Применение ускоренных методов расчета расходов воды

Данные о проекциях поверхностных скоростей течения и расстояниях от постоянного начала до центров траекторий поплавков переносятся в соответствующие графы «Книжки для записи измерения расхода воды» КГ-7М(н), где и подсчитывается фиктивный расход воды. Переход от фиктивного расхода к действительному осуществляется по формуле Q = КО_ф с определением коэффициента К на основе зависимости (4.12) или по результатам предварительных наземных определений.

Если наблюдения производились при скорости ветра до 6 м/с, необходимо рассчитать поправки к коэффициенту К. В первом приближении они устанавливаются по данным специальных наблюдений, выполненных Г. А. Любимовым и Т. И. Соколовой (ГГИ):

(10)

где — проекция относительной скорости ветра на динамическую ось потока; определяется по соотношениям:

для составляющей скорости ветра, направленной против течения:

соответственно по течению

где α — острый угол, составленный направлением ветра и динамической осью потока. Все значения осредняются по ширине потока, что отмечено чертой сверху. Таким образом, при верховом ветре поправки имеют знак минус, для противоположного направления получают положительное значение.

Формула (10) предназначена к применению на больших и средних равнинных реках.

Нельзя не отметить существенный недостаток аэрофотометода определения расходов воды — невозможность его вычисления в процессе измерения, так как требуется длительная лабораторная обработка пленки для получения фотоплана. В последнее время в Советском Союзе успешно испытан аэровидеометод, при котором изображение траекторий поплавков фиксируются (с необходимой задержкой) на экране монитора, установленного вместо фотоаппарата, что позволяет получить расход воды немедленно после измерения скоростей течения.

4. Обработка расхода с применением интерполяционно-гидравлической модели

Для применения интерполяционно-гидравлической модели, нам необходим расход измеренный детальным способом. Берем расход р. Тургай за 19 мая 1964 года, и обрабатываем книжку КГ-3 Количество промерных вертикалей 23, скоростных 7. Считаем соответственно площадь, скорость и расход для данных промеров. Получили расход Q = 17,46м³ 1с.

Теперь к данным измерениям можно применить интерполяционно-гидравлическую модель, для этого составим таблицу 1.

Таблица 1 - Определение гидравлического коэффициента и составляющих средних скоростей на вертикалях

№ скоростной вертикали	Рабочая Глубина, м hi	Средняя Скорость, м/с Vi	hi 2/3		V= a0 hi 2/3	∆Vi= Vi- V
1	1.69	0.48	1.42	0.34	0,41	0,07
2	1.76	0.54	1.46	0.37	0,42	0,12
3	2.02	0.63	1.60	0.39	0,46	0,17
4	2.67	0.58	1.93	0.30	0,56	0,02
5	2.64	0.55	1.92	0.29	0,56	-0,01
6	2.70	0.55	1.94	0.28	0,56	-0,01
7	1.98	0.15	1.58	0.09	0,46	-0,31
	2.06

В данной таблице параметр а считаем по формуле

, (1)

, (2)

где N - количество скоростных вертикалей,

а_о = 2,06/7=0,29

Для вычисления расхода приводится таблица 2.

Таблица 2.Вычисление расхода воды на четырнадцати скоростных вертикалях

№ скорости вертикали	Площадь отсека Fs	Ширина отсека bs	Средняя глубина hs	hs 2/3	Vs = a0 hs 2/3	∆Vs= 0.5(Vi+ Vj)	Vs= s + ∆Vs	Qs =Vs *fs
0.7
1	3.44	7.0	1.69	1.42	0,41	0,07	0.48	1.65
2	3.81	2.0	1.76	1.46	0,42	0,12	0.54	2.05
3	4.8	2.0	2.02	1.60	0,46	0,17	0.63	3,02
4	5.23	2.0	2.67	1.93	0,56	0,02	0.58	3,13
5	5.33	2.0	2.64	1.92	0,56	-0,01	0.55	2,93
6	4.6	2.0	2.70	1.94	0,56	-0,01	0.55	2,63
7	6.25	2.0	1.98	1.58	0,46	-0,31	0.25	1,56
0.7

Примечание: при вычислении ∆Vs в краевых отсеках вместо весового коэффициента К=0,5 применяется коэффициент К=0,7.

В итоге после расчета получили расход Q=16,97 м³ /с. Отклонение полученного значения от расхода воды, вычисленного основным способом, составляет всего 2,8%. Сократим количество вертикалей до 3 и посчитаем для них расход. Для этого нам понадобится таблица 3.

№ скорости вертикали	Площадь отсека Fs	Ширина отсека bs	Средняя глубина hs	hs 2/3	Vs = a0 hs 2/3	∆Vs= 0.5(Vi+ Vj)	Vs= s + ∆Vs	Qs =Vs *fs
1	3.44	7.0	1.69	1.42	0,41	0,07	0.48	1.65
3	8,61	4,0	1,89	1,53	0,44	0,14	0.58	5,19
6	21,41	6,0	2,67	1.93	0,56	-0,12	0,44	9,82

Получили расход Q=16,66 м³ /с. Отклонение полученного значения от расхода воды, вычисленного на семи вертикалях, составляет всего 1,8%, а от расхода воды вычисленного основным способом 4,4%.

Заключение

Вычислив расход на основе его интерполяционно-гидравлической модели, получим незначительные отклонения от расхода, вычисленного детальным методом. Интерполяционно-гидравлическая модель расхода воды практически исключает систематическую погрешность-занижение расхода воды при сокращении числа скоростных вертикалей. Такой эффект достигается тем, что интерполяция средних скоростей на вертикалях по ширине отсека между ними ведется с учетом распределения глубины. Интерполяционно-гидравлическая модель превосходит графический способ обработки расходов воды, в которой средние скорости на вертикалях интерполируются линейно.

При использовании интерполяционно-гидравлической модели достаточно изменять скорости всего на двух скоростных вертикалях, размещенных на одинаковом расстоянии расхода воды при двух скоростных вертикалях в створе равнинной реки.

Использование ускоренных методов расчета расходов воды доказывает, что данные методы очень эффективны и требуют незначительных затрат времени на вычисления, что имеет немаловажную роль в наше время.

Т.к. отклонение не превышает 5 %, это еще раз доказывает эффективность и практичность применения интерполяционно-гидравлической модели.

Список использованных источников

1. Карасев И.Ф., Васильев А.В., Субботина Е.С. Гидрометрия.-Л.: Гидрометеоиздат, 1991.-376с.

2. Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия.- Л.: Гидрометеоиздат, 1977.-448 с.