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 расхода воды поверхностными поплавками

При измерении расхода воды поверхност­ными поплавками необходимо:

1) выбрать и оборудовать участок измерений;

2) записать обстановку работ;

3) наблюдать за уровнем воды;

4) измерять глубины на основном (гидрометриче­ском) створе;

5) измерять поверхностные скорости течения воды по всей ширине реки.

В качестве поплавков на небольших реках применя­ются кружки, отпиленные от бревна. Заготавливается 20—25 таких поплавков. С их помощью измеряются ско­рости течения по возможности в тихую, безветренную погоду или при слабом ветре, скорость которого не боль­ше 2—3 м/с.

1. Для определения расхода воды поплавками выби­рается возможно более прямолинейный и не заросший водной растительностью участок реки такого протяже­ния, чтобы поплавок проплывал его не менее чем за-. 20 с. Необходимо, чтобы весь выбранный участок реки хорошо просматривался с берега. Желательно, чтобы: гидроствор, где производятся измерения вертушкой, на­ходился посередине участка.

На практике студенты на выбранном участке вдоль-берега реки прокладывают магистраль, перпендикуляр­но которой на глаз разбивают три поперечных створа с расстоянием между ними 10 м. Длина участка (между верхним и нижним створами) измеряется мерной лентой пли рулеткой дважды. По створам как можно ниже над водой натягиваются тонкие тросы (шнуры). Трос, натя­гиваемый по линии основного (гидрометрического) ство­ра (рис. 17), должен быть размечен через 1 м хорошо-заметными с берега метками (например, цветными све­шивающимися с троса полосками материи). Нулевое де­ление размеченного троса должно быть совмещено с по­стоянным началом, т. е. постоянным нулем счета рас-

стояний в данном гидрометрическом створе. В 3—5 м выше верхнего створа разбивают пусковой створ, обо­значая его вехами т берегах; он служит для запуска поплавков.

2-4. Запись обстановки работ, наблюдения за уров­
нем воды и промеры глубин на основном створе при
измерении расхода воды поплавками производятся спо­
собами, описанными ранее, и записываются в соответствующие графи «Книжки для записи измерения расхода воды поплавками): КГ – 7 или

Читайте также: D) определение стратегии развития общества. D.определение стратегии PR: понятие и определение. А. Определение фольклора Адаптации, определение понятия, классификация. Активное и реактивное сопротивление элементов сети (физический смысл, математическое определение), полное сопротивление сети. Анализ финансовой устойчивости организации: цели, источники информации, определение видов финансовой устойчивости по обеспеченности запасов источниками их формирования. Анализ эпизода. Определение конфликта, развернутого в рассказе. Формы комментирования конфликта. Ангины: 1) определение, этиология и патогенез 2) классификация 3) патологическая анатомия и дифференциальная диагностика различных форм 4) местные осложнения 5) общие осложнения Антигены: определение, основные свойства. Антиге­ны бактериальной клетки.

Рис. 17. расположение створов на реке для измерения расхода воды поплавками: АБ – пусковой створ; 2 – основной (гидрометрический створ); 3 – нижний створ

в табличной форме (табл. 5).

5. Измерение скоростей течения поплавками производят следующим образом. На пусковом створе забрасываются в реку поочередно 15 – 25 поплавков (на узких реках с берега, на широких — с лодки). Поплавки пускают

из 5 — 8 мест по ширине реки

так, что­бы через основной створ они проходили группами по две—четыре штуки. В момент прохождения каждого по­плавка через верхний створ включают секундомер, а при прохождении поплавка через нижний створ его останав­ливают. Скорость движения поплавка вычисляется деле­нием расстояния между верхним и нижним створами на продолжительность хода поплавка между ними. При пе­ресечении поплавком основного (среднего) створа по размеченному тросу определяют расстояние от постоян­ного начала до поплавка в створе.

Распределение групп поплавков по ширине реки должно быть равномерным. Если продолжительность хода отдельных поплавков одной группы различается •более чем на 10%, данные не учитываются (забраковы­ваются) и пускаются дополнительные поплавки.

Вычисление расхода воды, измеренного •поверхностными поплавками, производится в следую­щем порядке.

1. Просматривается полевая книжка с целью провер-

2.2. Измерение скорости течения

Скорость течения на реке-полигоне измеряют для определения скоростей расходов воды и наносов. Измерение скоростей течения производят на однажды выбранном и закрепленном гидростворе.

