Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
ЗАДАНИЕ
Строение русла реки и некоторые динамические характеристики потока
Цель работы:
Приобретение обучающимися навыков камеральной обработки результатов гидродинамических замеров потока.
Дано:
Ведомость измеренных глубин и скоростей течения в поперечном сечении реки (таблица 11).
Таблица 11
Ведомость измеренных скоростей течения в поперечном сечении реки
| №
Промерной вертикали |
Расстояние от левого берега |
Глубина (h), м |
Скорость течения (м/с) на промерных вертикалях в точках |
| 0,1h
(от поверхности) |
0,2h |
0,6h |
0,8h |
0,9h |
| Урез левого берега |
0 |
0,00 |
|
|
|
|
|
| 1 |
10 |
0,66 |
|
|
|
|
|
| 2 |
20 |
0,78 |
0,98 |
0,95 |
0,93 |
0,92 |
0,85 |
| 3 |
30 |
0,90 |
1,01 |
0,99 |
0,96 |
0,93 |
0,88 |
| 4 |
40 |
1,14 |
0,99 |
0,96 |
0,93 |
0,84 |
0,78 |
| 5 |
50 |
1,30 |
0,96 |
0,95 |
0,94 |
0,89 |
0,77 |
| 6 |
60 |
2,00 |
0,97 |
0,96 |
0,93 |
0,89 |
0,81 |
| 7 |
70 |
1,96 |
2,01 |
2,01 |
0,95 |
0,92 |
0,88 |
| 8 |
80 |
2,16 |
1,10 |
2,08 |
2,00 |
0,96 |
0,91 |
| 9 |
90 |
2,32 |
1,22 |
1,20 |
1,12 |
1,05 |
0,98 |
| 10 |
100 |
2,00 |
1,19 |
1,17 |
1,09 |
0,98 |
0,92 |
| 11 |
110 |
1,44 |
1,14 |
1,12 |
1,07 |
0,98 |
0,91 |
| 12 |
120 |
0,78 |
— |
— |
0,99 |
— |
— |
| Урез правого берега |
130 |
0,00 |
|
|
|
|
|
Требуется:
По данным таблицы 11 построить профиль водного сечения реки, определить его площадь, ширину реки, смоченный периметр, гидравлический радиус, среднюю и максимальную глубины реки, провести изотахи, рассчитать расход воды.
Предварительное пояснение:
Руслом реки называется выработанное речным потоком ложе, по которому осуществляется сток речных вод без затопления поймы. В морфологическом строении русла выделяют следующие части (рисунок 4):
| Рис. 4.. Поперечный профиль русла реки
(пояснения в тексте) |
|
дно – подводная часть русла (1);
берег – надводная часть русла выше уреза воды (2);
урез воды – линия пересечения поверхности воды в русле с берегом (3);
заплеск – узкая отлогая полоска берега, расположенная между подошвой берегового склона и урезом воды и заплескиваемая водами при волнении (4);
бровка – линия сопряжения берега с дном долины (поймой)или гребнем берегового вала (5);
высота берега – превышение его бровки над урезом воды (2);
глубина русла – расстояние по вертикали от дна до уровня воды (6);
ширина русла – расстояние между бровками берегов (7).
В пределах русла реки выделяют собственно водный поток, который может быть охарактеризован некоторым количеством характеристик.
Поперечное сечение потока – плоскость, перпендикулярная общему (среднему) направлению течения потока и ограниченная профилем русла, а сверху уровнем воды.
Водное сечение потока – поперечное сечение потока, предназначенное для проведения замеров глубин и определения расхода воды вертушкой.
Живое сечение – водное сечение потока, в котором скорость течения больше порога чувствительности прибора, примененного в данном случае для определения расхода воды.
Ширина реки – кратчайшее расстояние между урезами воды на обоих берегах.
Для определения водного сечения потока и расхода водного потока необходимо формирование промерных вертикалей.
Вертикаль промерная (гидрологическая) – отвесная линия в пределах поперечного сечения потока от поверхности воды до дна водоема. Промерные вертикали устраиваются по всей ширине реки через определенное расстояние между ними. На промерных вертикалях определяют глубину (
h, м) и скорость течения (
v, м/с) водного потока в точках 0,1
h; 0,2
h; 0,6
h; 0,8
h и 0,9
h от поверхности.
По данным глубин определяют:
поперечный профиль реки – график изменения отметок дна по ширине реки;
площадь поперечного сечения потока (
W, м
3) суммированием площадей прямоугольных треугольников и трапеций, на которые делится сечение промерными вертикалями:
где
bi — расстояние между соседними вертикалями;
hi и
hi+1 — глубины на соседних вертикалях;
n – количество промерных вертикалей.
Средняя глубина реки – отношение площади водного сечения потока к ширине реки.
Смоченный периметр (
Р, м) – длина линии дна между урезами на поперечном сечение водного потока:
Гидравлический радиус (
R, м) – отношение площади водного сечения потока к смоченному периметру.
Скорость течения (
v, м/с)- путь, который частица воды проходит в единицу времени.
Изотаха – линия равных скоростей течения, проведенная на схеме скоростного поля поперечного сечения потока.
Расход воды (
q, м3/с) — объем воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени (обычно за одну секунду). Зная глубины и средние скорости на промерных вертикалях можно определить расход воды в реке по следующей формуле:
где
vi – средняя скорость водного потока на
i – той промерной вертикали.
Выполнение задания:
- Построить график зависимости глубины речного русла от ширины реки. Масштаб выбрать в соответствии с размахом значений соответствующих величин в таблице 11.
- Отметить на графике все промерные вертикали. Рассчитать площадь поперечного сечения потока.
- Рассчитать смоченный периметр и гидравлический радиус.
- Найти по промерной ведомости максимальную и вычислить среднюю глубину реки.
- Отметить на каждой промерной вертикали точки измерения скорости и поставить возле них значение скоростей течения.
- Провести изотахи.
- Определить среднюю скорость водного потока на каждой промерной вертикали и рассчитать расход воды.
- Оформить отчет.
Вопросы для самопроверки:
- Как правильно организовать промерные вертикали. Зачем они нужны.
- Что такое поперечный профиль реки.
- Как определяется смоченный периметр.
- Дайте определение гидравлическому радиусу.
- Как определяется расход воды.
- Что такое изотаха.
Ссылка на первоисточник:
https://www.csu.ru
