Лабораторная работа: Вычисление стока воды и стока наносов
Экстраполяция вверх:
1. непосредственным продолжением обоснованной части кривой вверх до 10% амплитуды колебаний уровня;
2. по элементам расхода производится с помощью кривых площади и средней скорости. Сначала достраивается до высшего уровня кривая площадей. Площади в пределах экстраполируемого участка определяются по профилю поперечного сечения. затем экстраполируем кривая скоростей соответственно направлению обоснованной части с учетом шероховатости склонов берегов. После этого для разных уровней в пределах экстраполируемого участка с кривых F=f(Н) и Ưср = f(Н) снимаются значения F и Ưср ; необходимые для экстраполяции расходы воды вычисляются по формуле Q=F Ưср . Точки (Q, H) наносятся на график и по ним кривая расходов плавно продолжается до высшего уровня;
3. по способу Стивенса применяется для больших равнинных рек с правильной корытообразной формой русла при средней глубине в пределах экстраполируемого участка не менее 3,5-4 м. Основан на том, что кривую расходов воды можно изобразить линией, близкой к прямой, если выразить зависимостью Q=f(F√hср ), где F- площадь водного сечения; hср – средняя глубина. Зависимость вида Q=f(F√hср ) может быть получена из формулы Q=FC√RI=F√RC√I;
4. по способу Стивенса- Великанова применяется, когда поперечный профиль русла при высоких уровнях имеет резкие переломы. Зависимость Q=f(F√hср ) может быть представлена в виде Q=f(Bh3/2 ср ), что также выражается прямой линией, но переломы в профиле не изменяют ее направления;
5. по формуле Шези применяется при наличии надежных измерений и продольных уклонов водной поверхности и дает хорошие результаты для больших равнинных рек со средней глубиной более 3,5-4 м. Расход вычисляется по формуле Q=F Ưср . площадь поперечного сечения при этих уровнях определяется по поперечному профилю гидрометрического створа, а средняя скорость вычисляется по формуле Шези Ư=C√RI, принимая гидравлический радиус равный средней глубине, получим Ư = C√hср I. Для определения значений C и Iстроятся зависимости I=f(H) и C=f(H). Кривая I=f(H) проводится по значениям измеренных уклонов, а для построения графика C=f(H) нужно с обоснованной измерениями части кривой Ưср = f(Н) для четырех-пяти наиболее высоких уровней снять значения средней скорости, тогда С вычислим по формуле С= Ưср / √hср I. Значения I при выбранных уровнях снимается с кривой I=f(H), а hср вычисляется как частное от деления площади поперечного сечения на ширину реки. По вычисленным значениям С строится кривая C=f(H).
Экстраполяция вниз:
1. непосредственным продолжением обоснованной части кривой до 5% амплитуды уровня;
2. по элементам расхода;
3. по отметке нулевого расхода воды, когда аналитическая зависимость Q(H) представлена формулой В.Г.Глушкова, Q=a(H-H0 )m действительной вплоть до нулевого расхода Н0 .
1.7 Вычисление стока при ледовых образованиях
1.Интерполяция. Этот способ применяется при значительном количестве измеренных расходов, равномерно освещающих весь зимний период. При использовании этого приема на комплексном графике по измеренным расходам строится гидрограф, с которого снимаются расходы за каждый день. При проведении гидрографа следует учитывать ход гидрометеорологических элементов, нанесенных на комплексном графике.
2. По зимнему переходном коэффициенту (Кзим ). Следует производить при отсутствии заторно-зажорных явлений. Кзим =Qзим /Qсв , Qзим - измеренный зимний расход при уровне Нзим ; Qсв –расход, полученный по таблице координат для кривой Qсв =f(Н) при уровне Нзим . Qзим = Qсв * Кзим . Кзим колеблется от 0,15 до 1,00; при Кзим =1,0 зимний расход ложится на кривую расходов свободного русла, что возможно или при отсутствии ледовых образований, или при незначительном их влиянии на режим расходов и уровней.
3. По Кзим с учетом степени стеснения живого сечения потока ледяными образованиями. При недостаточном числе измерений расходов в период ледостава график Кзим =f(Т) можно уточнить путем использования зависимости между коэффициентом Кзим и коэффициентом α, α=Fполн -Fпл /Fполн , Fполн - площадь поперечного сечения; Fпл - площадь погруженного льда. Имея Кзим =f(α) и сведения о толщине льда, можно вычислить значения α для любого дня, и тогда промежуточные значения Кзим могут быть определены по указанной кривой.
4. Срезка уровней за подпорный период. На графике колебания уровней рассматриваемого поста пунктирной линией соединяется начало и конец подпорного периода. По срезанным таким образом уровням ЕРВ вычисляются или по Кзим , или по зимней кривой расходов.