Рассмотрим наиболее употребительные и представляющие производственный интерес средства и методы измерения скоростей – поверхностные поплавки и поплавки-интеграторы.

2.2.1. Определение скорости поверхностными поплавками

Определение скорости поверхностными поплавками широко практикуется на производстве. Поверхностные поплавки изготавливают из подручных материалов: досок, срезов толстых стволов деревьев; в качестве поплавков можно использовать бутылки, частично заполненные водой. При изготовлении поплавков желательно выдерживать определенные размеры, показанные на рис. 5.

Рис. 5. Поверхностные поплавки

Поплавковые измерения скоростей необходимо производить в безветренную погоду.

Для измерения скоростей поверхностными поплавками на реке разбивают три поперечника (створа) на равных расстояниях один от другого (рис. 6). Верхний (В), главный (Г) и нижний (Н) створы закрепляют кольями и около каждого кола ставят вехи. Расстояние между верхним и нижним створами ( L ) назначают из расчета, чтобы поплавок на самом быстром участке реки (стрежне) проходил его за 30–40 с. Если расстояние L принять больше, то это, с одной стороны, вызовет неоправданную затяжку наблюдений и снизит их точность, т. к. путь поплавка в таком случае будет более L (поплавок может плыть не по кратчайшему расстоянию между створами), и, с другой стороны, вычисленное значение скорости будет относиться не к главному, а к какому-то другому неопределенному створу. Уменьшение расстояние между створами нежелательно, т. к. тогда на результатах измерений будут заметно сказываться ошибки фикса-

ции моментов прохождения поплавков через створ. Отрезок L на местности откладывают рулеткой.

Рис. 6. Определение скоростей течения поверхностными поплавками: b – расстояние от точки наблюдения до главного створа

Для фиксации места прохождения поплавка через главный створ на берегу разбивают базис, с конца которого засекают поплавки, или для этой же цели через реку натягивают размеченный трос. Поплавки пускают с лодки на 5–10 м выше верхнего створа, т. е. с так называемого пускового створа, который обычно на местности не обозначается. В момент, когда поплавок пересекает верхний створ, фиксируется время (пускают секундомер); при прохождении поплавком главного створа вновь отмечается время, и местоположение поплавка определяется засечкой теодолитом или мензулой; при прохождении нижнего створа производят заключительный отсчет, отмечают время до десятых долей секунды (секундомер останавливают). Поскольку скорость речного потока не остается постоянной во времени, для уточнения результатов, после пуска первого поплавка, примерно с того же места пускают еще минимум два, засекают их положение и время прохождения через створы. Кроме того, при этом уменьшается влияние ошибки фиксации времени при прохождении поплавка через створы. Результаты измерений скорости после пуска трех поплавков считают удовлетворительными, если расхождения между результатами трех измерений времени не превышают 10 % от времени хода поплавка между верхним и нижним створами.

Закончив измерения на первой точке, переходят на новую, где пускают новую группу поплавков. Так последовательно определяют скорости по всей ширине реки.

Погрешность в определении скорости при помощи поверхностных поплавков зависит от величины самой скорости, от характера русла, состояния погоды и составляет 8–15 %.

Метод поверхностных поплавков может быть применен почти на всех реках достаточной глубины. Этот метод широко применяется для определения скорости течения во время ледохода.

Описанный выше метод позволяет определить поверхностные скорости течения, однако для последующих вычислений или исследований часто требуется знать скорости средние. Переход к средним скоростям, которые обычно меньше поверхностных, может быть совершен при помощи поправочного коэффициента K , который либо специально определяется для места на реке, либо применяется приближенно равным K = 0,80–0,85. В итоге среднюю скорость находят так:

2.2.2. Определение скорости поплавками-интеграторами

Поплавки-интеграторы представляют собой простое и оригинальное устройство, позволяющее определять среднюю скорость течения. Это устройство состоит из штанги и рейки с делениями, из небольших шарообразных пустотелых поплавков из пластмассы и устройства (полусферы на шарнире) для удержания поплавка у основания штанги (рис. 7).

Рис. 7. Поплавки-интеграторы

При определении скорости штангу вместе с одним поплавком устанавливают на дно реки; рейку, шарнирно соединенную со штангой, кладут на поверхность воды по направлению течения; при помощи тросика полусферу отводят в сторону и поплавок всплывает. В процессе всплывания поплавок проходит слой воды с разными скоростями и как бы интегрирует их, что в конечном счете дает возможность определить среднюю скорость.