Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 6. Часть II. Гидрологические наблюдения и работы на малых реках

Глава XI

КОНТРОЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДОВ ВОДЫ И ТАРИРОВАНИЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РАСХОДОМЕРОВ

§ 208. Под тарированием гидрологического расходомера понимается нахождение постоянной связи между уровнем в верхнем бьефе расходомера и расходом воды путем проведения возможно точных измерений расхода воды при разных отметках уровня.

Контрольные измерения расхода воды преследуют цель получения или уточнения кривой расходов и выполняются с помощью гидрометрических вертушек главным образом в контрольных руслах. В отличие от тарирования, которое может производиться для расходомеров один раз в пять лет и реже, контрольные измерения выполняются ежегодно.

Тарированию подлежат расходомеры таких типов, для которых зависимость расхода воды от уровня не может быть заранее теоретически определена с достаточной точностью; к ним относятся:

1) тонкостенные водосливы и гидрометрические лотки в зоне малых напоров (менее 5-6 см);

2) лотки и водосливы, имеющие неправильности в установке или построенные с отступлениями от проектных размеров (например, в связи с низким качеством строительных работ или по другим причинам).

Необходимость тарирования водосливов и лотков в зоне малых напоров обусловливается тем, что в этой области их пропускная способность подвержена влиянию местных условий: шероховатости дна и стенок лотка, тщательности заточки выреза водосливного щита, условий истечения струи (свободная, прилипшая) и др. Тарирование расходомеров является весьма ответственной операцией, поскольку на основе данных тарирования составляется расчетная таблица , которой затем можно пользоваться длительное время при условии соблюдения предписанных правил эксплуатации расходомера. Поэтому тарирование должны проводить инженеры с помощью тщательно проверенных приборов после предварительной подготовки и надлежащего оборудования гидроствора.

§ 209. В контрольных руслах ведется систематическое измерение расходов воды, так же как и для обычных речных гидростворов (постов), с целью получения кривой , освещающей по возможности всю амплитуду колебаний уровней. Отличие в методике измерений заключается лишь в отсутствии необходимости производить промеры глубин, так как русло в створе контроля фиксировано.

Однако на реках с интенсивным транспортом донных наносов контрольные промеры глубин (особенно в паводок) все же необходимы, так как на дне контрольного русла может отложиться слой наносов.

Размещение скоростных вертикалей в поперечном сечении контрольного русла принимается постоянным.

Тарирование контрольного русла может производиться в том случае, если оно сооружено на участке реки с большим уклоном (более 3-4‰) или в месте, где происходит изменение уклона от малого к большому. В этом случае характер протекания на участке реки ниже контроля не будет сказываться на пропускной способности створа контроля и потому кривая расходов будет устойчива во времени. Для таких контрольных русел кривая расходов, освещающая амплитуды уровней, может быть получена в течение одного-двух лет, а в дальнейшем потребуются лишь эпизодические измерения расходов для ее уточнения, главным образом при высоких уровнях.

§ 210. Измерения расходов в контрольных руслах ведутся в соответствии с общими рекомендациями Наставления вып.6, ч.I. Ниже приведены некоторые особенности, обусловленные спецификой малых рек и наличием закрепленного русла.

1. Перед выполнением измерений расхода производится точное определение поперечного профиля контрольного русла в гидростворе посредством нивелирования.

2. Работа вертушкой производится только со штанги.

3. Число скоростных вертикалей должно быть не менее пяти, а число точек измерения не менее двух на каждой вертикали (измерение скорости в одной точке 0,6 допускается только для береговых вертикалей при глубине на них менее 0,25 м).

4. Изменение уровня на гидростворе в течение измерения расхода не должно превышать 2 см при средней глубине до 20 см и 3-5 см - при больших глубинах. Поэтому продолжительность измерения расхода должна быть возможно меньшей. При интенсивных изменениях уровня воды (свыше 10 см в час) рекомендуется вести измерения одновременно несколькими вертушками. Если же это осуществить не представляется возможным, то измерения производят ускоренным способом, уменьшая время выдержки вертушки в точке до 30-40 секунд.

При особенно быстрых изменениях уровня (30-40 см в час и более) целесообразно вести измерения через одну вертикаль (например, при семи вертикалях - на 1, 3, 5, 7-й и затем снова повторить весь цикл). Измерения в этом случае ведутся основным способом (в двух точках на вертикали: 0,2 и 0,8).

5. Число измеренных расходов воды для освещения кривой расходов должно быть не менее 20 с относительно равномерным распределением их по охваченной амплитуде уровня (в первый год эксплуатации контрольного русла). При устойчивых уровнях обязательно проведение двух измерений расхода при одной и той же высоте уровня воды с целью устранения случайных ошибок. Если два последовательных измерения дали величины расхода воды, отличающиеся друг от друга более чем на 6%, то измерение повторяется в третий раз.

6. Типы вертушек, применяемых для измерения расходов воды в контрольных руслах, зависят от глубины потока. При малых глубинах рекомендуется использовать малогабаритную вертушку ГР-55 и микровертушку ГР-96.

7. Обработка материалов детальных измерений производится аналитическим или графическим способом. В случае измерения скоростей в одной или двух точках на вертикали расходы обрабатываются аналитическим способом.

Если измерения производились при интенсивно меняющемся уровне воды, то обработка ведется особым способом, при котором данные по каждой вертикали обрабатываются отдельно:

1) вычисляются элементарные расходы для каждого измерения на вертикали;

2) строится кривая зависимости элементарного расхода от высоты уровня воды ;

3) для выбранных значений уровня воды (обычно через 5-10 см) с кривых снимаются значения элементарных расходов по всем вертикалям;

4) для каждого из выбранных значений уровня воды строится эпюра элементарных расходов по ширине;

5) планиметрируя эпюры элементарных расходов, получают величины расходов воды.

Образец такой обработки показан на рис.XI.1. Далее строится и экстраполируется до предельных значений высоты уровня кривая расходов воды (согласно указаниям "Наставления гидрометеорологическим станциям и постам" вып.6, ч.III § 79-83) и составляется рабочая расчетная таблица .

Примечание. В отличие от рекомендации Наставления, значения расхода воды выписываются в таблицу не через 1 см высоты уровня, а через 0,5 см.

Рис.XI.1. Пример обработки расхода воды при быстро изменяющемся уровне воды