Много ли в реке воды течет

Сейчас в нашей стране повсеместно строятся маленькие сельские гидроэлектростанции, много уже выстроено. Каждая такая гидроэлектростанция дает ток нескольким колхозам.

А можно ли на вашей реке построить электростанцию?

Прежде всего надо узнать, хватит ли в вашей реке воды. Мы с вами сумеем определить это довольно точно, если только ваша река не шире 20-30 метров и не глубже 3-4 метров. Если река глубже 1,5 метра, необходима лодка. Вас должно быть не менее трех человек.

От бревна диаметром 10-12 сантиметров отпилите десять кругов толщиной 3-4 сантиметра, захватите их с собой, а также эккер, четыре вешки, топор, рулетку, часы, веревку и бечевку длиннее ширины реки, шест длиной 5 метров и идите на реку.

Сначала вам нужно измерить скорость течения воды (имейте в виду, что эту работу можно проводить только в безветренную погоду). Выберите такое место, где река имеет прямой участок и пологий берег. Отмерьте вдоль берега линию, длиной примерно в два-три раза превышающую ширину реки. Предположим, что длина вашей линии оказалась 20 метров. Поставьте на концах ее по вешке, затем восстановите от этих вешек два перпендикуляра до самой воды и поставьте на их концах также по вешке. Таким образом, у вас получатся два створа вешек, перпендикулярных реке. Назовем их, смотря по течению, верхний и нижний створы.

Один из вас должен стать с часами и записной книжкой посреди линии, другой — у конца нижнего створа, а третий пусть захватит с собой все круги и идет к верхнему створу.

Для простоты я буду вас называть так: верхний, нижний, а того, который с часами, — отметчик. Круги будем называть поплавками.

Верхний с криком «Начинаю!» кидает первый поплавок выше верхнего створа, стараясь попасть ближе к противоположному берегу, затем бежит к концу своего створа и смотрит через две вешки, чтобы поймать момент, когда поплавок попадет на одну с ними линию.

Вот поплавок, ныряя в волнах, подплывает все ближе и ближе и наконец пересекает линию створа.

— Есть! — кричит верхний.

Отметчик смотрит на часы и, как только раздается крик, отмечает в книжке время в минутах и секундах, а затем снова продолжает следить за стрелкой, пока не закричит нижний, когда поплавок проплывает через его створ. Тогда отметчик ставит вторую цифру минут и секунд.

Верхний кидает поплавки то дальше, то ближе, стремясь распределить их равномерно по всему зеркалу воды. Таким путем отмечается время прохождения между створами всех десяти поплавков. А потом из всех измерений вычисляется среднее. Поплавки, которые за время пути цеплялись за траву или крутились в водовороте, в расчет не берутся. Пусть среднее получилось 48 секунд. Отсюда скорость течения воды на поверхности равна 20 : 48 = 0,42 метра в секунду.

Но более глубокие слои воды текут медленнее и составляют примерно 0,8 поверхностной скорости. Значит, средняя скорость воды в реке равна 0,33 метра в секунду.

Первая часть задачи решена.

Теперь вам необходимо определить живое сечение реки, то-есть площадь поперечного разреза через реку. Отметьте на вашем шесте через каждые 10 сантиметров прямые зарубки, через каждые 50 сантиметров — зарубки с крестом, через каждый метр — двойные зарубки. На бечевке через каждые 2 метра привяжите тряпочки (на реках уже 10 метров — через каждый метр).

Перекиньте и веревку и бечевку через реку на нижнем створе. Натяните их, закрепите покрепче концы на берегах — привяжите их к кольям или к деревьям.

Начинайте измерять глубину реки. До 1,5 метра можно измерять непосредственно, то-есть залезть в воду с шестом и, передвигаясь вдоль бечевки, через каждые 2 метра опускать шест в воду и кричать: 

— Второй метр — глубина 1,20!.. Четвертый метр — глубина 1,40!..

Глубже приходится мерить уже с лодки. Для удобства работы вбейте маленькие скобки в середины бортов лодки и проденьте через них веревку. Вот для чего нужны и веревка и бечевка. Лодка тянет веревку, которая от этого изгибается по течению дугой, а бечевка с тряпочками натянута совершенно прямо. Двое из вас сидят в лодке. Один передвигается по веревке, другой измеряет глубину и диктует третьему, который сидит на берегу и ведет записи.

Таким путем вы измерите глубину поперек реки.

Теперь идите домой, возьмите лист клетчатой бумаги и начинайте чертить. Проведите горизонтальную прямую линию, изображающую поверхность воды; от нее отложите по клеткам перпендикуляры вниз — глубины; концы перпендикуляров соедините между собой. Так у вас получится поперечный разрез через реку (живое сечение реки).

