и среднюю скорость потока (V) по формуле: Q = W·V

Также расход воды определяют с помощью каких-либо веществ, обладающие известными физическими или химическими свойствами. Вещество известной концентрации, пройдя вместе с потоком некоторое расстояние, понизит вследствие перемешивания свою начальную концентрацию. Степень понижения концентрации зависит от расхода воды, поэтому уменьшение концентрации вещества и является критерием расхода водотока.

Площадь живого сечения определяют как сумму элементарных фигур (трапеций, треугольников), а смоченный периметр c – как сумму гипотенуз прямоугольных треугольников.

Для вычисления расхода воды необходимо от поверхностной скорости перейти к средней скорости течения воды, что осуществляется через переходной коэффициент К1:V = V_пов. ·К₁; К₁ = С/(С + 14); где С – скоростной коэффициент формулы Шези. Определяется по формулам Н.Павловского И.И. Агроксина и Базена. По формуле Базена С = 87 /(1 + g/ÖR), где g - коэффициент шероховатости, для чистых земляных русел; R – гидравлический радиус.

R = W_ср. /c_ср. = 0,84 м² /3,35 м = 0,24 м;

ÖR = Ö0,24 = 0,50;

С = 87/(1 + 1,30/0,50) = 24,2;

К₁ = 24,2/(24,2 + 14) = 0,63;

V = 0.63 · 0.42 = 0.27 м/сек;

Q = W_ср. · V = 0.84 · 0.27 = 0.23 м³/сек.

Гидравлические расчеты проводятся для определения размеров поперечных сечений водоприемников, каналов и сооружений, проверки их устойчивости против размыва и заиления, а также увязки расчетных горизонтов воды в каналах и водоприемниках, условий вертикального сопряжения элементов осушительной сети.

Для расчета проводящих каналов применяется следующая формула равномерного движения: Q=W·V= W · C ÖR J, где Q – расход воды, м³/сек; W – площадь живого сечения, м²; V – средняя скорость потока, м/сек; C – скоростной коэффициент; R – гидравлический радиус, м; J – уклон дна канала.

Скоростной коэффициент С определяется по формуле:

а) Академика Павловского: С = 1/n· R^y, где y = 2.5 Ön – 0.13 – 0.75ÖR(Ön – 0.10).

б) Проф. Агроскина С = 1/n + 17.72lgR, где n – коэффициент шероховатости; R – гидравлический радиус, м.

Расход воды также определяют по водосливам. Водосливом называется сооружение, перегораживающее поток. В перегораживающем сооружении (стенке) может устраиваться вырез.

Нижняя кромка выреза называется порогом водослива. Форма выреза может быть прямоугольной, трапецеидальной, треугольный и пр.

Водосливы бывают с тонкой стенкой и с широким порогом. Толщина стенки величина относительная, определяемая по отношению напора Н к толщине порога С. У водослива с тонкой стенкой Н превышает С не менее, чем в 2 – 3 раза. Водосливы с тонкими стенками можно при небольших расходах воды использовать в качестве водомерных сооружений.

Расход воды рассчитывается по формулам:

прямоугольный водослив Q = 1.95 bH ÖH;

трапецеидальный водослив Q = 1.86 bH ÖH;

треугольный водослив Q = 1.4 H² ÖH,

где Q – расход воды, м³/с; b – ширина порога, м; Н – величина напора, м.

Водосливы с широким порогом используются в качестве водосбросных сооружений при плотинах. Расход воды через подобные водосливы рассчитывается по формуле Q = mw Ö2g*H^3/2, где m – коэффициент расхода; w – живое сечение потока; H – напор, м.