3502

11

Рис. 2. Измерение скорости течения воды поплавками

Моменты прохождения поплавков через створы отмечаются сигнальщиком флажками, а время прохождения засекается секундомером и регистрируется.

На основном створе в момент пересечения его поплавком отмечается расстояние от постоянного начала до поплавка в створе. Расстояние отмечается по размеченному тросу, натянутому в главном створе и регистрируется в журнале.

Расстановка людей: сигнальщики в верхнем и основном створе – 2 чел., хронометристы – 2 чел (верхний и нижний створ), регистратор – 1 чел на основном створе, для вылавливания поплавков – 1 чел.

Инструменты: трос с разметкой – 1, вешки – 6, секундомеры – 2, поплавки

–10.

2.4.Вычисление расхода воды в реке (по измерениям скорости течения поплавками)

Вычислении расхода воды при определении поверхностных скоростей поплавками производится графоаналитическим и аналитическим способами в соответствующих графах журнала. Для определения скорости течения воды предварительно производится группировка поплавков. С этой целью на клетчатку в координатах продолжительности хода и положения поплавков в основном створе (масштаб вертикальный 1 см – 10 с, горизонтальный 1 см – 500 см), по результатам записей в полевом журнале накладываются точки.

Каждую группу объединяют поплавки, прошедшие основной створ на приблизительно равных расстояниях от постоянного начала. Таких групп назначают 5-10 и обозначают их римскими цифрами. Для каждой группы вычисляется среднее от постоянного начала и средняя продолжительность хода (например II группа поплавков).

12

Vповерх. = 60 м : 101,3 с=0,59 м/с.

Точность Vср. принимается 0,01 м/с.

Для графоаналитического вычисления расхода на миллиметровой бумаге по данным промеров глубины вычерчивается профиль живого сечения реки по основному створу.

Вычисленная скорость в каждой вертикали и каждой группы поплавков откладывается в масштабе и вычерчивается эпюра распределения поверхностных скоростей по ширине реки. Дальнейшие вычисления ведутся в журнале. Определяется фактический расход для каждой площади живого сечения:

1. Wn=(hn-1-hn):2xb;

Vn=(Vn-1+Vn):2

2.Планируется площадь эпюры элементарных расходов по ширине реки.

3.Аналитический способ определения расхода воды

Производится вычисление расхода воды в соответствующей таблице полевого журнала. Из графического построения наносятся только точки мест происхождения поплавков через основной створ, в целях чѐткого объединения в группу.

Чтобы перейти от Qфикт к Qдейств (среднему для поперечного сечения), необходимо ввести поправочный коэффициент (К).

Qср.=К х Qфикт,

где К – переходный коэффициент от наибольшей поверхностной скорости потока к средней скорости для всего живого сечения. Значение К определять опытным путѐм на основании измерений скорости течения вертушкой. При отсутствии опытных данных его значение можно определить по формуле

13

где С – коэффициент скорости в формуле Шези, определяемый по формуле Павловского при n = 0,02.

С=1/n R y , y = 1,3n при R > 1 м;

y =1,5 n при R < 1 м.

4. Определение расхода воды при помощи гидрометрической вертушки

Скорость течения реки измеряют с помощью основного гидрометрического прибора – гидрометрической вертушки (изобретение этого прибора в конце XVIII в. немецким инженером-гидротехником Р. Вольтманом составило целую эпоху в истории гидрометрии и гидрологии). Основная часть вертушки – винтовая лопасть (пропеллер, ротор), которая приводится в движение (вращается) текущей водой – чем быстрее течение, тем быстрее крутится лопасть, которая соединена со счѐтчиком оборотов.

В первоначальной вертушке Вольтмана механический счѐтчик оборотов был прикреплен к оси вертушки и находился под водой, поэтому для каждого отсчѐта скорости течения вертушку приходилось вытаскивать из воды.

Современные вертушки снабжены электрическим счѐтчиком, показания которого передаются на мостик, в лодку или катер, где сидит техникгидрометр, измеряющий расход воды. Электрический счѐтчик значительно ускорил измерение расхода воды вертушкой, но все же метод «скорость - площадь» остается еще очень громоздким и трудоѐмким, в особенности на больших реках, где одно измерение занимает много часов.

Вертушку опускают в реку на тросе или на штанге с лодки или катера, установленных на якоре или удерживаемых на натянутом поперѐк реки тросе.

Наибольшее распространение в сети гидрологических станций и постов получила гидрометрическая вертушка ГР-21М.

Рис. 3. Устройство гидрометрической вертушки ГР-21М:

1 – осевая гайка; 2 – радиально-упорные подшипники; 3 – цилиндрическая полость лопасти; 4 – зажимная муфта; 5 – ходовая часть; 6 – стопорный винт; 7 – гнездо штепселя; 8 – изолированная клемма; 9 – соединенная с корпусом клемма; 10 – штанга или вертлюг; 11 – зажимные винты; 12 – винт; 13 – хвостовое оперение (стабилизатор); 14 – корпус; 15 – наружная втулка

14

Работа гидрометрической вертушки основана на закономерной связи между скоростью вращения лопастного винта вертушки и скоростью наблюдаемого потока. Под влиянием текущей воды лопасть вертушки начинает вращаться. Вместе с лопастью вращается втулка и передает вращение на червячную шестерню. При этом контактный механизм вертушки замыкает электрическую сигнальную цепь через каждый полный оборот червячной шестерни, что соответствует оборотам лопасти вертушки. В момент замыкания цепи срабатывает сигнальное устройство (звенит звонок или загорается сигнальная лампочка). С помощью секундомера определяют время работы вертушки за весь период измерений. Посчитав общее число оборотов лопасти вертушки, и разделив их на время ее работы, определяют число оборотов за одну секунду. Для переходов от скорости вращения (n) лопасти вертушки к скорости течения воды (V) используют тарировочную кривую, на которой графически отражена зависимость между скоростью течения и числом оборотов лопастного винта.