Рассматривая получившуюся фигуру, нетрудно заметить, что она разделяется на ряд прямоугольных трапеций с двумя треугольниками по краям. Из геометрии вы знаете, как определяются площади каждой такой фигуры в отдельности; а сумма всех этих площадей и является живым сечением реки. Пусть она у вас равна 8,8 квадратного метра.

Представьте себе такую призму, где основанием служит живое сечение реки, а высотой — средняя секундная скорость течения. Очевидно, если мы помножим сечение на скорость, то вычислим объем этой призмы, узнаем, сколько кубических метров воды протекает в вашей реке в секунду, узнаем  расход воды в межень, то-есть во время обычного летнего низкого уровня воды в реке:

8,8 X 0,33 = 2,9 кубического метра в секунду.

А чему равен общий сток воды за год? В году 31 536 000 секунд. Умножьте одно число на другое. Это выходит свыше 91 миллиона тонн воды. Такая маленькая речка, а за один год столько из нее воды утекло!

По меженному, то-есть обычному летнему, расходу вы сможете узнать расход и при любом другом, более высоком уровне воды в реке, даже во время половодья.

Для этого надо определить поперечный профиль, то-есть разрез через всю долину реки до тех точек на обоих берегах, до которых предположительно доходит вода в половодье.

Эти точки называются горизонтом самых высоких вод (ГВВ). Их надо постараться отыскать.

Во время паводка река несет много всякого мусора — дрова, сено, солому, щепки, бревна. Когда вода начинает спадать, сено и солома застревают на ветках затопленных кустов и деревьев, а бревна и щепки выбрасываются на берег.

Если этих признаков паводка найти не удастся, придется обратиться к местным жителям, особенно старикам, помнящим самые большие наводнения. Зачастую старики смогут показать точки ГВВ самого большого наводнения, случившегося много лет назад. Если вода только немного выходит из берегов, с помощью эклиметра вы сумеете определить поперечный профиль через долину.

Правый берег — крутой и обрывистый, тут эклиметр совсем не нужен. С помощью вертикального шеста и горизонтально натянутой рулетки вы узнаете высоту бровки обрыва. До нее вода никогда и не доходит.

Левый берег — сперва пологий, потом небольшая ступенька, потом снова идет почти ровный луг до примерной точки ГВВ.

С помощью эклиметра мы узнаем уклон 3,5° на 56 метров, потом высота ступеньки 1 метр при ширине ее 2 метра, дальше уклон 2,5° на 100 метров. Графически по транспортиру или по прилагаемой таблице (стр. 191) вы сумеете составить полный поперечный профиль реки и, следовательно, определить площадь живого сечения реки при самом высоком горизонте.

Скорости течения при паводке всегда больше меженных, поэтому возьмите примерную скорость 0,50 метра в секунду, и я думаю, вы ненамного ошибетесь.

Если строительство гидроэлектростанции на вашей реке будет утверждено, к вам приедут изыскатели. Вы им сможете оказать большую услугу, подробно рассказав о вашей реке: когда и насколько поднимается весной ее уровень, покажете самые глубокие и самые мелкие места, где дно илистое, где песчаное и т. д.

Изыскатели безусловно заинтересуются, какой получился расход воды у вас, когда сами будут определять его более совершенными способами. Живых сечений они разобьют не одно, а три или больше и из них определят среднее, а скорость течения узнают не поплавками, а особым прибором — вертушкой.

Это маленький пропеллер, надетый на штангу. Пропеллер опускается на разные глубины и соединен с электрическим звонком.

Вода вертит пропеллер; после каждых десяти оборотов звенит звонок, а техник считает, сколько звонков раздалось в течение 2 минут. На основании этих данных узнается средняя скорость течения воды.

Если вы точно пускали свои поплавки и измеряли глубины, ваши цифры не особенно будут отличаться от цифр изыскателей.

Все это я рассказал про сравнительно большую реку, по которой поплавки плывут более или менее беспрепятственно.

Если река неглубокая и сильно заросла, можно предварительно очистить ее дно между створами от травы и водорослей. Но если это не река, а ручей глубиною, как говорится, воробью по колено, расход воды можно определить очень просто и быстро с помощью так называемого водослива.

Водосливы бывают двух систем: в виде трапеции и в виде треугольника. В зависимости от ширины вашего ручья сколотите из досок один из изображенных на рисунках водосливов (размеры указаны в метрах). На обеих боковых гранях наметьте через каждый сантиметр черточки или просто прибейте две ученические линейки.

Выберите на ручье более узкий и прямой участок и перегородите его водосливом; при этом вкопайте его бока глубоко в землю, а низ — в дно ручья, чтобы вода нигде не просачивалась. Если течение сильное, придется, возможно, с водой побороться — заткните щели пучками травы, глиной, закрепите все сооружение камнями и кольями.

Вода, запертая водосливом, поднимется и через его отверстие начнет переливаться. Подождите немного, пока подъем- не прекратится, и заметьте на вашей линейке, на каком уровне она встанет.