Определение скоростей течения при помощи поплавков — геодезия

Скорость течения у сооружений на реке необходимо знать для составления проектов укрепления берегов и дна у сооружений, для суждения о возможной силе удара судов и плавающих в воде предметов при столкновении их с опорами моста, а также для расчета величины расхода воды.

Определение скоростей течения

Скорость течения можно определять при помощи поплавков. При этом применяются способы:

засечками на створы угломерным инструментом с берегов,

Для проведения работы нужно изготовить поплавки.

Поплавки

Если они будут использоваться периодически, то нужно их изготовить 12 штук и после работы вылавливать.

В этом случае их изготовляют в виде дисков толщиной 6 см, отпиленных от торца соснового бревна диаметром 25—30 см.

В этих дисках выдалбливается сердцевина на 1/3 диаметра (рис. 71), что уменьшает растрескивание их при хранении.

Поплавки для лучшей их видимости на воде рекомендуется покрасить в ярко-красный цвет (суриком или киноварью) и занумеровать черной или белой краской. Рекомендуется при промерах укреплять на них флажки.

Для единовременного использования поплавками могут служить также бутылки, заполненные примерно на 1/3 водой или песком, закрытые засмоленной пробкой.

Иногда вместо пробки в горлышко бутылки плотно вставляется и смолится палочка длиной 10—15 см с прикрепленным к ней бумажным или ситцевым флажком яркого цвета.

Таких поплавков нужно изготовить (с небольшим запасом) столько, на скольких струях будет определяться скорость. Если скорость определяется для расчета расхода воды, то число поплавков должно быть таким, чтобы охватить течение равномерно по ширине реки.

Можно для выбора числа поплавков руководствоваться данными, приведенными в табл. 15:

Иногда поплавки изготовляют в виде врубленных ребром друг в друга накрест досок (рис. 72) толщиной 2,5—4 см и длиной 0,3— 0,5 м.

К ним прибивают флажок и, чтобы их меньше относило ветром, привязывают на веревке ниже поплавка на 0,25 м кирпич, камень или мешок с песком весом до 10 кг.

При определении скоростей течения поплавками по створам поступают следующим образом: на реке поперек ее разбивают и закрепляют хорошо видимыми вехами два створа на расстоянии 50— 100 м друг от друга.

Выше верхнего створа на расстоянии 25—30 м разбивается еще третий — пусковой створ.

Для работы нужно иметь лодку или моторный катер на пусковом створе и еще дежурную лодку ниже створа, если поплавки будут вылавливаться. На верховой лодке нужно иметь гребца и рулевого.

Лодка должна иметь якорь. В нее грузится запас поплавков.

У каждого створа становится рабочий с флажком — махальщик, а между створами на видном со всех створов месте становится техник — руководитель работ с секундомером, флажком и журналом.

Лодка на пусковом створе выезжает на вертикаль и бросает якорь. По сигналу руководителя с нее сбрасывают поплавок, после чего лодка перемещается на следующую вертикаль.

Махальщик

В момент прохода поплавком верхнего створа махальщик машет флагом, а руководитель отпускает стрелку секундомера. Махальщик нижнего створа таким же образом сообщает о проходе створа поплавком.

Руководитель в этот момент останавливает стрелку секундомера, записывает показания его в журнал и подает сигнал о пуске следующего поплавка с новой вертикали.

Процесс наблюдений, таким образом, повторяется до тех пор, пока не будут спущены поплавки по всей ширине реки. Вылавливание поплавков делают с нижней дежурной лодки.

Если нужно получить не только скорость, но и направление струй, то между створами на берегу устанавливают угломерный инструмент.

Привязав его стоянку к начальным пунктам обоих створов, ориентируют инструмент по одной из точек начала створов и затем следят в трубу теодолита за поплавками и производят отсчеты по горизонтальному кругу в момент прохода верхнего и нижнего створов каждым поплавком по сигналам махальщиков.

Эти отсчеты записывают в особый журнал.

Скорость течения равна:

L — расстояние между створами;

t — время прохода поплавка между ними.

