Тема 4. Зависимости между уровнями и расходами воды в реке.

Лекционный материал:

1. Движение воды. Гидрологическая характеристика рек.

2. Речной сток и его характеристики.

Уровень воды в любом водотоке подвержен колебаниям, связанным с изменениями водного режима в различные сезоны года. Между расходами и уровнями воды существуют зависимости, описываемые уравнениями гидравлики. Имея данные по расходам воды, измеренных при различных уровнях, можно установить зависимость для определенного створа и соответствующего сечения водотока. Такая зависимость выражается графически в виде кривой Q = Q(H) и называется кривой расходов воды. По уровням Н, полученных на водомерных постах, с помощью таких кривых определяют расходы воды Q, не измеряя их. Кривые расходов применяют при расчётах стока воды, при проектировании и эксплуатации гидротехнических сооружений и т.д.

В зависимости от продолжительности периода, в течение которого сохраняется зависимость между Н и Q, различают временные и многолетние кривые расходов. Ориентировочно можно считать, что срок действия первых ограничен двумя годами, а вторых – более длительным периодом.

Зависимость, в которой одному значению Н соответствует единственное значение Q, называется однозначной и справедлива для постоянного свободного русла. Отсутствие такой связи между площадью водного сечения, расходами и уровнем воды свидетельствует о неустойчивости и деформациях русла – вследствие зарастаемости, ледового подпора и других факторов.

Основными данными, необходимыми для построения кривых расходов, служат многолетние данные, полученные в результате постоянных наблюдений на водомерных постах.

Таблица 6.

Исходные данные для построения кривых расходов

(водомерный пост № 124).

	Дата		Уро- вень воды над ну- лём, м	Рас- ход воды м³ /с	Пло-щадь вод-ного сече-ния, м²		Скорость течения, м		Ши- рина реки, м	Глубина, м
							Сред-няя	Наи-боль-шая		Средняя	Наи-боль-шая
1	07.02	лд	130	2,74	28,8		0,10	0,14	38,3	1,09	1,50
2	28.02	лд	138	2,73	28,1		0,10	0,15	38,6	1,14	1,68
3	06.04	лд	160	8,38	36,3		0,23	0,36	40,1	1,33	1,90
4	08.04	лд	174	13,1	41,4		0,32	0,46	41,0	1,45	2,04
5	10.04	лд	221	33,2	62,0		0,54	0,72	44,0	1,82	2,51
6	17.04	св	286	111	112		0,99	1,33	58,5	1,91	3,13
7	18.04	св	293	113	117		0,97	1,32	59,6	1,96	3,20
8	20.04	св	288	112	114		0,98	1,27	58,6	1,95	3,22
9	21.04	св	274	102	106		0,96	1,26	56,3	1,88	3,05
10	22.04	св	259	86,8	97,9		0,89	1,18	52,7	1,86	2,90
11	23.04	св	247	80,4	91,6		0,88	1,13	49,8	1,84	2,80
12	24.04	св	239	71,7	87,5		0,82	1,07	47,9	1,83	2.65
13	25.04	св	232	67,5	84,4	0.80		1,02	46,3	1,82	2,63
14	26.04	св	226	64,8	81,7	0,79		1,03	45,1	1,81	2,55
15	27.04	св	218	57,7	77,8	0,74		0,98	43,7	1,78	2,45
16	29.04	св	211	52,6	74,9	0,70		0,93	43,3	1,73	2,39
17	02.05	св	200	46,4	70,2	0,66		0,87	42,6	1,65	2,30
18	03.05	св.	194	41,9	67,6	0,62		0,84	42,3	1,60	2,22
19	05.05	св.	184	36,1	63,5	0,57		0,75	41,8	1,52	2,12
20	07.05	св.	173	29,0	58,9	0,49		0,69	40,9	1,44	2,02
21	09.05	св.	165	23,5	55,5	0,42		0,61	40,5	1,37	1,95
22	11.05	св	158	20,3	52,7	0,39		0,55	40,1	1,31	1,87
23	14.05	св.	152	17,4	50,6	0,34		0,50	39,5	1,28	1,82
24	02.07	св.	126	5,78	39,6	0,15		0,33	38,0	1.04	1,53
25	25.08	св.	123	4,87	38,3	0,13		0,30	37,8	1,01	1,40
26	27.08	св.	122	4,80	37,7	0,13		0,28	37,8	1,00	1,36
27	16.09	св.	138	11,3	44,4	0,25		0,56	38,5	1,15	1,66
28	15.10	св.	136	9,32	43,8	0,21		0,39	38,4	1,14	1,64
29	02.12	лд.	161	10,6	46,4	0,23		0,34	40,2	1,33	1,84
30	25.12	лд.	168	10,5	46,8	0,22		0,34	40,5	1,47	1,93

