11 Измерение скорости течения поверхностными поплавками.

В качестве поплав­ков обычно используют деревянные кружки высотой 5. 6 см, отпиленные от тонкого бревна. Гидроствор при этом способе из­мерения скорости состоит из четырех створов (рис. 18). В глав­ном створе 3 снимают поперечный профиль, а также фиксируют места прохождения поплавков по натянутому и размеченному тросу или засечками, как это пояснялось ранее. Вспомогательные створы 2 к 4 предназначаются для определения времени прохож­дения между ними поплавков; расстояние между створами дол­жно быть таким, чтобы поплавок проходил его не быстрее, чем за 20 с. Пусковой створ 1 — место сброса на воду поплавков — располагают от верхнего вспомогательного створа на расстоянии 5. 10 м. Все створы закрепляют на берегах вехами. Расстояние между вспомогательными створами L тщательно измеряют.

Для установления распределения скоростей поплавки пускают таким образом, чтобы они пересекали главный створ в 3. 8 точ­ках по ширине реки. Поплавки пускают так, чтобы примерно через одну и ту же точку главного створа прошло по 2. 4 поплавка. Следовательно, при измерении скоростей пускают от 2 до 8 групп поплавков по 2. 4 поплавка в каждой.

Наблюдатель с рабочими фиксирует секундомером время про­хождения каждого поплавка t между вспомогательными створами

и расстояние от постоянного начала до точки пересечения по­плавком главного створа.

Для каждой группы поплавков определяют величиныи

(поплавки, имевшие задержки в пути, не учитываются). Средние координаты прохождения групп поплавковнаносят

на поперечный профиль, а границы отсеков устанавливают посе­редине между ними.

Затем определяют среднюю поверхностную скорость течения.

12 Измерение скорости течения. Конструкция гидрометрической вертушки.

Измеряют скорости течения гидрометрической вертушкой — прибором для измерения скорости течения в любой точке потока. Существует много типов вертушек; одной из наи­более распространенных является вертушка Жестовского Ж-3 (рис. 16). Основными частями вертушки Ж-3 являются лопастный винт, корпус и хвост. В полости винта расположена втулка, соединен­ная через контактный механизм с муфтой. Втулка вместе с вин­том вращается вокруг неподвижной оси. Клеммы подключаются к электрической цепи, состоящей из сухой батареи напряжением 3. 6 В и звонка или лампочки. Контактный механизм замыкает цепь через 20 оборотов лопасти, в результате чего раздается зво-

нок или загорается лампочка. Вертушка насаживается на штангу или канат через втулку и закрепляется на ней винтами. При измерении скорости потока вертушку устанавливают ло­пастью навстречу течению. Частота вращения лопасти зависит от скорости потока. Каждая вертушка имеет в своем паспорте тарировочную кривую или график, показывающие связь между числом оборотов лопасти в секунду п и скоростью потока в дан­ной точке u=f(n). Чтобы измерить скорость потока в какой-либо его точке, нужно: собрать вертушку, подключить ее к электрической цепи, опустить в заданную точку потока, замерить по секундомеру времяt, за которое раздается т звонков (обычно пять считая от начального), подсчитать число оборотов лопасти вертушки в се­кунду:

n= 20m/tи определить по тарировочной кривой или таблице скорость потока в данной точке и, м/с. Измерение скорости проводят на скоростных вертикалях, число которых в зависимости от ширины реки составляет от 3 до 7. Для того чтобы учесть изменение скорости на вертикали, скорость из­меряют в нескольких точках по глубине. Наиболее распространенытрехточечный, двухточечный и одноточечный способы. Средние на вертикали скорости потока определяют по формулам:

(53)

В этих формулах индексы 0,2h, 0,6hи 0,8hпоказывают, на ка­кую часть глубины от водной поверхности следует опускать вер­тушку. При глубинеh 3 м — на тросе, к концу которого подвешен груз.

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

Определение скорости поверхностными поплавками

• Главная страница /
• Гидрологические исследования /
• Определение скорости течения реки

Определение скорости течения реки

Для определения расхода воды в реке нужно еще определить среднюю скорость течения реки. Это можно сделать различными способами:

1. поверхностными поплавками;
2. по максимальной скорости;
3. при помощи гидрометрических шестов или вех;
4. при помощи глубинных поплавков;
5. гидрометрическими вертушками.

Определение скорости течения реки поверхностными поплавками.

Выбрав прямолинейный участок реки,

• устанавливаем на обоих берегах по 8 реек (вех) попарно, одну позади другой;
• каждая пара реек должна быть поставлена перпендикулярно к направлению течения реки;
• расстояние между рейками, составляющими пару, должно быть у всех пар одинаковое (например, по 5 м).

Таким образом, мы устанавливаем четыре створа: I—пусковой, II — верхний, III — главный, IV — нижний по течению, реки.

Эти створы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, величина которого зависит от размеров реки, например на расстоянии 15 м друг от друга.

Прежде чем забрасывать поплавки, нужно записать время начала работы, а после окончания — время конца работы; затем отметить обстановку работы:

1. состояние реки на гидрометрическом створе (чистая, местами покрыта растительностью);
2. состояние погоды (ясно, пасмурно, туман, дождь);
3. характеристику ветра (штиль, слабый, средний, сильный; по течению, против течения; от левого или правого берега);
4. характеристику поверхности потока (спокойная, покрыта рябью, волнение).

Особенно большое влияние на скорость течения реки оказывает ветер: увеличивает (попутный ветер) или уменьшает (встречный ветер) скорость потока, поэтому для большей точности определения скорости течения делают поправки. Для введения поправок имеются специальные таблицы.

Далее, расставив наблюдателей по створам, можно приступить к забрасыванию поплавков. Поплавки обычно применяют в виде кружков, отпиливаемых от сухих бревен диаметром 10—25 см и толщиной 5—6 см. Чтобы поплавок был лучше виден на реке, его окрашивают белой краской, а иногда ярко-красной. Если река небольшая, то можно ограничиться тремя—пятью поплавками.

На пусковом створе поплавки забрасываются последовательно: сначала ближе к правому берегу, потом на середину реки, затем ближе к левому берегу.

На верхнем створе подается сигнал. Когда поплавок окажется в створе, наблюдатель, стоящий у главного створа, засекает время, т. е. пускает секундомер или просто замечает время по часам с секундной стрелкой. Наблюдатель, стоящий у нижнего створа, при прохождении поплавка через створ, подает сигнал наблюдателю у главного створа, а он останавливает секундомер или замечает время по часам. Для определения скорости движения поплавков удобнее вести наблюдения по нижеследующей таблице.

Если расстояние между створами 15 м, то расстояние между верхним и нижним створами будет равно 30 м. Бросаем с пускового створа в разных местах реки четыре поплавка поочередно (т. е. сначала первый поплавок; когда он пройдет весь свой путь, тогда забрасываем второй и т. д.) и получаем данные, которые записаны в нижеприведенной таблице.

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.