Направление движения поплавка получают по плану, на котором показано положение точек пересечения створов поплавками на основе теодолитных засечек.

Определение скоростей течения поверхностными поплавками и гидрометрической вертушкой.

Поплавком — называют тело, свободно перемещаемое теку­щим потоком. Поплавки бывают точечные и интеграционные.

Измерение скоростей поплавками. Применение поплав­ков обычно преследует цель определения расхода по ско­ростям, чаще всего поверхностным. Определение расхода необходимо, чтобы применять ряд формул гидравлики: урав­нение неразрывности, формулу Шези и др.

Существует два основных способа измерения поверх­ностных скоростей: одноточечный, когда положение по­плавков в отдельных точках траектории фиксируется теодо­литом с вышки, и способ засечек, когда фиксируются точки пересечения поплавками заранее разбитых двух или трех створов и время прохождения каждого из них.

Второй способ имеет два варианта: определение средней поверхностной скорости и максимальной скорости течения. Оба варианта предполагают наличие связи между средней поверхностной и максимальной скоростями и средней ско­ростью потока.

Требования к участку реки для этих видов работ требуют ряды дополнений. Участок наблюдений для одноточечного способа на 2/3 его длины находится выше створа мостового перехода или другого намеченного для измерения расхода створа. Поплавки пускают с таким расчетом, чтобы их траекто­рии равномерно распределились по ширине потока. От этой ширины зависит и общее число поплавков. Каждому поплав­ку присваивается номер. Плановое положение засечек оп­ределяется вертикальным углом а и горизонтальным ф между гидрометрическим створом и осью визирования на поплавок. Одновременно записывается время прохожде­ния этой точки поплавком. Обработка данных полевых наблюдений заключается в построении эпюры поверхностных скоростей по створу.

Измерение скоростей сопровождается обязательным оп­ределением уровней воды. Если по значениям скоростей в дальнейшем определяют расход, то в створах еще измеряют и глубины, а часто и уклоны свободной поверхности.

Измерение скоростей вертушками. Гидрометрические вертушки — приборы для измерения скорости течения жидкости до 5 м/с, частота вращения рото­ра которых определяется кинетической энергией набегаю­щего потока. По регистрируемой частоте вращения предва­рительно тарированных вертушек устанавливают скорость течения. Наиболее распространены роторы в виде лопаст­ного винта.

Способы измерения скорости течения воды такие же, как при использовании поплавков: точечный и интеграционный. Но и тот и другой имеют существенные особенности. Если точечный способ измерения скоростей поплавком предполагает ее осредне­ние по времени, по части живого сечения потока и по пути перемещения поплавка, то применение вертушки дает ос­реднение только по двум первым характеристикам. Закреп­ленная неподвижно, она исключает осреднение вдоль по­тока.

Интеграционный способ применительно к поплавкам дает возможность измерить среднюю скорость на вертика­ли. Отклонение поплавка в плане по нормали к течению исключено. Вертушку можно перемещать в любом направ­лении. Это позволяет интегрировать скорости на любом заданном пути. Измерение скоростей вертушками чаще всего проводят для последующего определения расхода реки.

Детальный способ дает наиболее полное опи­сание кинематики потока и применяется на вновь открывае­мых створах.

Сокращенный способ, предусматривающий измерение скоростей на одной-двух скоростных вертикалях, применяется при частых и быстрых измерениях, например при неустановившемся движении.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 48 ; Нарушение авторских прав

Измерение скоростей течения с помощью гидрометрической вертушки

Измерение скоростей течения поверхностными поплавками

Промерные работы

Целью промерных работ служит определение глубин и характера дна реки. В результате промерных работ могут быть получены поперечные профили реки и определены площади водных сечений. Обычно измерения глубин начинают производить в створе водопоста в точках, отстоящих одна от другой на определенном расстоянии. Эти расстояния могут определяться от постоянного начала по натянутому вдоль створа тросу (веревке), размеченному марками через 1 м. Желательно, чтобы местоположение марок на тросе совпадало с отметками целых метров от постоянного начала. Выше по течению от промерного троса примерно на 0,5 корпуса лодки натягивают ездовой трос для перемещения лодки вдоль створа и установки ее на вертикали. Оба троса должны быть натянуты достаточно туго.

