книги из ГПНТБ / Орлова, В. В. Гидрометрия учебник

Опрокидывающееся звено может иметь два положения: «за­ хват» и «на ролике». В первом положении звено захватывает трос и прочно удерживает лодку. Во втором положении звено скользит по тросу и лодка под действием течения перемещается по створу. Для управления положением опрокидывающегося звена служит

Рис. 77. Механизм гибкого крепления лодки к тросу.

поводок 5; если его потянуть на себя, то звено опрокинется и ста­ нет роликом на тросе. Чтобы переместить лодку к правому берегу, нужно конец натянутого поводка 5 закрепить у правого борта

лодки; при закреплении поводка у левого борта лодка будет пере­ мещаться к левому берегу.

Рис. 78. Механизм жесткого крепления лодки к тросу.

При необходимости быстрого отсоединения лодки от троса дер­ гают за поводок 6, при этом зажим размыкается и лодка освобож­

149'

Внекоторых случаях в теплое время года при небольших глу­ бинах скорости течения, как и промеры, измеряются вброд.

Взимний период, когда река покрывается сплошным ледяным покровом, измерение расстояний и установка на вертикалях произ­ водятся непосредственно со льда.

Д и с т а н ц и о н н ы е у с т а н о в к и позволяют производить гидрометрические работы путем управления с берега. В настоящее время разработаны дистанционные тросовые установки ГР-70 и ГР-64, предназначенные для промеров глубин, измерения скоро­ стей течения и взятия проб со взвешенными наносами на реках

Рис. 80. Схема дистанционной гидрометрической установки ГР-70.

шириной до 100 м и глубиной до 12 м. Установка ГР-70 работает от ручного привода, ГР-64 — от электрического привода с кнопоч­ ным управлением.

Для работы на более широких реках (100—200 м) служит дис­ танционная установка ГР-100, имеющая то же устройство, что и ГР-64, но более усиленную конструкцию.

Дистанционные установки состоят из береговых опор, перебро­ шенных между ними тросов, лебедки, каретки, гидрометрического груза, блок-счетчиков и пульта управления.

На рис. 80 изображена схема оборудования гидрометрического створа дистанционной установкой ГР-70.

На береговых опорах 1 натянут несущий трос 2 диаметром 11,5 мм, по которому перемещается каретка 3, состоящая из пяти

151

роликов. В кабине, являющейся одновременно опорой для несущего троса, установлена лебедка 4 с ручным приводом, и пульт управ­ ления 5. Лебедка служит для подъема и опускания гидрометриче­

ского груза с прибором и перемещения каретки с грузом по створу. Лебедка состоит из двух барабанов, установленных в горизонталь­ ной плоскости. На передний барабан намотан трос перемещения 6 каретки 3 диаметром 2,7 мм. Свободный конец троса проходит

через нижний ролик верхнего блока 7, верхний ролик блок-счетчи­ ков 8, выходной ролик верхнего блока, пропускается между ма­

лыми роликами каретки, перекидывается через реку, проходит через ролик блока 9 береговой опоры и крепится, к скобе 10 ка­ ретки. На задний барабан лебедки намотан подъемный трос 11

диаметром 2,7 мм с токопроводящей жилой. Свободный конец троса аналогично тросу перемещения каретки проходит через си­ стему блоков в кабине и далее через иижиий ролик каретки идет к гидрометрическому грузу 12 и крепится к нему посредством ка­

рабина и серьги. Перемещение гидрометрического груза как по ширине реки, так и по глубине производится вращением одной ру­ коятки двухбарабанной лебедки. Оба барабана могут вращаться одновременно или раздельно с помощью механизма переключения, состоящего из четырех маленьких шестеренок и рукоятки переклю­ чения барабанов. Две шестеренки с одинаковым числом зубцов расположены на горизонтальных осях барабанов, а две другие — на оси рукоятки переключения. Одна из этих шестеренок насажена на ось неподвижно и сцеплена с шестерней подъемного барабана, а вторая соединена с рукояткой переключения барабанов и может передвигаться по оси, занимая два положения. В крайнем левом положении рукоятки шестерня включена для вращения подъемного барабана, при этом вращаются оба барабана. В крайнем правом положении рукоятки передний барабан выключен. Оба барабана снабжены храповыми колесами (большие шестерни) и собачками. Собачки связаны тягой с рукояткой переключения собачек, кото­ рая может иметь три фиксированных положения. При среднем (наклонном) положении рукоятки обе собачки соединены с храпо­ выми колесами, в нижнем положении отключена собачка переднего барабана, в верхнем (вертикальном) отключена собачка заднего барабана.