1.8 Вычисление стока при зарастании русла
1. По переходному коэффициенту зарастания. Кзар =Qзар / Qсв , Qзар - расход, измеренный при уровне Нзар ; Qсв - расход, снятый с кривой свободного русла при том же уровне. Значение Кзар изменяются обычно от 0,15 до 1,00. для вычисления ЕРВ по наблюденным уровням за период зарастания по таблице координат кривой Qсв =f(Н) берутся значения Qсв , а с графика Кзар =f(Т) снимаются соответственные значения Кзар . Qзар = Qсв * Кзар .
2. По временным кривым зарастания. А) однозначные временные кривые, плавные, выпуклые к оси уровней. Б) переходные временные кривые, выражающие неустойчивую связь между расходом и уровнем.
3. По интерполяции. Приналичии значительного количества измеренных расходов, освещающих все дождевые паводки и периоды низкого стояния уровней, сток вычисляется путем графической интерполяции между измеренными расходами.
1.9 Вычисление стока при переменном подпоре
1. По интерполяции . Применяют при быстро изменяющемся подпоре. Ежедневные расходы воды вычисляются путем прямолинейной или криволинейной (графической) интерполяции между измеренными расходами воды.
2. По временным кривым . Этот способ применяют при медленно изменяющемся подпоре. Временные кривые в условиях переменного подпора выражают неустойчивую связь между расходом и уровнем. Кривые строятся по датам.
3. Срезка подпорных уровней . Если подпор проявляется в виде кратковременного резкого подъема уровня без значительного изменения водности реки, то осуществляется простая срезка подпорных уровней. Для этого вычерчивается график колебаний уровня воды, начало и конец подпорного периода на графике соединяются плавной кривой или прямой линией. ЕРВ вычисляются по кривой устойчивой связи Qсв = f(H) с использованием срезанных или восстановленных уровней.
4. Построение кривой модулей расходов . Данный способ применяется при наличии надежных измерений уклонов водной поверхности. Модуль расхода вычисляется по формуле К=Q/√I. В большинстве случаев при одной и той же высоте уровня значение модуля расхода остается постоянным при изменениях уклона. Поэтому, если вместо точек (Q,H) нанести на график значения модуля расхода, (К,Н) расположатся узкой полосой и проводим кривую К=f(Н), называемую кривой модулей расходов. Для каждого измеренного расхода вычисляются значение модуля расхода по которым строится кривая К=f(Н). Затем по наблюденным уровням с кривой снимаются значения модуля расхода для каждого дня и ЕРВ вычисляются по формуле Q=K√I.
5. Построение семейства кривых. Применяется при непрерывно действующих и резко изменяющихся подпорах, вызывающих значительный разброс точек (Q,H). Для построения семейства кривых значения всех измеренных расходов наносятся на график и около каждой точки выписывается величина уклона или падения уровня. Затем в поле точек через равные интервалы уклонов проводятся плавные кривые расходов с выпуклостью к оси уровня. ЕРВ определяются непосредственно по семейству кривых. Для этого вычисляется значение уклона и с соответствующей данному уклону кривой по наблюденному уровню снимается величина расхода воды.
1.10 Вычисление стока при неустойчивом русле
1.По временным кривым. . А)однозначные временные кривые, плавные, выпуклые к оси уровней. Б)переходные временные кривые, выражающие неустойчивую связь между расходом и уровнем.
2.Способ Стаута . При непрерывной и периодической деформациях, когда частые паводки затрудняют проведение временных кривых. Значения измеренных расходов воды наносятся на график и посредине поля точек проводится плавная кривая расходов, называемая стандартной кривой. Для каждого измеренного расхода вычисляется поправка Стаута, по формуле ∆Н=Н1 -Н2 , где Н1 – уровень, снятый со стандартной кривой, Н2 - уровень, измеренный при определении расхода воды. Эти поправки имеют положительный знак, если расход расположен ниже стандартной кривой и соответствует размыву русла, и отрицательный знак, если расход расположен выше кривой и соответствует намыву русла. По найденным значениям ∆Н строится хронологический график поправок ∆Н = f(Т), на котором по горизонтали откладываются даты измерения расхода, а по вертикали значения поправок («+» - вверх от нулевой линии, «-» - вниз). График строится в виде плавной кривой, проведенной так, чтобы точки поправок распределились равномерно по обе ее стороны. По графику ∆Н = f(Т) определяются значения поправок для каждого дня и исправляются средние суточные уровни Ниспр =Низм ±∆Н. По исправленным уровням из таблицы координат стандартной кривой берется значение расхода воды.
3.Приведение кривой расходов к основному сечению. Когда деформации русла носят характер вертикального его смещения без изменения продольного уклона водной поверхности. Из всех профилей гидроствора выбирается одно поперечное сечение, по очертанию более близкое к среднему профилю. По нему определяются значения площадей водных сечений при разной высоте уровня. По вычисленным значениям площадей строится кривая F=f(H). К полученным точкам определяются поправки уровня ∆Нна деформацию русла аналогично вычислению поправок Стаута. Строится хронологический график. Вычисление ЕРВ производится аналогично вычислению по способу Стаута.