Лодка перемещается по тросу на уключинах. Один из сидящих в лодке студентов производит промеры глубин штангой или рейкой против марок на тросе. Промеры производятся прямым и обратным ходом. По окончании промеров трос переносят на следующий профиль. Одновременно с промерами исследуются грунты дна на ощупь и, отчасти, на слух. Отмечаются следующие виды грунтов: ил, глина, песок, галька, камни, плита (скала), а также наличие водной растительности. Ребята записывают в журнале промеров глубин.

Для измерения расхода воды выше и ниже основного гидрометрического створа на равных расстояниях разбивают дополнительно два створа. С таким расчетом, чтобы продолжительность хода поплавков между верхним и нижним створами была не мене 20 с.. В 5-10 м выше верхнего створа разбивают пусковой створ, обозначая его вехами на берегах; он служит для запуска поплавков. Остальные створы также закрепляются вехами.

Измерение скоростей течения поплавками производят в такой последовательности:

· на пусковом створе с берега забрасывают в реку последовательно 20 — 25 поплавков так, чтобы они прошли через основной створ приблизительно равномерно по всей ширине реки;

· при прохождении каждого поплавка через створы наблюдатели дают сигналы; продолжительность хода каждого поплавка от верхнего до нижнего створа определяется по секундомеру;

· на основном створе, в момент пересечения его поплавком отмечают расстояние от постоянного начала до поплавка в створе; делается это путем наблюдения с берега при наличии перетянутого через реку размеченного троса.

Результаты измерений записываются в журнал измерения расхода воды поверхностными поплавками.

Сущность работы вертушкой заключается в измерении скоростей течения в отдельных точках живого сечения реки. Вертушка погружается на разные глубины на штанге или тросе на каждой из выбранных вертикалей, называемых скоростными Если дно плавное и симметричное, то вертикали распределяются равномерно по всей ширине реки (через одну промерную вертикаль), в местах резких переломов дна назначаются дополнительные скоростные вертикали.

На каждой вертикали скорости определяют в нескольких точках, чтобы можно было получить более правильное значение средней скорости для всей данной вертикали. При открытом русле применяются пятиточечный способ (у поверхности; 0,2Н; 0,6Н; 0,8Н и вблизи дна), трех точечный (0,2Н; 0,6Н; 0,8Н), двухточечный (0,2Н и 0,8Н) и одноточечный (0,6Н). Средняя продолжительность наблюдения в точке должна быть не менее 120 с

Измерение скоростей течения в точках вертикали производится следующим образом. Вычисляют доли полученных глубин (в зависимости от принятого способа) и устанавливают вертушку сначала на поверхности, а потом в остальных точках вертикали. При работе с вертушкой на штанге, в условиях быстрого течения, вертушку при погружении заносят несколько вперед, учитывая возможный снос штанги в момент ее установки. В точке наблюдений вертушка устанавливается так, чтобы ось ее была перпендикулярна гидроствора.

Как правило, у всех применяемых на учебной практике вертушек электрический сигнал подается через 20 оборотов. Первые два сигнала вертушки следует пропустить, а при третьем сигнале пускается секундомер, по которому отмечается (без остановки секундомера), время каждого сигнала записывается в журнал. При больших скоростях течения сигналы следуют, друг за другом очень часто, поэтому отсчеты времени по секундомеру берут через 2-5 сигналов. Очень важно для последующего вычисления расхода воды определить наличие и величину скоростей течения на урезах с целью выявления так называемого мертвого пространства, т.е. той части живого сечения, в которой течения нет. При определении границы мертвого пространства вертушкой ее погружают на глубину 0,2-0,5 м и постепенно перемещаются от уреза по линии створа, и в момент начала вращения лопасти определяется величина скорости и расстояние до этой точки от постоянного начала.

Результаты измерений записываются в журнал измерения расходов воды вертушкой.