Для перемещения груза вверх или вниз рукоятка переключения барабанов должна быть в правом положении (шестерни разъеди­ нены), а рукоятка переключения собачек храповых колес — в сред­ нем положении (обе собачки включены).

Для перемещения груза по горизонтали рукоятка переключения барабанов должна быть в левом положении (шестерни соединены). Для перемещения груза к будке рукоятку переключения собачек нужно перевести в нижнее положение (поднята собачка переднего барабана), а для перемещения груза от будки — в верхнее поло­ жение (поднята собачка заднего барабана).

Горизонтальное и вертикальное перемещение груза фиксируется механическими счетчиками с единицей счета, равной 1 см.

152

Для промеров глубин и крепления приборов служит гидромет­ рический груз весом 25 или 50 кг, снабженный пенопластовым поплавком, делителем, поверхностным и донным контактами, крон­ штейном и штырем для крепления приборов. Поверхностный и дон­ ный контакты служат для подачи электрических сигналов при соприкосновении груза с поверхностью воды и дном. В контакты вмонтированы выводы от делителя.

Делитель предназначен для разделения сигналов вертушки от сигналов поверхностного и донного контактов. Разделение сигна­ лов производится по фазе полупроводниковыми диодами. К дели­ телю с помощью штекера подключен конец подъемного троса с то­ коведущей жилой.

Пульт управления служит для управления работой установки и размещения в нем электрической схемы. На лицевой стороне панели пульта расположены сигнальные лампы, тумблеры, вольт­ метр, секундомер, счетчик электрических импульсов вертушки и клеммы. Питание электрической схемы осуществляется постоянным током напряжением 12 В.

Дистанционная установка ГР-64 (рис. 81) оборудована элект­ ролебедкой, обеспечивающей передвижение гидрометрического груза в вертикальном и горизонтальном направлениях соответст­ венно со скоростью 0,10 и 0,25 м/с.

Лебедка состоит из двух барабанов, снабженных редукторами, электродвигателями и ручным приводом. На верхний барабан на­ мотан трос перемещения каретки, на нижний — подъемный трос с токоведущей жилой.

Барабаны лебедки вращаются электродвигателями, управление которыми производится кнопочным и релейным переключателями. Питание электродвигателей осуществляется переменным током на­ пряжением 220—380 В. Для более точного подведения груза на расчетную глубину или на требуемое расстояние по горизонтали служит ручной привод.

Гидрометрический груз весом 100 кг снабжен поверхностным и двумя донными контактами. При соприкосновении груза с по­ верхностью воды или дном он автоматически останавливается, и загораются сигнальные лампочки «Поверхность» или «Дно» на пульте управления. Угол относа подъемного троса течением опре­ деляется оптическим угломером.

Внутри пульта расположена электрическая схема, а на лице­ вой стороне его — органы управления работой установки: тумб­ леры, сигнальные лампы, кнопки управления моторами, пакетные выключатели, вольтметры, счетчик импульсов вертушки, секундо­ мер. Питание установки осуществляется постоянным током напря­ жением 24 В.

Работа на установке при промерах глубин и измерении скоро­ стей течения в основном сводится к операциям, производимым на пульте управления. Для подъема груза нажимается кнопка «Вверх», для опускания — кнопка «Вниз». Для перемещения груза от будки нажимаются одновременно кнопки «Вперед» и «Вниз»,

153

вертикали различают следующие варианты точечного способа: де­ тальный, основной и сокращенный.

При детальном способе расход воды измеряется по увеличен­ ному числу скоростных вертикалей с многоточечным измерением скоростей на каждой вертикали.

