ж. я
/ / '
^
—
to I, —- ,,(
,
мм;;;',;»»/;);;,;;;;;//»»;;;;;/;;;;;'
77777777777777777777777777^7^777777777.
'Я/
у//;
Рис. 72. Схемы закрепления скоростных вертикалей на гидростворе:
а — косыми створами; б — веерными створами
расход не более 7ю полного расхода реки. Кроме того, их обязательно размещают на стрежне (т. е. в месте наибольшей глубины) и на резких переломах поперечного профиля русла. Исходя из этих соображений, количество вертикалей должно примерно составлять: по ширине реки меньше 500 м — 10 — 15, больше 500 м — 15—20. При специальных изысканиях количество вертикалей может быть уменьшено в зависимости от изученности исследуемого участка и поставленных задач.
Место положения каждой вертикали на гидростворе определяется расстоянием ее от постоянного начала. От него и нумеруют вертикали. На местности плановое положение намеченных скоростных вертикалей определяют различными способами в зависимости от ширины реки. При ширине реки до 200 м координаты вертикалей определяют по размеченному и перетянутому по гидроствору тросу. При ширине реки более 200 м — с помощью угломерных инструментов. При периодических измерениях расходов на берегах устраивают косые или веерные створы (рис. 72).
§ 57. Определение расхода воды с помощью вертушки
Как отмечалось, в результате действия сил трения скорости течения воды в открытых потоках различны по вертикали и по ширине реки и обычно увеличиваются от дна к свободной поверхности воды и от берегов к середине. Поэтому для учета и получения характеристики скоростей их измеряют на каждой вертикали в нескольких точках, количество которых зависит от глубины русла и быстроты изменения уровня.
При измерении скорости течения вертушками применяют следующие основные способы: многоточечный, основной и ускоренный.
Многоточечный (детальный) способ предусматривает наибольшее число скоростных вертикалей с изменением ско
рости в пяти точках иа каждой вертикали. Он дает наиболее точное представление о расходе. Скорости на вертикали при открытом русле измеряют в следующих точках: у свободной поверхности, на расстояниях от свободной поверхности, равных 0,2ft, 0,6ft, 0,8/г, и у дна (ft — глубина вертикали). Пятиточечный способ применяют" на глубинах более 1,5 м. На вертикалях с глубинами от 1,5 до 0,75 м наблюдения ведут только в двух точках (0,2h и 0,8/i), а менее 0,75 м — в одной точке (0,6/i). При ледяном покрове или при наличии водной растительности к пяти вышеуказанным точкам добавляют шестую — на расстоянии 0,4ft. При глубинах от 1,5 до 1 м измерение скоростей выполняют в трех точках (0,15 ft, 0,50 ft и 0,85 ft).
В точках «поверхность» и «дно» ось вертушки следует устанавливать на расстоянии 0,15 м от поверхности воды и дна.
При работе с троса ось вертушки от дна может располагаться на большем расстоянии в зависимости от способа крепления и массы груза.
Основной способ требует меньшего числа скоростных вертикалей (ноне менее 10) с измерением скорости при открытом русле и при ледяном покрове (0,2ft и 0,8ft). При глубинах менее 0,75 м измерение производят в одной точке (на расстоянии 0,6ft или 0,5ft). Минимальная глубина при одноточечных измерениях составляет 0,3 м. Оптимальное число вертикалей устанавливают в результате анализа, путем поочередного измерения десяти расходов детальным способом. Критерием применимости основного способа является условие, чтобы среднеквадратичное отклонение расходов воды от измеренных детальным способом было бы не более 3%.
Ускоренный способ применяют при необходимости провести измерения как можно быстрее — при резких изменениях уровня (более 10 см/ч) и интенсивной деформации русла. В этих условиях ускорение процесса измерения приводит к значительному повышению точности определения расхода. Сущность ускоренного способа заключается в том, что время выдержки вертушки в каждой точке измерения сокращается до 30 с при числе скоростных вертикалей не менее пяти. При малых скоростях течения, когда сигналы поступают реже 30 с, измерения заканчивают после поступления двух сигналов. Этот способ применяют как при детальном, так и при основном способах измерения.
Кроме указанных способов, в отдельных случаях применяют и другие способы измерения скоростей течения — сокращенный и интеграционный.
