книги из ГПНТБ / Быков В.Д. Гидрометрия учебник

В гидравлическом отношении работа гидрометрического лотка подобна работе водослива с широким порогом. Поднятие порога над дном делается незначительным, а в отдельных случаях вообще отсутствует; при этом перепад уровня воды получается за счет су­ жения потока боковыми стенками лотка. Для измерения расхода используется зависимость между величиной напора и расходом воды.

Более точное определение расхода возможно в случае незатопленного режима истечения, при этом расход определяется в зави­

налах с большим содержанием донных наносов; во вторых, незна­

Гидрометрические лотки устанавливают иа прямолинейном уча­ стке водотока длиной, равной примерно шести—восьмикратной ши­ рине.

Для измерения расходов воды обычно применяют гидрометриче­ ские лотки стандартного типа, состоящие из трех основных частей: приемного раструба /, горловины // и отводящего раструба / / /

217

(см. рис. 16.1). Размеры стандартных лотков определяются шири­ ной горловины В:

по таблицам, приведенным в указанной выше Инструкции. При этом необходимо учитывать характер гидравлического режима протека­ ния воды. Режим свободного истечения в стандартных лотках имеет место при соотношении А<0,7Я . При h ^ 0 , 7 И режим исте­ чения будет затопленным. При затопленном истечении необходимо регистрировать положение уровней как в верхнем, так и в нижнем бьефах; нули обеих реек в этом случае располагают на отметке дна приемного раструба. Регистрация уровня в нижнем бьефе произво­ дится в начале отводящего раструба.

На реках с большим уклоном дна (/=0,01 и более) гидрометри­ ческие лотки устраивают только с одним приемным раструбом (рис. 16.2), без горловины и отводящего раструба; за лотком де­

218

иия расходов воды в каналах и водотоках, находящихся в зоне переменного подпора, а также на участках с неустойчивым руслом. Основным свойством и преимуществом водомерного порога явля­

16.2. Определение расходов воды с помощью водосливов

Для измерения расходов воды применяются водосливы с тон­ кой стенкой; вычисление расходов воды производится по формулам по величине напора. Гидрометрические водосливы должны рабо­ тать при незатопленном режиме.

219

Водосливами обычно измеряют расходы от 0,0005 до 10 м3 /с. Как измерительная установка водосливы очень удобны, когда тре­ буется частое и точное определение расхода для учета стока малых рек, распределения воды по ирригационной системе и при иссле­ довательских работах, связанных с изучением расхода и стока. Они также широко применяются в гидравлических лабораториях.

Рассмотрим типы водосливов, принятые для измерения расхо­ дов воды.

Прямоугольный водослив без бокового сжатия (рис. 16.4 а) имеет горизонтальное водосливное ребро во всю ширину канала. Такой водослив устраивается в каналах прямоугольного сечения длиной, равной семи-восьмнкратному наибольшему напору. Ребро водослива должно возвышаться над дном канала не менее чем на 0,2 м, а уровень воды в нижнем бьефе должен находиться не менее чем на 0,1 м ниже отметки ребра. Наибольший напор Я м а к с дол­ жен быть не более 1,00 м. Наименьший напор, обеспечивающий до­ статочно точное определение расхода, не должен быть менее0,05м.

разность отметок уровня верхнего бьефа и гребня водослива; от­ метка уровня верхнего бьефа определяется вне влияния кривой спада, на расстоянии не менее 2Я от ребра водослива; Р — высота порога водослива со стороны верхнего бьефа; g — ускорение силы тяжести.

Практически расходы воды через водослив определяются с по­ мощью таблиц в зависимости от напора, высоты порога и ширины отверстия. Подобные таблицы имеются в справочниках по гидрав­ лике, а также в указанной выше Инструкции [31].

Прямоугольный водослив с боковым сжатием (рис. 16.4 б) имеет ширину порога, меньшую, чем ширина подводящего канала, поэтому при переливе воды через отверстие струя водослива испы­ тывает сжатие со всех сторон, что вызывает некоторое уменьшение

220

Место измерения напора

б)

''//////'/////////»!/////////1//1>>

Место измере­ ния напора.

