Гидрометрические расчеты

 

 

 

3.Вычисление расхода взвешенных наносов

Измерение расходов взвешенных наносов обычно совмещают с измерением расхода воды. Оно заключается в отборе проб воды с последующим определением массы содержащихся в ней наносов и вычислением мутности – массовой концентрации наносов. При измерении расхода взвешенных наносов на постоянных гидрометрических створах берутся следующие пробы воды:

На мутность в различных точках на скоростных вертикалях для вычисления расхода наносов;

Контрольные единичные пробы на мутность, отбираемые при измерении расходов взвешенных наносов для установления связи между мутностью единичной пробы и средней мутностью воды в реке;

Для определения крупности взвешенных наносов;

Единичные пробы на мутность, отбираемые на посту ежедневно в постоянном месте живого сечения реки.

Для определения расхода взвешенных наносов рекомендуется вести измерения в следующие сроки: летом – 2 раза в месяц, зимой 1 раз в месяц. В период половодий и паводков число ежемесячных измерений должно увеличиваться.

1) Определяем мутности и единичные  расходы взвешенных наносов в  каждой точке отбора проб, затем  аналитическим способом вычисляем  средние единичные расходы наносов на каждой вертикали.

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.1.

Вычисление мутностей и единичных расходов взвешенных наносов в точках живого сечения

Номера вертикалей	Расстояние от посто-янного начала l, м	Глубина на вертикали h, м	Точки отбора проб на вертикали	Скорость течения в точке V, м/с	Объем пробы А, см	Вес наносов в пробе Р, г	Мутность ρ, г/м3	Единичный расход наносов в точке α, г/м2с	Ср.единичный рас-ход наносов на вер-тикали αср, г/м2с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	40	1,4	Пов. 0,2 0,6 0,8 Дно	0,58 0,56 0,54 0,42 0,33	3000	0,054 0,052 0,057 0,066 0,096	18 17,33 19 22 32	10,44 9,70 10,26 9,24 10,56	9,93
2	70	2,2	Пов. 0,2 0,6 0,8 Дно	0,76 0,74 0,61 0,51 0,39	3000	0,067 0,067 0,071 0,073 0,079	22,33 22,33 23,67 24,33 26,33	16,97 16,52 14,43 12,40 10,26	14,48
3	100	3,6	Пов. 0,2 0,6 0,8 Дно	0,81 0,80 0,72 0,62 0,47	3000	0,071 0,066 0,072 0,085 0,095	23,67 22 24 28,33 31,67	19,17 17,60 17,28 17,56 14,88	16,38
4	130	4,0	Пов. 0,2 0,6 0,8 Дно	1,00 0,99 0,87 0,78 0,55	3000	0,067 0,067 0,070 0,100 0,110	22,33 22,33 23,33 33,33 36,67	22,33 20,09 20,29 25,99 20,16	21,56
5	160	2,8	Пов. 0,2 0,6 0,8 Дно	0,70 0,74 0,72 0,58 0,39	3000	0,057 0,057 0,064 0,068 0,073	19 19 21,33 22,67 24,33	13,30 14,06 15,35 13,14 9,48	13,73

 

Величины мутностей в точках отбора проб находим делением массового количества наносов на объем пробы

ρ = ( Р * 106 ) / А , м3/с

Р – вес наносов, г;

А – объем пробы, см3.

Единичные расходы наносов в точках вычисляем по формуле:

α = V * ρ , г/м2с

Средний единичный расход наносов на вертикали:

αср = 0,1 (αп + 3α0,2 + 3α0,6 + 2α0,8 + αд ) , г/м2с

αср1 = 0,1 ( 10,44 + 3 * 9,70 + 3 * 10,26 + 2 * 9,24 + 10,56 ) = 9,93 г/м2с

αср2 = 0,1 ( 16,97 + 3 * 16,52 + 3 * 14,43 + 2 * 12,40 + 10,26 ) = 14,48 г/м2с

αср3 = 0,1 ( 19,17 + 3 * 17,60 + 3 * 17,28 + 2 *17,56 + 4,88 ) = 16,38 г/м2с

αср4 = 0,1 ( 22,33 + 3 * 20,09 + 3 * 20,29 + 2 * 25,99+ 20,16 ) = 21,56 г/м2с

αср5 = 0,1 ( 13,30 + 3 * 14,06 + 3 * 15,35 + 2 * 13,14 + 9,48 ) = 13,73 г/м2с

 

2) По полученным данным производим  вычисление расхода взвешенных  наносов аналитическим способом.

Общий расход взвешенных наносов R находим суммированием расходов наносов ri через элементы живого сечения между вертикалями Wi. Средние единичные расходы наносов между вертикалями определяем как полусумму средних единичных расходов на смежных вертикалях, которые вычислены в табл.2.1. При этом для первого и последнего элементов живого сечения средний единичный расход определяем умножением среднего единичного расхода на ближайшей вертикали на коэффициент 0,7.