Сокращенный способ предусматривает определение расхода воды с измерением скоростей, при открытом русле, в двух точках (0,2 ft и 0,8 ft) или же в одной точке (0,6 ft). При ледоста-' ве скорости измеряются в двух-трех точках. Этот способ применяют в исключительных случаях, когда происходят быстрые колебания стока и требуются частые измерения расходов.
Интеграционный способ дает возможность определения расхода воды путем получения осредненных значений скоростей течения как по вертикали, так и по всему живому сечению потока. Наибольшее распространение получил способ интеграции скорости по вертикали. Точность этого способа соизмерима с точностью детального способа, но затраты рабочего времени значительно меньше. Он применяется при глубинах потока более 1 м и скоростях течения 0,2 м/с. Число скоростных вертикалей при этом назначается не менее десяти—двенадцати. При измерении на вертикали вертушку равномерно с небольшой скоростью (3—5 см/с) опускают от поверхности до дна потока и с той же скоростью поднимают обратно. Разделив зарегистрированное полное число оборотов на время всей операции, получают среднюю частоту вращения и по тарировочной таблице находят среднюю скорость на вертикали.
Этот способ получает в последнее время все большее распространение в связи с применением специальной интеграционной установки ГР-101, позволяющей обеспечить постоянную скорость вертикального движения вертушки.
Перед проведением измерений расхода воды с помощью вертушки проверяют состояние всего оборудования гидрометрического створа, исправность вертушки, принадлежностей к ней, а также состояние плавучих средств и вспомогательного оборудования. Особое внимание уделяют наличию спасательных средств для безопасного ведения работ.
При измерении расходов воды с помощью вертушки производят следующие работы: описание состояния реки и обстановки работы; наблюдение за уровнем воды; промеры глубины; измерение скорости течения на вертикалях; определение продольного уклона водной поверхности.
Измерение высоты уровня воды ведут по уровенному посту, расположенному в гидростворе. При значительном колебании уровня его высоту определяют в начале и в конце работ. Если колебания уровня значительные, отсчеты уровня на посту берут одновременно с измерением скорости течения на каждой вертикали.
Промеры глубин по створу обычно производят при каждом измерении расхода. На реках с устойчивым руслом промеры глубин допускается производить не при каждом расходе, а через три—пять измерений. При неустойчивом русле, которое может измениться за время измерения расхода, промеры выполняют дважды — до и после измерения.
Измеряют скорости течения обычно с лодки одной вертушкой, последовательно перемещаясь с вертикали на вертикаль. Наблюдения за уклоном производят или путем нивелирования водной поверхности на участке работ, или посредством измерения уровней на уклонных постах.
Стоянка судна (лодки) на вертикали должна быть надежной. Для этого судно лучше устанавливать на два якоря — носовой и кормовой.
Измерять расход воды начинают с прибрежной скоростной вертикали. При обрывистом береге, у набережных с вертикальной стенкой место положения береговой вертикали назначают вблизи уреза, но не ближе 0,3 м от него. В случае отсутствия на этой вертикали течения обследуют береговые участки при помощи глубинных поплавков с целью определения границ мертвого пространства (зоны отсутствия течения).
Перед измерением скорости течения на заданной вертикали определяют рабочую глубину. По ней производят расчет глубин точек измерений. Есть два метода измерения скорости течения вертушкой в точках: с записью времени поступления отдельных сигналов и с записью только общего числа сигналов.
Первый метод применяют только при детальном способе и научно-методических исследованиях, когда необходимо проследить характер пульсации в точках живого сечения. Он заключается в записи по секундомеру времени поступления отдельных сигналов не менее чем за 100 с. При редких сигналах производится отсчет времени поступления каждого сигнала, при частых сигналах — через один или несколько сигналов.
Второй метод состоит в подсчете числа сигналов и общей продолжительности измерения скорости в точке. Пропустив один сигнал, включают в конце второго сигнала секундомер и ведут отсчет сигналов. При поступлении двух и более сигналов в течение 60 с измерения заканчивают на первом сигнале, поступившем после истечения 60 с. Если промежуток времени между сигналами превышает 60 с, то производить измерение вертушкой не рекомендуется, так как скорость течения в этом случае будет близка к начальной скорости вертушки (около 0,08 м/с). При очень неравномерном поступлении сигналов вертушку следует вынуть из воды и проверить вращение лопастного винта, контакт вертушки, сигнальное устройство и электрические провода. После проверки и исправления наблюдения в точке повторяют. Все измерения записывают в специальную книжку по измерению расходов стандартного образца (КГ-4).