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 скорости течения реки 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.

Одноточечный способ определения скоростей течения по поплавкам — геодезические работы

По этому способу в районе работ устанавливают водомерный пост и на нем ведут наблюдения.

Место установки инструмента выбирают как можно выше над рекой и так, чтобы с этого пункта был бы хорошо виден участок реки в районе наблюдения скоростей.

Затем тщательно определяют координаты точки стояния инструмента путем привязки к плановой основе или к пикетажу линии и ее отметку геометрическим нивелированием от репера водомерного поста. Далее выбирают пусковой створ и закрепляют его 4—2 вехами.

На пункте наблюдения устанавливают тахеометрический теодолит, который ориентируют на какую-либо точку плановой основы или иной ориентир, положение которого точно известно, и измеряют его высоту i над точкой стояния.

На пункте наблюдения нужно иметь секундомер и сигнальный флажок.

На пусковой створ выезжает лодка и устанавливается на первой вертикали. По сигналу (взмаху флажком) с пункта наблюдения с лодки пускают поплавок, после чего она перемещается на следующую вертикаль. Наблюдатель у теодолита все время держит в поле зрения трубы пущенный поплавок, направляя горизонтальную нить сетки трубы к поверхности воды перед поплавком.

Через каждые одну или две минуты положение поплавка фиксируют отсчетами по горизонтальному и вертикальному кругам, при этом следят за тем, чтобы в момент отсчета по вертикальному кругу пузырек уровня на его алидаде стоял на середине.

По наблюдениям водомерного поста отметка уровня воды известна, поэтому из материалов наблюдений можно получить последовательное положение поплавка в моменты засечек и построить план линий хода поплавка.

Если начертить план реки, пусковой створ и на нем точки расположения вертикалей, а затем нанести линии хода поплавка при пуске с каждой вертикали, то получится план струй.

В самом деле, отсчет по горизонтальному кругу дает направление, в котором виден поплавок относительно линии ориентирования теодолита.

По отсчету на вертикальном круге, зная заранее величину МО (места нуля), можно рассчитать угол наклона трубы, методом описанным в предыдущих статьях.

Зная отметку точки стояния инструмента H_с, отметку воды Н_в и высоту установки инструмента расстояние d от инструмента до поплавка в момент засечки (рис. 73) можно определить по формуле:

Соединяя последовательно засеченные точки одного и того же поплавка, получают непрерывный путь его следования.

Таким образом, можно определить как направление движения поплавка, так и его скорости на отдельных участках.

Скорость поплавка определяется путем деления длины пути между двумя последовательными засечками (взятой с плана по масштабу и выраженной в метрах) на число секунд между засечками.

Можно также построить масштаб скоростей для данного плана в масштабе 1:m и времени t между засечками, с помощью которого скорость отсчитывается непосредственно по расстоянию между двумя соседними точками.

Основанием масштаба а, выраженным в см, будет длина пути в масштабе плана, проходимая поплавком за время t при скорости поплавка v₀= 1 м/сек.

Этот путь пропорционален скорости v₀. Если поплавок в течение времени t прошел со скоростью v путь длиной на плане l см, то можно написать пропорцию:

Построив на таком основании масштаб скоростей, можно эти последние определять, измеряя по этому построенному масштабу расстояние между последовательными засечками поплавка.

Для засечек и определения угла наклона а вместо теодолита может быть с успехом применена мензула с кипрегелем.

На планшете, на котором нанесены и занумерованы засечки, можно в процессе камеральной обработки построить план струй. Если делать засечки с интервалом в 2 мин, то можно успеть нанести положение поплавка в момент засечек тут же в поле, если известны данные водомерных наблюдений и уровень воды в реке изменяется очень медленно.

Если наблюдения ведутся на реке, имеющей большой уклон зеркала воды и с одной точки стояния инструмента охватывается по реке большое протяжение, то нужно определить уклон зеркала воды в реке и ввести в показания водомерного поста для удаленных от него точек соответствующие поправки.