Расходы наносов через элементы живого сечения ri находим умножением их площадей на средние единичные расходы между вертикалями с последующим делением на 103 для получения расходов наносов в кг/с.

 

Таблица 2.2.

Вычисление расхода взвешенных наносов аналитическим способом

Номера вертикалей	Расстояние от постоянного начала l, м	Глубина на вертикали h, м	Ср.единичный расход наносов на вертикали αср, г/м2с	Ср.единичный расход наносов между вертика-лями αср, г/м2с	Площадь живого сечения между вертикалями W, м2	Расход наносов между вертикалями r, кг/с
1	2	3	4	5	6	7
Ур.Л.Б.	0	0
				6,95	28	0,19
1	40	1,4	9,93
				12,20	54	0,65
2	70	2,2	14,48
				15,43	87	1,34
3	100	3,6	16,38
				18,97	114	2,16
4	130	4,0	21,56
				17,64	102	1,79
5	160	2,8	13,73
				9,61	42	0,40
Ур.П.Б.	190	0
					427	6,53

 

 

Общий расход взвешенных наносов:

R = ∑ ri , кг/с

∑ ri = 0,19 + 0,65 + 1,34 + 2,16 + 1,79 + 0,40 = 6,53кг/с

R = 6,53кг/с

 

3) Вычисляем среднюю мутность  по живому сечению:

ρср = ( 1000 * R ) / Q , г/м3

 ρср = ( 1000 * 6,53 ) / 269,13 = 24,26 г/м3

 

4. Составление плана участка реки в изобатах и построение

продольного профиля.

4.1. Построение плана участка реки в изобатах.

Составление плана участка реки в изобатах является частью камеральной обработки. Камеральная обработка промеров производится с целью составления гидрографического плана (план участка реки в изобатах), который составляется на основании материалов полевых наблюдений, включая не только промерные, но и геодезические, и топографические работы.

Обработка материалов состоит из следующих основных этапов: составление основы плана, приведение измеренных глубин к срезочному уровню, составление плана участка в изобатах, определение отметок дна и построение плана участка в горизонталях, построение продольного профиля по линии судового хода и др.

Осуществляется проверка журналов промеров глубин и журналов координирования промеров. На основу плана наносятся промерные точки по данным координирования. Глубины в точках, соответствующие срезочному (проектному) уровню, переносятся на планшет съёмки. Глубины, измеренные при рабочем уровне, снимаются с батиграммы или из журнала промеров. Величина срезки определяется на день промеров глубин по формулам, после получения отметки рабочего уровня воды путем нивелирования.

1) Глубины, измеренные при рабочем  уровне, приводим к срезочному (проектному) уровню по заданному варианту величины срезки глубин.

Глубины при срезочном уровне hc находим вычитанием величины срезки глубин ΔH из глубин при рабочем уровне hp

hc = hp – ΔH

Результаты расчета в таблице 3.1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) Приведенные к срезочному уровню  глубины (в метрах с точностью  до 0,01м) перенесены на план съемки  участка реки, оформленного в  масштабе 1:10000, на котором они  выписаны у соответствующих точек  на промерных галсах.

 По глубинам в точках промеров проведены изобаты (линии равных глубин). Изобаты проведены через 1,0м по глубинам, соответствующим целым значениям метров, т.е. 1м, 2м, 3м и т.д. При этом использованы приемы интерполяции.

В надводных частях (выше срезочного уровня) рельеф изображен сухими изобатами, которые проведены по точкам с отрицательными значениями приведенных глубин. Такие значения возникают при вычитании срезок из рабочих глубин на мелководных участках русла, где величина срезки превышает глубину.

На плане участка нанесены также:

линии урезов при срезочном уровне (нулевые изобаты);

линии урезов при рабочем уровне;

знаки, определяющие положение промерных галсов.

 

3) После проведения изобат на  плане участка проведена линия  судового хода. В начале и в  конце участка стрелками показано направление течения.

 

4.2.Построение продольного профиля.

 

Продольный профиль участка реки построен по линии судового хода, которая проложена по наибольшим глубинам.

Масштабы: горизонтальный - 1см – 100м; вертикальный – 1см – 1м. Построение выполнено на миллиметровой бумаге формата А3.

 

1) На каждом галсе вычисляем  отметки срезочного уровня

Zср = Zр – ΔH , м

Таблица 3.2.