Детальный способ применяется при изучении распределения скоростей течения в потоке и выяснении возможности перехода на основной способ измерения. Расходы воды детальным способом измеряются в первые два-три года наблюдений.

Основной способ предусматривает измерение расхода воды по такому наименьшему (не менее трех—пяти) числу скоростных вер­ тикалей, при котором значения расхода воды в большинстве случаев отличаются от измеренных детальным способом не более чем на ±3% . В зависимости от состояния реки измерение скорости тече­ ния производится в двух или трех точках на каждой вертикали. Переход на основной способ измерения осуществляется в резуль­ тате анализа расходов, измеренных детальным способом.

При сокращенном способе измерение расхода воды произво­ дится на одной—трех вертикалях в двух-трех точках на вертикали.

Сокращенный способ применяется на реках с устойчивым рус­ лом и лишь в тех случаях, когда требуются частые измерения расходов, например при переменном подпоре, лесосплаве, ледоходе,, неустановившемся режиме расходов и уровней вследствие прохож­ дения паводков или попусков воды из вышерасположенных водо­ хранилищ. Переход на сокращенный способ измерения возможен лишь в результате анализа расходов воды, измеренных детальным

участка живого сечения, охватываемого интеграцией, известны следующие варианты этого способа: 1) интеграция скорости повертикали, 2) интеграция скорости по горизонтали, 3) интеграция скорости по всему живому сечению.

Интеграция скорости по вертикали заключается в измерении средней скорости течения по глубине вертикали. Для этого вер­ тушку на скоростной вертикали непрерывно и равномерно опу­ скают от поверхности до дна. При этом регистрируется суммарное число оборотов лопастного винта и общая продолжительность на­ блюдений. Поскольку вертушка проходит слои потока с различ­ ными скоростями, то среднее число оборотов лопастного винта за одну секунду будет соответствовать средней скорости на верти­ кали.

Значение средней скорости, измеренной этим способом, полу­ чается несколько завышенным, так как при опускании вертушки лопастный винт не доходит до дна и измерениями не освещается придонная зона малых скоростей.

Интеграция по горизонтали заключается в измерении средней скорости по ширине реки в поверхностном слое или на какой-либо-

155.

глубине. Этот способ распространения еще не получил, но в ряде случаев применение его целесообразно, когда требуется значительно сократить продолжительность измерения (например, при ледо­ ходе), либо когда опускание вертушки в придонные слои опасно (например, при интенсивном перемещении камней по дну на гор­ ных реках).

Третий вариант интеграционного способа предусматривает из­ мерение средней скорости во всем живом сечении потока. Вертушка при этом перемещается по створу от одного берега к другому и одновременно опускается до дна и поднимается до поверхности, совершая движение по зигзагообразной линии.

в отдельных точках которых измеряются скорости течения. Разме­ щение вертикалей по ширине реки производится на поперечном профиле гидрометрического створа. Число скоростных вертикалей зависит от спороба измерения расхода воды, ширины реки и рель­ ефа дна.

При детальном способе измерения расхода воды скоростные

ломы рельефа дна, то, кроме того, вертикали необходимо распола­ гать и в точках перелома профиля.

В пойме вертикали назначаются более редко и размещаются по ширине поймы в соответствии с ее рельефом.

При основном способе измерения расхода воды число скорост­ ных вертикалей назначается в таком количестве, при котором зна­ чения расхода будут отличаться от результатов измерения деталь­ ным способом не более чем на ±3% .

Число скоростных вертикалей и их местоположение в гидромет­ рическом створе устанавливается в результате анализа эпюр рас­ пределения средней скорости течения по ширине реки по данным не менее 20—30 расходов, измеренных детальным способом. Обычно такой анализ дает возможность сократить число вертикалей до пяти, а при правильной (корытообразной) форме русла и плавном изменении скоростей по ширине реки — до трех.

При назначении скоростных вертикалей нужно стремиться, чтобы:

1) одна из вертикалей находилась в самой глубокой части русла;

2)первая и последняя вертикали располагались по возможно­ сти ближе к урезу воды;

3)при правильной форме русла скоростные вертикали распре­

делялись равномерно по ширине реки; 4) при резких переломах в профиле русла скоростные верти­

кали располагались в местах переломов профиля.

