Глава IV
КРИВЫЕ ЗАВИСИМОСТИ РАСХОДОВ ВОДЫ ОТ УРОВНЕЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СТОКА
Для определения параметров проектируемой гидроэлектростанции необходимо знание характера изменения величин расходов воды, протекающей в выбранном створе в различные периоды года в течение длительного срока. Измерение расходов воды в реке производится гидрометеорологическими станциями так часто, насколько это необходимо для освещения только основных фаз хода уровней в течение года. С этой целью производится от 10 до 100 определений расходов в одном створе ежегодно в зависимости от разряда и типа гидрометеорологической станции, режима расходов и степени устойчивости русла в гидростворе. Однако такое количество измерений достаточно для выявления характера колебаний расходов в течение года, но не может обеспечить освещение ежесуточных изменений расходов.
Между тем обычно имеется возможность установить для каждого створа зависимость изменения величин расходов от уровней воды в реке. А так как на водомерном посту наблюдения за уровнями воды, ведутся ежедневно, то, используя найденную зависимость расходов воды от уровней, можно установить характер колебания ежедневных расходов воды в выбранном створе.
Зависимость расходов воды Q от уровней Н обычно выражается графически в виде так называемой кривой расходов Q = /(Н), построенной.в прямоугольной системе координат. Следует указать, что зависимость Q=f(H) для одного и того же створа может меняться в различные периоды года и из года в год. Эти изменения обусловливаются рядом причин, к числу которых следует отнести:
а) изменение уклонов водной поверхности на подъеме и спаде паводка;
б) изменение поперечного профиля русла реки в связи с размывами и заилениями русла;
в) влияние переменного подпора в створе от нижерасположенных притоков, озер и искусственных сооружений;
г) изменение шероховатости русла в различные периоды вегетации водной растительности и при образовании ледяного покрова.
Для периода открытого русла (за исключением паводков) при незначительных деформациях дна реки и отсутствии переменного подпора кривая расходов обычно бывает устойчивой и допускает ее использование с точностью результатов не ниже точности гидрометрических измерений.
Для деформируемого русла, при переменном подпоре, а также для зимнего периода кривые расходов, особенно для малых и средних рек, не имеют устойчивого характера и использование их не дает необходимой точности. Поэтому для вычислений стока при переменном уклоне, в зимний период, в период зарастания русла и при деформируемом русле используется устойчивая кривая расходов для летнего периода с введением соответствующих поправок к ней.
§ 11. Построение кривой расходов воды
Построение кривой расходов воды производится на основе анализа материалов, характеризующих режим расходов и уровней воды в рассматриваемом створе. Изучению подлежат следующие материалы:
а) ведомость измеренных расходов воды;
б) таблицы ежедневных уровней воды;
в) совмещенные профили реки по гидроствору за период измерения расходов;
г) сведения о зарастаемости русла;
д) данные о наличии постоянного и переменного подпора;
е) технический список водомерного поста;
ж) график колебания уровней воды в гидростворе с указанием уровней, при которых производилось измерение расходов воды.
Основные данные для построения кривой расходов даются в ведомости измеренных расходов (табл. 11), в которой приводятся величины измеренных расходов, соответствующие им площади живого сечения, скорости течения и другие гидравлические элементы. Остальные материалы являются вспомогательными и служат для выявления •особенностей кривой расходов и ее отдельных точек.
При анализе материалов должно быть установлено: сколько створов использовано для измерения расходов воды, способы измерения расходов (вертушкой, поплавками и др.), в одном или в нескольких руслах производилось измерение расходов (при наличии нескольких рукавов, поймы и пр.). Для выявления хода уровней воды в гидростворе анализируются совмещенные графики уровней на водпостах в гидростворе, а также на водпостах, расположенных выше и ниже гидроствора. При этом отмечаются моменты заторов, зажоров русла, залома леса и другие особенности в ходе уровней. Для построения кривой расходов выбираются полноценные расходы; расходы воды, измеренные при заторах и других отклонениях от обычного режима реки, для построения кривой расходов не используются. При оценке измеренных расходов должны быть учтены условия производства измерений: наличие мертвых пространств, величина изменения уровня за время измерений, состояние погоды и пр.
Все расходы, выбранные в качестве опорных для построения кривой расходов, и соответствующие им уровни наносятся в виде точек на миллиметровую бумагу. Расходы, измеренные с помощью вертушки, обычно обозначают кружками, при измерении поплавками —треугольниками, при других способах выбираются квадраты или иные знаки.
Таблица II
Ведомость измеренных расходов воды р. Тверды — д. Ряд за 1945 г.
При построении кривой расходов с использованием материалов наблюдений за несколько лет точки, отмеченные одинаковыми знаками, закрашиваются для каждого года каким-либо одним цветом. Нанесенные точки определяют положение кривой расходов на графике; кривая расходов строится по точкам от руки или по лекалу с таким расчетом, чтобы она проходила по точкам плавно, без переломов, а отдельные точки, отклоняющиеся от общего направления кривой, располагались бы равномерно в обе стороны от нее (рис. 8).
В том случае, когда точки располагаются с некоторой разбросанностью, выделяют группы точек, заключенных в пределах определенных интервалов уровней (например, через 0,5 м), и для каждой такой выделенной группы находят ее центр тяжести, подобно тому, как это указано в § 8.
Рис. 8. Кривые зависимости расходов Q, площадей живого сечения ω и средних скоростей течения Vср от уровней воды Н.
По центрам тяжести выбранных групп точек проводится кривая расходов воды. Нижний участок кривой для удобства ее использования
По оси ординат откладываются значения уровней, а по оси абсцисс — значения остальных величин со сдвинутыми вправо нулями шкал, во избежание налегания кривых одной на другую.
Масштаб уровней принимается одинаковым для построения всех кривых, масштабы остальных величин выбираются с таким расчетом, чтобы кривая расходов располагалась под углом примерно 45° к оси абсцисс; остальные кривые располагаются с наклоном около 60°.
Построенная таким путем кривая расходов при устойчивом русле и отсутствии подпора для периода открытого русла используется для вычисления стока в период, свободный от льда, и является опорной кривой для вычисления стока в других случаях.
