- •Глава XII. Измерение скоростей течения и определение расходов воды
- •§ 51. Способы измерения скоростей течения
- •§ 52. Поплавки
- •§ 53. Гидрометрические вертушки
- •§ 54. Вспомогательное оборудование для работы с вертушками
- •§ 55. Тарирование вертушек
- •0 1 Г 3 4 5 6 7в 9 10 11 п,с'Тайлица данных тарирования
- •§ 56. Выбор участка, разбивка и оборудование гидрометрического створа
за высотой уровня воды. Она заключается в проверке полевой книжки, приведении отсчетов высоты уровня к одной постоянной плоскости отсчета, называемой нулем графика гидрологического поста, вычислении средних за сутки значений, составлении таблиц ежедневных уровней воды и построении графика колебания уровней за период наблюдений.
За нуль графика поста принимают условную неизменную по высоте горизонтальную поверхность (плоскость), которую обычно назначают ниже наинизшего уровня воды в данном месте (практически на 0,5 м) с тем, чтобы избежать отрицательных значений уровня.
Превышение нулей наблюдений (рейки, головки свай или постоянно закрепленной точки) над нулем графика называется приводкой.
Высота нуля наблюдений за период работы поста может изменяться, например, из-за перестановки рейки, выпирания сваи при замерзании грунта и т. д. С каждым изменением изменяется н приводка соответствующего нуля наблюдений. Изменениям при- водок ведут точный учет по датам.
Уровень воды за каждый срок наблюдений над нулем графика получается путем сложения отсчета с его приводкой (рис. 64).
Принятым интервалом первичного осреднения уровней являются сутки.
Средний суточный уровень за каждый день при стандартных наблюдениях (08, 20 ч) и четырехсрочных наблюдениях (02, 08, 14 и 20 ч) вычисляют как среднее арифметическое из значений уровня.
При многосрочных наблюдениях через равные промежутки времени среднесуточное значение уровня определяется по такой формуле:
/Я0 + Я"4 \ 24
(103)
где Н0 и #24 — значения уровня воды ■соответственно в 0 и 24 ч;
Нь #2 и т. д. — значения уровней через принятые равные промежутки времени, исключая 0 и 24 ч; п — принятый интервал времени, ч.
Рис.
64. Схема высотного положения нулей
наблюдения и графика:
г
—отметка нуля графика поста; z,
— отметка репера; 23— отметка
уровня воды;z:l
— отметка нуля1наблюдения;
Я, — превышение репера Над нулем
наблюдения;
Н2— превышение нуля наблюдения над
нулем графика; Н3— отсчет;На— приводка сваи № 2
записей в полевой книжке и выборочной проверке выполненных вычислений.
Данные ежедневных наблюдений сводятся в таблицу ежедневных уровней воды. При длительном периоде наблюдений в таблице, помимо среднесуточных уровней, выписывают среднемесячные и среднегодовые значения, а также наивысшие и наинизшие значения уровней ро месяцам и отдельно за год.
Среднемесячные уровни и среднегодовые вычисляют как среднеарифметические из среднесуточных и среднемесячных уровней соответственно. Максимальные и минимальные значения уровней выбирают из всех наблюденных величин, включая и дополнительные срочные наблюдения.
Ледовые явления и другие сведения в таблице уровней отмечают следующими условными обозначениями:
: - сало; v - затор льда ниже поста;
) - заберег; ▲ - затор льва Выше поста и б отборе;
х -редкий шугоход; X ~ затор ниже поста;
- густой шугоход; X ~ зажор выше поста и б отборе;
средний шугоход; I - ледостав; о -редкий ледоход; - закраина;
» - средний ледоход; Р - разводья;
- густой ледоход; Р - первый и последний теплоход; П -подбижка; Ж - начало и коней лесосплава.
II - вода течет поверх льда;
На основании таблицы ежедневных уровней строится график колебаний уровня воды. На график наносятся все характеристики ледового состояния водоема (см. рис. 30).
