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

В колокол пропущены электрический кабель и шланг для сообще­ ния приемной части уровнемера с атмосферой. Колокол крепится к бетонной плите и устанавливается на дно на такую глубину, чтобы слой воды над ним был не менее 2 м. Вода из водоема поступает в колокол через подводящую трубу с фильтром. При повышении уровня в водоеме вода будет поступать в колокол до тех пор, пока гидростатическое давление воды не уравновесится давле­ нием воздуха в колоколе. При понижении уровня в водоеме вода будет вытесняться из колокола давлением воздуха в нем до тех пор, пока гидростатическое давление воды и воздуха в колоколе не сравняется. Таким образом, давление воздуха в колоколе всегда будет равно давлению столба воды, высота которого равна рас­ стоянию от уровня воды в водоеме до уровня воды в колоколе.

Схема устройства приемной части УДВ-1 показана на рис. 13. Приемная часть уровнемера состоит из манометрической трубки, наполненной ртутью. В одно колено трубки через резино­ вый шланг поступает атмосферный воздух, и давление в нем равно атмосферному, другое колено находится в воздушном простран­ стве, где воздух сжат давлением столба воды. Таким образом, ртуть в трубочках стоит на разной высоте, зависящей от уровня воды водоема. Разность высот уровня передается металлической игле, соединенной с электрическим моторчиком. Вертикальные пе­ ремещения иглы преобразуются в электрические импульсы, по­ следние передаются по кабелю к регистратору уровня. Прибор предварительно тарируется, и по количеству импульсов определя­

ется высота уровня воды.

С е л ь с и н о в ые у с т а н о в к и . 1 В качестве дистанционных при­ боров для регистрации высоты уровня применяются сельсиновые установки, состоящие из сельсин-датчика, находящегося в месте, где наблюдается уровень воды, и сельсин-указателя, находящегося в пункте регистрации уровня. Первичным датчиком в сельсиновых установках обычно является поплавок.

Принцип действия сельсиновых установок основан на свойстве сельсиновых электрических моторов, которые включены в одну электрическую цепь. Свойство это состоит в том, что если якорь одного сельсинового мотора повернуть вокруг своей оси один или два раза, то во втором моторе якорь повернется точно такое же количество раз. Следовательно, если в сельсин-датчике иметь та­ кое же поплавочное устройство, как и в самописце уровня воды, и трос от поплавка перекинуть через шкив мотора в сельсин-датчике, то якорь этого мотора будет вращаться и соответственно будет вращаться якорь мотора сельсин-указателя, от которого переда­ ется движение к указателю шкалы уровней в определенном ма­ сштабе.

Р а д и о у р о в н е м е р « Пе ре ка т » (ГМ-64) предназначен для ежечасных измерений уровня воды и записи измеренных величин

1 Сельсины — устройства для передачи на расстояние механических пере­ мещений посредством электрического тока по проводам.

30

на бумажную перфоленту (см. § 25) с одновременной передачей по радио.

Действие прибора основано на преобразовании гидростатиче­ ского давления в угол поворота микрометрического винта с после­ дующим кодированием величины угла и передачей закодирован­ ной информации на регистрирующий перфоратор и радиопере­ датчик.

Прибор состоит из подводной и надводной установок, соединен­ ных металлической магистральной трубкой.

Подводная установка включает датчик в виде резиновой ка­ меры, воспринимающей изменение гидростатического давления. Камера помещена внутри металлического барабана, который кре­ пится на свае у дна.

Изменение гидростатического давления передается надводной установке, состоящей из измерителя уровня, регистрирующего пер­ форатора, радиопередатчика, программного часового механизма и блока энергопитания. Вся аппаратура размещена в приборном контейнере, на котором укреплена радиоантенна. Контейнер уста­ навливается на берегу или на плавучей установке (заякоренные баржа или плот) и соединен с датчиком давления трубкой длиной не более 200 м.

Измеритель уровня представляет собой ртутный манометр со следящей нуль-индикацией. Ртуть помещается в U-образной трубке, левое колено которой соединяется с ртутным резервуаром, а правое — с чашкой. Чашка жестко закреплена на гайке, пере­ мещаемой по микрометрическому винту, который вращается элект­ родвигателем. На поверхности ртути в резервуаре помещен стальной поплавок, являющийся сердечником катушки нуль-инди­ катора.

При изменении уровня воды меняется гидростатическое давле­ ние, действующее на датчик, и соответственно изменяется давле­ ние в системе датчик — магистральная трубка — измеритель уровня.

Изменение давления в резервуаре вызывает смещение ртути, а следовательно, и поплавка. Возникающий при этом в нуль-инди­ каторе ток разбаланса после усиления подается на реле, которое включает электродвигатель. Двигатель вращает микрометрический винт до тех пор, пока изменение положения чашки не вернет по­ плавок в нейтральное положение. Измеренное таким образом гид­ ростатическое давление, преобразованное в угол поворота микро­ метрического винта, фиксируется электромеханическим десятич­ ным счетчиком, кодируется цифровым кодом Морзе для передачи по радио и телетайпным кодом для записи на перфоленту.