156

При сокращенном способе измерения расходов воды назнача­ ются одна, две или три скоростные вертикали, местоположение которых устанавливается в результате анализа расходов воды, измеренных детальным и основным способами.

Кроме постоянных скоростных вертикалей, могут быть назна­ чены дополнительные вертикали при подъеме уровней воды, нали­ чии мертвых пространств и неустойчивом русле.

При подъеме уровней воды, если расстояние между урезом и ближайшей скоростной вертикалью больше половины расстояния между двумя соседними вертикалями, назначается дополнительная прибрежная вертикаль в следующих местах: а) при пологом бе­ реге — посредине между урезом и ближайшей постоянной верти­ калью; б) при обрывистом береге — вблизи уреза воды, но не ближе чем в 0,3 м от него.

При наличии мертвых пространств дополнительная скоростная вертикаль назначается на таком расстоянии от границы мертвого пространства, где скорость течения не менее 0,08—0,15 м/с.

При неустойчивом русле дополнительные вертикали могут наз­ начаться в местах резко выраженных повышений или понижений дна.

Все постоянные скоростные вертикали обозначаются соответст­ вующими порядковыми номерами, начиная с № 1, который при­ сваивается вертикали, ближайшей к постоянному началу. Допол­ нительным скоростным вертикалям придается номер ближайшей постоянной вертикали с указанием расстояния до нее (со знаком минус, если дополнительная вертикаль расположена ближе к по­ стоянному началу, и со знаком плюс, если дальше).

Для каждой постоянной скоростной вертикали определяется расстояние от постоянного начала, и положение ее прочно закреп­ ляется на местности.

На гидрометрических створах, оборудованных гидрометриче­ скими мостиками, скоростные вертикали закрепляются зарубками, метками на настиле моста с указанием номера вертикали и рас­ стояния от постоянного начала.

На гидрометрических створах, оборудованных тросовой пере­ правой, положение вертикалей закрепляется марками на разме­ ченном тросе, натянутом предельно туго выше рабочего (ездового) троса.

На реках шириной более 200—300 м местоположение скорост­ ных вертикалей закрепляется косыми или веерными створами (рис. 82). На схемах а и b показано закрепление скоростных вер­

тикалей с помощью веерных створов, а на схемах б и г — косыми створами. Расстановка створных вех сначала проектируется на плане участка реки. Вычисленные или снятые с плана расстояния переносятся на местность, и положение скоростных вертикалей за­ крепляется кольями. При разбивке косых створов для каждой вертикали устанавливаются два кола, а при установке веерного створа положение вертикалей закрепляется одной центральной вехой и несколькими кольями, расположенными от нее веером;

157

каждый кол соответствует определенному номеру скоростной вер­ тикали. При измерении расхода воды на кольях, соответствующих данной вертикали, укрепляются переносные вехи (только на время работы именно на этой вертикали). Лодка или понтон устанавли­ вается в точке пересечения двух створов: гидрометрического створа и косых или веерных створов. На широких реках косые и веерные створы разбиваются на обоих берегах.

Для точной установки рабочего судна на скоростной вертикали, необходимо, чтобы угол между направлениями гидрометрического створа и на любую пару вех был не менее 30°, а расстояние между створными вехами — не менее 0,05 ширины реки.

Рис. 82. Типы веерных и косых створов.

Если невозможно установить косые или веерные створы, место­ положение скоростных вертикалей определяется по засечкам тео­ долитом или кипригелем с берега, или секстантом с лодки. Уста­ новка лодки на вертикалях в этих случаях производится по зара­ нее рассчитанным углам.

Места скоростных вертикалей на пойме закрепляются столбами, закопанными на глубину не менее 1,25 м.

§ 52. Измерение расхода воды вертушкой точечным способом

При измерении расхода воды вертушкой производятся следую­ щие работы: 1) описывается состояние реки и обстановка работ; 2) измеряется уровень воды; 3) производятся промеры глубин по гидрометрическому створу; 4) обследуются береговые участки; 5) измеряются скорости течения на скоростных вертикалях; 6) оп­ ределяется продольный уклон водной поверхности.

158