Примечание: лд – ледостав, св. – свободное русло.

Кривую расходов Q = Q(H) строят в системе прямоугольных координат совместно с кривыми площадей водного сечения и средних скоростей (рис. 2). По оси ординат откладывают уровни Н, а по оси абсцисс – расходы воды Q, площади водного сечения w и средние скорости v на трёх различных шкалах, чтобы избежать перекрытия кривых на графике. По точкам выстраивают плавные кривые, чтобы они возможно более точно осредняли данные измерений, а разброс от кривой был минимальным (рис. 2).

Если при помощи кривой возникает необходимость определения многих расходов, то целесообразно составить расчётную таблицу: по рисунку 2 с кривой снимают данные расходов через определённый интервал Н ( например, через 10 см), а промежуточные значения находят при помощи прямолинейной интерполяции.

Таблица 7.

Расчётная таблица к кривой расходов.

Н, см	Расходы (м3/сек)
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
120	4	4,3	4,7	5,0	5,4	5,7	6,0	6,4	6,7	7,1
130	7,4	7,9	8,3	8,8	9,2	9,7	10,2	10,6	11,1	11,5
140	12	12,5	13,0	13,5	14,0	14,5	15,0	15,5	16,0	16,5
150	17	17,5	18,0	18,5	19,0	19,5	20,0	20,5	21,0	21,5
160	22	22,5	23,0	23,5	24,0	24,5	25,0	25,5	26,0	26,5
170	27	27,5	28,0	28,5	29,0	29,5	30,0	30,5	31,0	31,5
180	33	33,6	34,2	34,8	35,4	36,0	36,6	37,2	37,8	38,4
190	39	39,6	40,2	40,8	41,4	42,0	42,6	43,2	43,8	44,4
200	45	45,6	46,2	46,8	47,4	48,0	48,6	49,2	49,8	50,4
210	52	52,7	53,4	54,1	54,8	55,5	56,2	56,9	57,6	58,3
220	59,5	60,2	61,0	61,8	62,5	63,2	64,0	64,8	65,5	66,25
230	67	67,8	68,5	69,2	70,0	70,8	71,5	72,2	73,0	73,8
240	74,5	75,2	76,0	76,8	77,5	78,2	79,0	79,8	80,5	81,2
250	82	82,8	83,5	84,2	85,0	85,8	86,5	87,2	88,0	88,8
260	89,5	90,2	91,0	91,8	92,5	93,2	94,0	94,8	95,5	96,2
270	97	97,8	98,5	99,2	100,0	100,8	101,5	102,2	103,0	103,8
280	106	106,9	107,8	108,7	109,6	110,5	111,4	112,3	113,2	114,1
290	115	115,9	116,8	117,7	118,6	119,5	120,4	121,3	122,2	123,1

Следует учитывать, что из-за стеснения живого сечения – вследствие зарастания русла или льдообразования – пропускная способность русла уменьшается, что отражается на кривой расходов – измеренные расходы и средние скорости смещаются влево от кривой.