32

ческими регистрирующими устройствами, позволяющими система­ тически накапливать результаты измерений в виде, удобном для дальнейшей обработки на электронно-вычислительных машинах

(ЭВМ).

Автоматический режимный регистрирующий гидрологический пост состоит из датчиков уровня и температуры воды, блока авто­ матики, перфоратора, блока питания и электрокабеля.

Датчиком уровня служит модернизированный вариант датчика УДВ-1М, принципиальная схема которого идентична УДВ-1.

Датчик температуры воды предназначен для регистрации тем­ пературы в диапазоне от 0 до +40° С с точностью ±0,2°. Чувстви­ тельным элементом датчика служит платиновый термометр со­ противления 500 Ом при 0°С (ПТС-500). Термометр укреплен в корпусе, в нижней части которого имеется защитный кожух с от­ верстиями, предохраняющий термометр от повреждений. Нижний конец термосопротивлеиия герметически закрыт защитным ста­ каном. Свободное пространство между стенками стакана и термо­ сопротивлением заполнено медными опилками. К верхней части корпуса герметично крепится фланец с кабелем.

Блок автоматики АРРГП обеспечивает работу поста по за­ данной программе. Он содержит программное устройство, блок кодирования и накопления информации, память информации и питающее устройство.

Регистрация информации от датчиков производится с помощью ленточного перфоратора ПЛ-20 в двоично-десятичном коде в виде отверстий на бумажной ленте. Время между циклами измерений может составлять 20 мин, 1, 2, 12 или 24 часа. Каждый цикл изме­ рений происходит следующим образом. На 5 мин включается пита­ ние датчиков. В течение этого времени с датчиков поступает ин­ формация, в пересчетных устройствах она кодируется и после этого питание выключается. Одновременно с выключением питания включается двигатель перфоратора. Примерно через 4 сек осуще­ ствляется съем информации с различных устройств АРРГП и про­ изводится регистрация ее на перфоленте. Продолжительность этого периода около 20 сек, после чего двигатель перфоратора вы­ ключается и цикл измерений заканчивается.

Питание аппаратуры АРРГП осуществляется от электросети 127 или 220 В и аккумуляторных батарей или только от аккуму­ ляторных батарей типа 5 КН — 100 М и 10 КН — 100 М.

Между датчиками и аппаратурой прокладывается линия связи длиной до 2 км, и от датчика уровня на незатопляемые отметки выводится компенсационный шланг, соединяющий датчик уровня с атмосферой.

§ 8. Автоматические отметчики предельных уровней

На простых водомерных постах наблюдения за уровнем воды производятся в определенные сроки (один или два раза в сутки). В ряде случаев, особенно на реках, характеризующихся резким

суточным колебанием уровней, а также в периоды паводков и по­ ловодий, срочными наблюдениями могут быть не освещены выс­ ший и низший (предельные) значения уровней. Знание предельных уровней необходимо для установления амплитуды колебании вод­ ности рек.

Для регистрации высшего и низшего уровней между сроками

симальная рейка на свае, но, в отличие от последней, она не при­

крепляется к какой-либо опоре, а забуривается в грунт на глу­ бину 75 см при помощи бура-змеевика (рис. 14 б).

34

§ 9. Приборы и приспособления для точного отсчета уровня воды

При волнении или бурном течении набег воды на рейку затруд­ няет точное измерение высоты уровня. В таких случаях наблюде­ ния ведутся с помощью специальных приборов и приспособлений. На реках с бурным течением постоянную рейку следует помещать

имеется отверстие для выхода воздуха при заполнении резервуара водой и слива воды после измерения уровня.

Для удобства отсчетов, особенно в темное время, внутри ре­ зервуара помещен пенопластовый поплавок 11.

Для измерения уровня воды открываются входные отверстия рейки, для чего шток 6, нажимая на втулку 8 и закрепляя ее ско­ бой 10, опускается в крайнее нижнее положение. Затем рейка

ставится на ближайшую затопленную сваю, и, после того как ко­ лебания уровня в резервуаре прекратятся, перекрываются входные отверстия путем освобождения штока от скобы. Рейка вынимается

от острия крючка до нулевого деления рейки равно 300 или 800 мм. Трубка рейки перемещается в зажимной колодке 3, которая кре­

пится над поверхностью воды к неподвижной опоре. На колодке имеется масштабная планка 4, разделенная на миллиметры, сто­ порный винт 5 для закрепления рейки в колодке и микрометрен-

36

ная гайка 6 для точного наведения острия крючка на поверх­

ность воды.

Для измерения высоты уровня освобождают стопорный винт и опускают крючок на 1—2 мм под воду; в таком положении рейка

высоту уровня воды с точностью до 0,1 мм. В отличие от крючко­ вой рейки, она имеет на конце стержня не крючок, а иглу. На длине 500 мм трубка имеет деления через 1 мм. При измерении уровня воды острие иглы с помощью микрометрического винта точно совмещается с поверхностью воды.