2Н,

макс

а

Рис. 16.4. Схема прямоугольного водослива.

а — без бокового сжатия; б — с боковым с ж а т и е м .

Практически расход через водослив определяют с помощью таблиц. Напор на водосливе рекомендуется принимать в пределах 0,05—1,00 м.

Трапецеидальный водослив имеет водосливное отверстие в форме равнобедренной трапеции. Наиболее распространенным яв­ ляется трапецеидальный водослив с коэффициентом откоса боко­ вых стенок ш = 0,25 и шириной порога, равной (3—4)Я. Высоту по-

Рис. 16.5. Схемы трапецеидального (а) и треуголь­ ного (б) водосливов.

m=rf/ft=tg а.

углами треугольного выреза, в пределах 20—120°, в зависимости

222

Практически расход воды через треугольный водослив опреде­ ляют тоже по таблицам в зависимости от напора и угла выреза.

Рис. 16.7. Устройство железобетонного водослива.

рекомендуется принимать от 0,02 до 0,50 м. Расход можно опре­ делить по таблицам.

При малых напорах параболический водослив позволяет опре­ делять расходы с большей точностью, чем треугольный водослив.

Радиальный водослив (рис. 16.8 б) имеет вырез, очерченный двумя круговыми дугами, сопряженными полуокружностью диа­ метром 5 мм. Радиусы дуг принимаются в пределах 20—60 см.

224

Наименьший допустимый напор 5 см, а наибольший — до 0,8 ра­ диуса выреза водослива. Радиальные водосливы позволяют весьма точно измерять малые расходы. Расход определяют по таблицам.

При значительной амплитуде колебаний расходов применяют комбинированные водосливы: для учета больших расходов устанав­ ливают прямоугольный или трапецеидальный водослив, а для учета

Л г

&-5 мм

Рис. 16.8. Схемы параболического (а) и радиаль­ ного (б) водосливов.

Для получения надежных результатов измерений расходов во­ досливами необходимо их установку производить с соблюдением следующих основных правил:

1) перед подходом к водосливу поток должен протекать прямо­ линейно во избежание перекоса водной поверхности в отверстии водослива; ось потока должна совпадать с осью водослива;

2)уровень нижнего бьефа всегда должен быть ниже ребра во­ дослива во избежание его подтопления;

3)под струю переливающейся воды должен быть свободный доступ воздуха;

4)края водосливного отверстия должны быть заострены, без вмятин и зазубрин, фаска среза должна быть обращена в сторону падения струи;

5)ребро прямоугольного и трапецеидального водосливов дол­ жно быть установлено горизонтально, а сама рамка водослива вертикально;

Водослив может быть дополнительно оборудован самописцем уровня.

Общее представление о конструкции железобетонного водослива можно получить из рис. 16.6 и 16.7.

На вновь построенных гидрометрических водосливах, а также и лотках рекомендуется делать контрольные измерения, чтобы про­ верить соответствие фактических расходов и определенных по таб­ лицам пли формулам. Если отклонение получится более 5%, то производят тарирование водослива (или лотка) путем измерения 5—7 расходов при различных уровнях. Расходы измеряют вертуш­ ками (при малых расходах — объемным методом). По данным та­ рирования устанавливают зависимость Q = f ( # ) , которую исполь­ зуют в дальнейшем для определения расходов через водослив.

16.3.Регистрация расходов воды самописцами

ирасходоуказателями

Для автоматической регистрации расходов на малых водотоках иногда применяют самописцы расходов воды, или, иначе, расходографы. Самописцы расходов устанавливаются только при условии гарантированного постоянства и однозначности зависимости вы-

Кроме приборов специальной конструкции, в качестве само­ писца расходов воды могут применяться самописцы уровня воды с поплавковой системой. В этих случаях в них к поплавковому ко­

226