Отметки рабочих уровней воды на промерных галсах, Z м

Номера галсов	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Zр	95,80	95,78	95,76	95,73	95,71	95,68	95,64	95,59	95,56	95,54	95,51	95,49
Zср	93,40	93,38	93,36	93,33	93,31	93,28	93,24	93,19	93,16	93,14	93,11	93,09

 

ΔH = 240см = 2,40м

Zср1 = 95,8 – 2,40 = 93,40м

Zср2 = 95,78 – 2,40 = 93,38м

Zср3 = 95,76 – 2,40 = 93,36м

Zср4 = 95,73 – 2,40 = 93,33м

Zср5 = 95,71 – 2,40 = 93,31м

Zср6 = 95,68 – 2,40 = 93,28м

Zср7 = 95,64 – 2,40 = 93,24м

Zср8 = 95,59 – 2,40 = 93,19м

Zср9 = 95,56 – 2,40 = 93,16м

Zср10 = 95,54 – 2,40 = 93,14м

Zср11 = 95,51 – 2,40 = 93,11м

Zср12 = 95,49 – 2,40 = 93,09м

 

2) Определяем отметки дна:

Zд = Zср – h , м

h – глубина на плане в месте пересечения линии судового хода с галсом.

h1 = 6,20м

h2 = 6,00м

h3 = 5,70м

Zд1 = 93,40 – 6,20 = 87,20 м

Zд2 = 93,38 – 6,00 = 87,38 м

Zд3 = 93,36 – 5,70 = 87,66 м

h4 = 5,80м

h5 = 5,00м

h6 = 4,00м

h7 = 4,80м

h8 = 5,30м

h9 = 5,90 м

h10 = 5,80 м

h11 = 5,85 м

h12 = 6,20 м

 

Zд4 = 93,33 – 5,80 = 87,53 м

Zд5 = 93,31 – 5,00 = 88,31 м

Zд6 = 93,28 – 4,00 = 89,28 м

Zд7 = 93,24 – 4,80 = 88,44 м

Zд8 = 93,19 – 5,30 = 87,89 м

Zд9 = 93,16 – 5,90 = 87,26 м

Zд10 = 93,14 – 5,80 = 87,34 м

Zд11 = 93,11 – 5,85 = 87,26 м

Zд12 = 93,09– 6,20 = 86,89 м 

5) Определяем уклоны водной поверхности  в относительных значениях на  трех – четырех участках продольного  профиля (где выявляется изменение  уклона) по формуле:

i = ( Zк – Zн  ) / L

Zк и Zн – отметки конечного и начального галсов участка;

L – расстояние между ними.

i1-4 = ( 87,20 – 87,53 ) / 600 = -0,00055

i4-7 = ( 87,53 – 88,44 ) / 600 = -0,00151

i7-10 = ( 88,44 – 87,34 ) / 600 = 0,00183

i10-12 = ( 87,34 – 86,89) / 600 = 0,00075

 

4.3 Построение поперечного сечения русла по промерному галсу № 7

 

Поперечное сечение русла строится по промерному галсу, номер которого соответствует варианту задания.

1. Измеряем расстояния от постоянного начала (правого берега) между промерными точками и в масштабе откладываются по горизонтальной оси.
2. Выбираем масштаб отметок по вертикальной оси. Проводим горизонтально линию рабочего уровня черным цветом и линию срезочного (проектного) уровня красным цветом по соответствующим значениям отметок ZHр и ZHср

 

ZHр = 95,64 см

ZHср = 93,24 см

3. Вычисляем отметки дна в промерных точках по формулам

 

Zдна=Zнср-hср или Zдна = Zнр-hр,

Где Zнср – отметка срезочного уровня промерного галса, в метрах;

Hср – глубина при срезочном (проектном) уровне в данной точке на плане, в метрах;

Zнр – отметка рабочего уровня промерного галса, в метрах;

Hр – глубина при рабочем уровне в данной точке, в метрах.

Z1 дна= 93,24-(-2,4)=95,64

Z2 дна= 94,14

Z3 дна=92,94

Z4 дна=91,04

Z5 дна=89,74

Z6  дна=88,44

Z7дна=89,04

Z8 дна=89,74

Z9 дна=88,34

Z10 дна=89,24

Z11 дна =91,99

Z12 дна=93,94

Z13 дна=93,24

Z14 дна=95,64

 

   4)По вычисленным отметкам  дна в каждой промерной точке  проводится линия дна черным  цветом.

 

 

 

5. Построение плана участка реки в горизонталях

 

1. По отметкам срезочного (проектного) уровня в каждой промерной точке вычисляются отметки дна Zдна по формуле:

Zдна=Zнср-hср

  Отметки срезочных уровней Zнср определяются вычитанием величины срезки из отметок рабочих уровней Zнр, при которых проводились промерные работы.

Вычисление выполнено в таблице 4.1

 

2. По отметкам дна строим план участка реки в горизонталях. Для этого предварительно на план переносятся промерные точки, у которых справа выписываются отметки с точностью до 0,01 м и по ним проводятся горизонтали через 0,5-1,0 м.