Аналіз коливання рівнів води

Мета роботи: навчитись обробляти дані щоденних рівнів води, будувати графіки коливання, рівнів, суміщені графіки коливання рівнів на двох водпостах та графік зв'язку двох водпостів.

 

Рівнем води називають висоту положення її вільної поверхні відносно постійної горизонтальної площини відліку («нуля графіку»). Це одна з головних характеристик відкритих потоків. Значення рівнів (H) визначають габарити по висоті споруд, що проектуються на водостоках, як функції від H розраховуються витрати води Q, площа живого перетину в даному створі, швидкість течії та ін.

Вимірювання рівнів води проводять на водомірних постах різної конструкції. Їх поділяють на постійні, що належать опорній мережі гідрометслужби України, та тимчасові, якими відають різноманітні відомства для інженерних та наукових досліджень. З усіх типів конструкцій найпростішими є рейкові і пальові пости. Більш складними є пости з безперервним записом рівнів.

Умовна горизонтальна площина, від якої ведеться відлік рівнів, називаться «нулем графіку». Він вибирається не менше, як на 0,5м нижче найнижчого рівня води, щоб не було від'ємних відліків рівня.

Рівні води заміряють о 8 і 20 годинах. При паводках і повенях, коли вода може швидко прибувати і спадати, проводяться додаткові заміри через рівні проміжки часу (2, 4, 6 годин, іноді частіше). Обробка даних спостережень за рівнями на водомірних постах включає визначення абсолютних відміток виміряних рівнів та вирахування середньодобових значень рівнів як середніх арифметичних з двох (о 8 і 20 годинах) чи більшої кількості замірів за добу (табл.4.1). Рівні води змінюються в зв'язку зі зміною водності потоку як на протязі року, так і з роками. Чим менша площа водозбору, тим більші коливання рівнів води в річці.

Коливання рівнів може бути зумовлене не тільки змінами водності ріки, але й дією вітру, льоду, заторів, гідротехнічних споруд та ін. Такі підйоми рівня називаються підпорами і їх слід виявляти і враховувати при аналізі ходу рівнів води.

Наглядну уяву про коливання рівнів води в ріці дають графіки коливання рівня H=f(t), які будують по середньодобових рівнях. На осі абсцис відкладають час (календарні дні), на осі ординат - рівень води в сантиметрах над нулем графіка (рис 4.1.). На такому графіку легко виділити фази водного режиму за даний рік.

Місце на річці, що цікавить нас з точки зору будівництва гідротехнічної споруди (напр. дамби для захисту від поведей) і де потрібно знати про найвищі можливі рівні, найчастіше розташоване далеко за водомірним постом. Тоді тут організовують тимчасовий водомірний пост, на якому проводять короткотривалі (хоча б на протязі року) спостереження за стоком. Згідно з отриманими даними будують суміщені графіки коливання рівнів даного тимчасового і найближчого постійного водопоста, розташованого вище чи нижче по річці (рис.4.2.). Здебільшого ці графіки виявляються подібними. Деяка різниця в формі графіків і їх незначне взаємне зміщення пов'язані з різною геометрією живих перетинів потоку в створах постів, часом проходження відстані між постами і т. д. На рис. 4.2 зображені графіки сумісного коливання рівнів води на постійному і тимчасовому постах за 3 місяці.

 

На графіках встановлюють характерні рівні, що обумовлені на обох постах однаковими причинами - підняттям води під час повеней, низьким стоянням в межень і т.д. Такі рівні називають відповідними (рис. 4.2). На основі відповідних рівнів будується графік зв'язку двох водомірних постів, де на осі абсцис відкладають дані постійного, а на осі ординат - тимчасового постів (рис.4.3.). Провівши графік, що відображає залежність між рівнями постійного і тимчасового водомірних постів за період, що аналізується (переважно це прямолінійна залежність), продовжують його в зону великих значень, які не зустрічалися за короткий період сумісних спостережень. Можна встановити також аналітичний зв'язок рівнів двох постів. Все це дає можливість екстраполювати на тимчасовий ствір результати, одержані за тривалий час роботи постійного поста, зокрема в періоди особливо високої водності.

Між рівнями і витратами води існує певна залежність. При збільшенні рівня, зрозуміло, зростає витрата завдяки збільшенню живого перетину та швидкості потоку (Q=Vω) Залежність Q=f(H) зображується у виді кривої витрат, яка дозволяє в майбутньому визначити витрати води на основі даних про рівні, що були отримані на цьому ж водомірному пості. При цьому відпадає необхідність в коштовних і трудомістких вимірюваннях швидкості течії. Криві будують на основі багаторічних даних вимірювання рівнів і витрат, вони повинні охоплювати по можливості всю амплітуду коливання рівнів. Допускається побудова кривих витрат на основі вимірювань за один рік.

Таблиця 4.1.

Щоденні рівні води (см) р.Золота Липа на водопості біля м.Бережани

в 1988 році (відмітка нуля графіка 261,58см)

Число

Місяць

І

ІІ

ІІІ

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

 

Рис.4.1 Графік коливання рівнів води за рік.

 

 

 

Рис. 4.3 Графік зв’язку рівнів постійного і тимчасового водомірного постів

 

***

ЗАВДАННЯ

Студентові індивідуально видається таблиця щоденних рівнів води за три місяці на постійному і тимчасовому водомірних постах і величину максимального за останні 50 років рівня води на постійному пості.

Необхідно:

1. На міліметровому папері побудувати графік коливаня рівнів постійного водопоста і сумістити з ним графік коливання рівнів тимчасового водопоста.

2. Знайшовши відповідні рівні, побудувати графік зв'язку двох водопостів.

3. Визначити максимальний за 50 років рівень води на тимчасовому водомірному пості.

 

Робота 5