Эти поправки вводятся в расчетные расстояния в процессе камеральной обработки полевых данных.

Определение скорости при помощи поплавков любым способом требует безветренной погоды, в чем заключается их недостаток.

Измерение природных объектов

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ

«ЦЕНТР ДЕТСКОГО И ЮНОШЕСКОГО ТУРИЗМА И ЭКСКУРСИЙ»

Слет юных географов – краеведов

Измерение природных объектов

Памятка составлена ,

методист МОУ ДОД «ЦДЮТиЭ»

Определение ширины реки

Ширина небольшой реки определяется при помощи веревки или шнура, который натягивают от уреза воды одного берега до другого. Длина шнура затем измеряется рулеткой. Ширина реки также может быть определена при помощи несложных геометрических построений. Например, можно использовать теорему подобия треугольников или несложные тригонометрические вычисления.

Для измерения ширины реки вы становитесь на краю в точке А, отмечаете ее колышком и выбираете на противоположном берегу (краю) какой-нибудь хорошо заметный ориентир D (дерево, куст, камень и т. д.). После чего, идя в направлении, перпендикулярном к линии AD, переходите в точку B, удаленную от точки А больше, чем предполагаемая ширина реки. В точке B устанавливаете колышек и, идя в том же направлении, переходите в точку С, которая находится от точки В на таком же расстоянии, как и точка В от точки А (рис. 1).

Затем от точки С идите под прямым углом к линии АС до точки F, находящейся на одной прямой с колышком в точке В и ориентиром D на противоположном берегу.

Из равенства треугольников ВСF = BAD видно, что отрезок CF = AD

Рис. 1 Определение ширины реки

Определение скорости течения реки

Скорость течения представляет собой путь, пройденный частицами воды за единицу времени, и измеряется в метрах за одну секунду (м/с). Знать скорость течения необходимо для вычисления расхода воды.

Для измерения скорости используются поплавки и гидрометрические вертушки. Поплавками можно измерять скорость как в поверхностном слое, так и на различных глубинах. Поэтому поплавки бывают поверхностные и глубинные.

Поверхностные поплавки могут иметь вид кружков диаметром 10-15 см и толщиной 3-5 см, отпиленных от бревна. Поверхностными поплавками могут быть также бутылки, частично наполненные кодой: и закупоренные пробкой с цветным флажком (рис. 2). Размер и фор­му поплавков следует подбирать так, чтобы они не обладили большой парусностью, т. е. как можно меньше возвышались над водой, и в то же время хорошо были видны с берега. Для лучшей видимости поплавки окрашивают в белый или красный (оранже­вый) цвет. Ограничиваются, как правило, 3-5 поплавками.

Измерение скорости течения поверхност­ными поплавками рекомендуется проводить при безветренной погоде. Выбирается пря­мой участок реки и разбивается на створы. Необходимо иметь четыре створа: пусковой, верхний, главный и нижний. На каждом из створов устанавливают по 4 вехи, попарно на каждом берегу. Каждая пара вех должна

Рис. 2. Бутылочный поплавок

Рис. 3. Расположение створов

быть поставлена перпендикулярно к направлению течения реки. Рас­стояние между вехами у всех пар берется одинаковым (например, 5 м).

Створы также должны находиться на равном расстоянии друг от друга, составляющем 1-3 ширины реки каждое (рис. 3). Поплавки набрасываются с пускового створа последовательно: сначала ближе к левому берегу, потом на середине реки, затем ближе к правому берегу. Каждый последующий поплавок запускается после того, как предыду­щий прошел все три створа. Время прохождения поплавков через низовой и верховой створы от­мечается на секундомере по сигналам, подаваемым наблюдателями, 1-гоящими на каждом створе. Для определения скорости поплавка его путь делится на время его движения.

Измерение расхода воды поплавками

Место прохождения через средний

створ от пост. начала, м

Отсчет времени прохода поплавков через створ