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

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.

Поверхностные поплавки для измерения скорости течения

• 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.