Измерение расхода воды методом «скорость-площадь»

 

    Метод «скорость — площадь» является разновидностью косвенных измерений расхода воды. При этом в результате наблюдений в фиксированном гидрометрическом створе определяются следующие элементы расхода:

    - глубины на промерных вертикалях и их удаление от постоянного начала по линии гидрометрического створа, для определения площади водного сечения (с точностью до трех значащих цифр, но не точнее 1 см);

    - продольные (нормальные к гидрометрическому створу) составляющие средних скоростей течения на вертикалях, на основе которых рассчитываются средние скорости в отсеках между ними (с точностью до трех значащих цифр, но не точнее 1 см/с).

    Расход воды вычисляют по его элементам одним из следующих способов (с точностью до трех значащих цифр):

    - аналитическим, как сумму частных расходов воды, проходящих через отсеки водного сечения потока, ограниченные скоростными вертикалями;

    - графическим, как площадь эпюры распределения элементарных расходов воды по ширине потока.

    При вычислении расхода воды должны определяться также основные гидравлические характеристики потока, используемые при оценке точности измерений и учете речного стока:

    - уровень воды над нулем поста H;

    - площадь водного сечения F;

    - средняя и наибольшая скорости течения (V и Vн);

    - ширина водного сечения В;

    - глубины потока: средняя hcp и наибольшая hн.

    В зависимости от методики определения средних скоростей на вертикали различают интеграционный и точечные способы.

    Интеграционный способ основан на измерении средней скорости течения на вертикали вертушкой, равномерно перемещаемой по глубине.

    Точечные способы, основанные на определении средней скорости течения на вертикали по результатам измерений в точках, подразделяются на:

    - основной способ — при измерении скорости течения на вертикали в двух (свободное русло) или трех точках (наличие водной растительности, ледостав);

    - детальный способ — при измерении скорости течения на вертикали в пяти (свободное) или шести точках (ледостав, водная растительность). При малых глубинах допускается применение одноточечного способа.

    Для основного способа измерений расхода воды в однорукавном русле назначается 8—10 скоростных вертикалей.

    В случае применения детального способа количество скоростных вертикалей увеличивается в 1,5—2 раза.

    Сокращенный способ измерений расхода допускает использование менее восьми скоростных вертикалей при двух-, трехточечном измерении скоростей на вертикалях (аналогично основному способу).

 

Требования к условиям выбора участка

     гидрометрического створа

 

    Расход воды измеряется в гидрометрическом створе, выбор которого осуществляется в процессе рекогносцировочного обследования исследуемого водотока.

    Участок реки, на котором будут производиться гидрометрические работы должен соответствовать следующим требованиям:

    - соблюдается прямолинейность русла по крайней мере на протяжении трехкратной ширины между бровками меженного русла реки для больших и средних рек и пятикратной для малых рек;

    - отсутствуют резкие переломы, профиль водного сечения и эпюры распределения скоростей по ширине потока устойчивый;

    - обеспечен правильный одномодальный, выпуклый профиль распределения скоростей течения по глубине потока;

    - отсутствует выраженная пульсация скорости течения по значению и направлению, а также значительная систематическая косоструйность потока;

    - отсутствуют помехи при измерении скоростей течения, глубин, уровня воды и координирования скоростных и промерных вертикалей.

    Требования к участку гидроствора, обеспечивающие нормальные условия измерений:

    - расположение гидроствора на плесовых участках реки;

    - отсутствие поймы с протоками и рукавами;

    - отсутствие естественных или искусственных преград;

    - отсутствие водной растительности в самом гидростворе, а также выше и ниже его на расстоянии до 30 м;

    - коэффициент вариации скорости (число Кармана Ka) в среднем по сечению должен быть не более 15 %;

    - косоструйность течения на гидростворе (отклонение в плане направлений течения в отдельных точках от его среднего значения для сечения в целом) должно быть не более 20°;

    - мертвые пространства должны иметь четкие границы и составлять не более 10 % от площади водного сечения;

    - при ледоставе должен отсутствовать многоярусный ледяной покров и незамерзающие полыньи;

    - зашугованность русла не должна превышать 25 % площади водного сечения;

    - средняя скорость течения в живом сечении должна быть не менее 0,08 и не более 5 м/с;

    - при измерении расхода воды вблизи моста участок гидроствора должен быть расположен выше, но в случаях частых скоплений льда и заломов леса — ниже моста (на удалении не менее 3—5 ширин русла в обоих случаях);

    - гидроствор должен быть расположен на однорукавном участке реки. При необходимости допускается назначать гидроствор на участке разветвления русла на рукава и протоки.

 

Оборудование гидроствора

 

    Гидроствор должен быть закреплен на местности стальным канатом или гидрометрическим мостиком, или створными знаками.

    В створе устанавливается береговой знак (столб, репер и т.п.), закрепляющий постоянное начало для отсчета расстояний до урезов берегов, промерных и скоростных вертикалей, границ мертвого пространства и водоворотных зон.

    Разметочные канаты лодочных и люлечных переправ должны быть снабжены постоянными метками-марками, а гидрометрические мостики — метками на настиле, фиксирующими расстояние от постоянного начала.

    При координировании промерных вертикалей геодезическими методами участок дополнительно оборудуется стоянкой угломерного инструмента.

    Гидроствор должен быть оборудован дополнительным постом для регистрации уровня во время измерения расхода воды, если гидроствор и основной уроненный пост удалены друг от друга и синхронные уровни изменяются с разной интенсивностью.

    При каждом измерении расхода воды на гидрологическом посту должен быть измерен соответствующий ему уровень воды. Правила выполнения измерений уровня воды должны соответствовать требованиям ГОСТ 25855—83.

    Уровень воды необходимо измерять на гидрологическом посту до и после промеров глубин, а также перед началом и по окончании измерения скоростей течения. При прохождении пика паводка и попусков ГЭС должны быть проведены дополнительно два-три измерения уровня. Время каждого измерения уровня фиксируется.