§ 10. Реперы водомерных постов

Для определения высотных отметок постовых устройств, нулей постоянных реек, головок свай, от которых производится отсчет уровня воды, и для последующих проверок их высотного положе­ ния на каждом водомерном посту устанавливаются два репера — основной и контрольный.

О с н о в н о й р е п е р служит для проверок высоты контрольного репера; устанавливается он в месте, гарантирующем его безопас­ ность. Для лучшей сохранности репера его следует делать потай­ ным. Если репер государственной геодезической сети находится в непосредственной близости от водомерного поста, то его можно использовать в качестве основного репера поста.

К о н т р о л ь н ы й р е п е р устанавливается в створе поста неда­ леко от постовых устройств и служит для систематических прове­ рок высоты нулей реек и головок свай.

Для того чтобы реперы были прочными, долговечными и не изменяли своего высотного положения, нужно устанавливать их

вместах, не подверженных затоплению, заболачиванию, оползням,

встороне от дорог и пашен. Основания реперов должны быть за­

ложены не менее чем на 0,5 м ниже линии промерзания грунта, а в районах вечной мерзлоты — ниже деятельного слоя.

Основной репер водомерного поста связывается нивелировкой III или IV класса двойным ходом с репером государственной опорной геодезической сети, имеющим отметку в Балтийской системе (БС). Если невозможно произвести высотную привязку репера поста к государственной сети, ему придается условная от­ метка.

На каждом репере водомерного поста должно быть написано: название учреждения, установившего репер, номер репера и год его установки.

По назначению и догловечности реперы делятся на постоянные и временные. Основной репер, как правило, должен быть постоян­ ным. Постоянные реперы могут быть стенными и грунтовыми.

37

над поверхностью земли. Репер отливается из мелкозернистого ковкого чугуна и состоит из диска диаметром 90 мм и хвоста уступчатой формы длиной 125 мм. На поверхности диска имеется прилив — полочка для установки нивелирной рейки. Стенной репер

основание которой закладывается в бетонный монолит или камен-

Рнс. 17. Типы реперов.

ную кладку. В нижней части трубы (в высверленные отверстия) укрепляются два металлических стержня длиной 0,3—0,4 м. Труба внутри заполняется песком почти на всю длину, а в верхней части на цементном растворе укрепляется головка репера. Металличе­ ская труба может быть заменена отрезком рельса, верхняя часть которого обтачивается в виде полусферы.

Постоянные реперы для лучшей их сохранности часто дела­ ются потайными. Устанавливаются потайные реперы аналогично изложенному выше, но длина трубы или рельса берется такой, чтобы верхний конец ее находился под поверхностью земли на глу­ бине 0,3 м.

38

ловки репера над поверхностью земли в метрах.

Открытый репер устраивается аналогичным образом, но длина трубы берется такой, чтобы головка репера возвышалась над по­ верхностью кургана на 0,1 м.

Временные реперы, так же как и основные, могут быть грунто­ выми и стенными.

В р е м е н н ы й г р у н т о в о й р е п е р (рис. 17 в) изготовляется

из прочных пород деревьев и представляет собой столб диаметром 0,20—-0,30 м, длиной 2,30 м. В нижнюю часть столба врубается крестовина длиной 0,70 м, а верхушка репера срезается скатом, чтобы не задерживалась дождевая вода. Несколько ниже ската часть верхушки спиливается и устраивается горизонтальная по­ лочка, в центр которой вбивается гвоздь со сферической шляпкой. Для установки репера роется котлован глубиной 1,80 м. Столб осмаливается или обжигается, устанавливается в котлован и за­ сыпается песком или щебнем с тщательной их утрамбовкой. Во­ круг репера насыпается курган и роется водоотводная канава.

В р е м е н н ы й с т е н н о й р е п е р устраивается на выступах фундаментов, мостовых опор или скал. Для установки нивелирной рейки вырубается полочка или делается насечка. Место установки отмечается масляной краской.

Временным стенным репером может служить железный штырь или костыль толщиной около 10 мм и длиной не менее 150 мм, заделанный в стену прочного здания или в скалу.

§ 11. Система отметок и отсчетов на водомерном посту

Все постовые устройства (нули реек, головки свай) нивелиро­ ванием связываются с основным репером и получают отметки в той системе высот, которая принята для этого репера.

Высоты реперов могут быть выражены в следующих системах: 1) в Балтийской системе с обозначением «БС» или «(БС)» — от­ метка репера получена от репера государственной высотной сети в первом случае нивелированием III или IV класса, а во втором случае — нивелированием недостаточной точности; 2) в системе вы­ сот с обозначением «абс» — отметка репера получена от государст­ венной высотной сети, но без пересчета в Балтийскую систему; 3) в системе условных высот «уел» — отметка репера поста не увя­ зана с отметками государственной геодезической сети.

Высота уровня воды на водомерном посту измеряется от нуле­ вого деления стационарной рейки или от головки сваи. Пло­ скость, от которой производится отсчет уровня, называется ну л е м н а б л ю д е н и й . Таким образом, на реечном посту нулем

39