Вплив гідрологічного режиму малих річок на будівництво гідротехнічних споруджень і призначення гідрометричних і гідрологічних робіт

Гідрометричний створ (гідроствор) повинен бути обладнаний пристроями і пристосуваннями, що дозволяють, не вносячи помітних змін у природний режим річки, зручно, швидко і безпечно робити виміри витрат.

Правила роботи вертушкою. У гідрометричному створі розбивають швидкісні вертикалі, в окремих точках яких роблять вимірювання швидкості течії. Розташування вертикалей у створі найкраще проектувати на накресленому профілі створу, виходячи з наступних умов: при ширині потоку до 50 м – 10 вертикалей, при ширині 50-100 м – 10-15 вертикалей. Вертикалі призначають через рівні проміжки ширини потоку і згущено в корінному руслі порівняно з заплавою. При наявності різких зламів профілю корінного русла вертикалі пристосовують до цих переломів. Вертикалі нумерують від постійного початку, наприклад від одного з реперів, якими обов'язково закріплюється гідроствор. Швидкісні вертикалі зручніше за все виносити в натуру за допомогою натягнутого через річку розміченого троса.

При відсутності троса і при великій ширині річки місце розташування вертикалей на місцевості можна установити шляхом зарубок, мензулою чи теодолітом. Робота з вертушкою і батометром ведеться з човна. При незначній ширині річки через неї може бути перекинутий легкий гідрометричний місток, з якого найбільше зручно працювати з вертушкою чи батометром.

Результати всіх гідрометричних спостережень необхідно записувати в польові журнали спеціальної форми, які дозволяють зменшувати можливість пропусків і помилок і полегшують обробку матеріалів.

Вимірювання зимових витрат роблять у тому ж створі, де вимірюються літні витрати. При цьому вимірюють товщину крижаного покриву і вертушку встановлюють у наступних точках: біля нижньої поверхні крижаного покриву, на глибині 0, 2h, 0, 4h, 0, 6h, 0, 8h і біля дна (де h – глибина води на вертикалі, вважаючи від нижньої поверхні льоду) ; чи в точках 0, 2h, 0, 6h і 0, 8h; при одноточковому – на глибині 0, 6h.

Обчислення витрати води, вимірюваних вертушкою. Якщо зобразити графічно у вигляді векторів швидкості руху води в кожній точці, а швидкісної вертикалі і кінці їх з'єднати, то одержимо графік розподілу величини швидкостей по вертикалі – годограф (рис. 4), що звичайно виходить у виді правильних кривих (наприклад, парабол). Площа такої епюри швидкостей являє собою елементарну витрату на вертикалі. При глибині вертикалі А, площі епюри   і середньої швидкості води на вертикалі   елементарну витрату можна виразити формулою:

 

  (1)

звідки  

 

Рис. 4. Розподіл швидкостей на вертикалі (годограф)

 

Якщо зобразити у вигляді векторів усі швидкості, вимірювані на усіх швидкісних вертикалях даного живого перетину, а кінці їх на кожній вертикалі з'єднати, то вийде фігура, яка носить назву моделі витрати. Об’єм цієї фігури буде витратою води за 1 секунду в даному живому перетині. При розсіченні цього тіла площинами, перпендикулярними до площини живого перетину, одержимо епюри елементарних витрат.

Визначивши на кожній вертикалі величину середніх швидкостей, неважко обчислити витрату води Q, яка проходить через гідроствор, для чого існує кілька способів: графомеханічий, графоаналітичний та аналітичний.

Графомеханічний спосіб полягає в наступному. На міліметровому папері викреслюють у досить великому масштабі живий перетин річки по гідроствору. Від лінії, що зображує уріз води, відкладають вгору (у масштабі) значення середніх швидкостей на кожній вертикалі. З'єднуючи кінці цих відрізків, одержують криву зміни середніх швидкостей у перетині. Добуток даної середньої швидкості, знятої з епюри, на відповідну їй глибину дасть елементарну витрату на даній вертикалі. Відклавши вгору від лінії рівня води величини елементарних витрат і з'єднавши кінці цих векторів, одержимо криву (епюру) елементарних витрат.

Площа цієї епюри (фігури, обмеженої рівнем води і кривої елементарних витрат) і є витратою води Q, що проходить через даний живий перетин річки. Масштаби для побудови епюр середніх швидкостей і елементарних витрат беруть довільними, але з таким розрахунком, щоб крива елементарних витрат лягла вище лінії середніх швидкостей.

Для обчислення витрати Q аналітичним способом користуються формулою

 

  (2)

 

де v1, v2... vi – середні швидкості на вертикалях;

  – частини площі живого перетину між суміжними вертикалями.

Визначення витрати води поплавцями. Цей метод полягає в наступному. Вище і нижче гідрометричного створу встановлюють два додаткових створи – поплавочні. По відстані між крайніми створами l і часу t проходу поплавцем цієї відстані можна знайти середню швидкість руху поплавця vcp=l: t. Це значення середньої поверхневої швидкості відноситься до тієї точки головного створу, де пройшов поплавець. Місце проходження поплавця фіксують натягнутим поперек річки тросом, розміченим поділками чи за допомогою зарубок. Поплавці пускають з пускового створу, розташованого на 10-20 м вище верхнього створу, щоб поплавець до моменту входження в перший поплавочний створ набув швидкості потоку. Відстань між поплавочними створами не слід брати менше 20-25 значень максимальної поверхневої швидкості.

Якщо напрямок струменів потоку не є нормальним до головного створу, то проходження поплавця засікають у всіх трьох створах. Визначення витрати води поплавцями можна робити тільки в безвітряну погоду.

Число поплавців,