Глава XII. Измерение скоростей течения и определение расходов воды
§ 51. Способы измерения скоростей течения
Скорости течения измеряют прежде всего для определения расходов воды. Знание скоростей течения необходимо также для определения расходов взвешенных наносов и решения ряда других задач, например для оценки воздействия потока на дно и берега реки, для определения скорости хода судов и составов.
129
«/«5—1545
лавков соответствующая разность скорости незначительна и при обработке измерений ее не учитывают.
Таким образом, зная путь А1, пройденный поплавком за время At, мы можем найти скорость течения по формуле
v =Ml М. (104)
Скорость v будет осредненной на отрезке А/ траектории поплавка.
Гидрометрическая вертушка 'представляет собой механический прибор, снабженный лопастью, которая способна вращаться под действием гидродинамического давления набегающей жидкости. Между скоростью течения и угловой скоростью лопасти существует прямая связь. Эту связь устанавливают путем специального испытания вертушки — ее тарирования. Располагая результатами тарирования, можно от известной частоты вращения лопасти за время At перейти к скорости течения. Эта скорость будет осредненной за время А^.
В последнее время стали применяться в опытном порядке два новых способа измерения скоростей: ультразвуковой и электромагнитный.
Ультразвук, подобно лучам света, может быть собран в пучок. Направив такой пучок по течению, будем иметь скорость распространения сигнала ci = v-\~c (с — скорость звука в воде); направив пучок против течения, получим скорость распространения сигнала c2 = v—с. Измерив скорости С\ и можно найти скорость течения по формуле
С1 +С2
v = —2——. (105)
Скорость v будет осреднена по длине пути ультразвукового сигнала.
Электромагнитный способ основан на законе электромагнитной индукции. Вода обладает небольшой электропроводностью и значит поток представляет собой движущийся проводник. Если навести на него магнитное поле, то в воде возникает электродвижущая сила (э. д. с.)I. Она будет тем больше, чем быстрее движется вода. Следовательно, скорость течения на некоторой глубине от поверхности воды можно узнать, измерив разность потенциалов в двух точках поперечного сечения, расположенных на этой глубине. Полученная скорость будет осреднена по прямой, соединяющей точки измерения.
Ультразвуковой способ уже нашел практическое применение на реках и каналах с небольшой амплитудой колебания уровней.
§ 52. Поплавки
Основные типы поплавков показаны на рис. 65.
Наиболее широко применяются поверхностные поплавки. Их обычно изготавливают из дерева в виде отрезанных от дерева кружков диаметром 15—30 см, толщиной около 3—5 см. Для больших рек поплавки изготавливают в виде крестовин из досок или брусков. Длина каждой крестовины 0,5—0,8 м, а толщина 4—10 см. Для лучшей видимости поплавок снабжают флажком, а для устойчивости снизу подвешивают грузик.
глуб
|
р |
|
|
л30СМ |
Рис.
65. Типы поплавков: а
— поверхностные^ б — глубинные
131 i/45*
(106)
откуда
^глуб — 2 УЛВ ~VnOD
Значит, определив скорость двойного поплавка и измерив отдельно поверхностным поплавком поверхностную скорость иПов,
МОЖНО ВЫЧИСЛИТЬ И Углуб-
Основное преимущество измерения скоростей и направления течений с помощью поплавков — относительная простота производства работ. Поплавки могут быть легко изготовлены на месте. В качестве дополнительного оборудования на малых реках нужен только секундомер, а на больших, кроме того, угломерный инструмент и лодка. Поплавки могут применяться как при весьма
больших, так и при весьма малых скоростях течения, а также п во время редкого ледохода, когда применение других приборон затруднительно. В этом случае поплавками могут служить отдельные льдины. Кроме того, поплавки дают возможность проследить струи течения на довольно большом протяжении, что очень важно при изучении скоростного поля потока на отдельных участках рек.
К недостаткам поплавков следует отнести ограниченность их применения в условиях ветреной погоды, меньшую по сравнению с другими приборами точность результатов, оцениваемую возможной ошибкой в 5—10%, и невозможность измерения скоростей течения в отдельных точках.