Рис. 4. Современный вид гидрометрической вертушки

Скоростные вертикали (их наименьшее число) назначаются в зависимости от ширины реки. При ширине реки 50 м принимают 10 скоростных вертикалей, на равных расстояниях друг от друга и которые определяют по размеченному тросу.

Скоростные вертикали наносят на поперечный профиль гидроствора и план участка. Стандартными точками погружения вертушки на вертикали считаются при открытом русле – 5 точек (1-я у поверхности, 2-я на 0,2 рабочей глубины, 3-я – на 0,6, 4-я – на 0,8; и 5-я у дна). Продолжительность выдержки вертушки у дна 5-8 мин, у поверхности – 2-3 минуты.

Перовое правило: После пропуска 2-3 пробных сигналов (свет и звук) на следующем сигнале пускается в ход секундомер. Время для всех последующих сигналов записывается в журнал. После того как накопится чѐтное число сигналов, а показания секундомера будут близки к 120 с, не останавливая секундомера, замечают последний сигнал. Число сигналов делится пополам и вычисляют время для каждой половины сигналов. Разность для каждого числа сигналов не должна быть более 100 %, в ином случае измерения продолжают дальше для получения удовлетворительного результата.

Второе правило: После показаний секундомера, близких к 120 с, делят последнее показание на соответствующие номера сигналов и сравнивают получаемые частные. После того как частные будут отличаться менее, чем на 1 % от последующих, измерение можно не делать.

22,8-22,4=0,4 с 1 % от 22,4

После 6 сигналов измерение следует продолжить, т.к. разница частных 22,8 - 22,4 = 0,4 с составляет больше 1 % от 22,4. При малой скорости течения общая продолжительность выдержки вертушки ограничивается 10 мин. Если же за это время сигналов не поступило, то считается, что скорость течения в этой точке меньше начальной скорости вертушки.

Измерение скоростей течения вертушкой начинают с первой вертикали у одного из берегов. Вертушку на штанге следует устанавливать перпендикулярно к гидроствору. После установки вертушки в точке измерения скорости, необходимо выждать некоторое время для того, чтобы лопасти вертушки приобрели соответствующую скорость вращения, для чего пропускают 1-3 звонка и на последующем звонке включают секундомер. Запись времени ведется по началу или концу сигнала, причем отчѐты по секундомеру производятся без его остановки.

Для вычисления измеренных вертушкой расходов воды применяется аналитический способ.

Аналитический способ состоит в вычислении частичных расходов для площадей между скоростными вертикалями, с последующим их суммированием. Предварительно для каждой скоростной вертикали вычисляют среднюю скорость аналитическим способом.

Для трѐхточечного измерения:

Vср.= V0,2h+ 2V0,6h + V0,8h / 4

Для двухточечного измерения

Vср.= V0,2h+V0,8h / 2

16

Для одноточечного измерения

Vср. = V0,6h

Определяют частичные расходы

Суммарный расход равен сумме частичных расходов

Все расчѐты ведутся в таблице соответствующей регистрационной книги.

Необходимые инструменты: гидрометрическая вертушка – 1, штанга – 1, секундомер – 1.

5.Рабочая программа

1.Выбор участка для производства гидрометрических работ. Предварительное ознакомление (особенности гидрографической структуры, наличие знаков геодезической сети, наличие крупномасштабных планов, карт, профилей реки).

2.Рекогносцировочное обследование (общий осмотр участка, глазомернобуссольная съѐмка с промерами глубин и определениями скорости течения). Описание участка реки и составление плана участка.

3.Разбивка магистралей, гидрометрических створов, промерных створов. Промеры работы. Измерение скоростей течения воды поверхностными по плавками и вычисление воды графомеханическим и аналитическим способами.

4.Определение расхода воды при помощи гидрометрической вертушки

ивычисление расхода воды аналитическим способом. Определение расхода воды.

5.Знакомство с функционированием гидроузла Воронежского водохранилища.

17

Библиографический список

Основная литература

1. Бабиков, Б. В. Гидротехнические мелиорации [Текст] : учеб. / Б. В. Бабиков. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПБ., 2002. – 264 с.

Дополнительная литература

2.Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 № 74-ФЗ [Электронный ресурс] : ред. от 31.10.2016 // СПС КонсультантПлюс / ВГЛТУ.

3.Гидротехнические мелиорации. Гидротехнические мелиорации объектов ландшафтного строительства [Текст] : метод. указания к практ. занятиям для

Е. А. Михина, Т. А. Малинина, Т. П. Деденко. – Воронеж, 2014. – 31 с. – ЭБС «ВГЛТУ».

4. Краткий словарь основных гидротехнических терминов, формул и определений [Электронный ресурс] : учеб. пособие / П. Ф. Андрющенко, Е. А. Михина, Т. А. Малинина, Т. П. Деденко. – Воронеж, 2013. – ЭБС «ВГЛТУ».

18

Вячеслав Иванович Михин Елена Александровна Михина

Татьяна Анатольевна Малинина Татьяна Петровна Деденко

ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ МЕЛИОРАЦИИ

Методические указания по организации и прохождению учебной практики для студентов по направлению подготовки 35.03.01 – Лесное дело

19

Редактор А.С. Люлина

Подписано в печать 08.06.2017. Формат 60х90/ 16. Усл. печ. л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,6. Тираж 52 экз. Заказ

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

РИО ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВО «ВГЛТУ»

394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10

10-00

20