Эксплуатационная гидрометрия и учет воды на гидромелиоративных системах

Учет воды на гидромелиоративных системах необходим для технически грамотной организации водопользования и водораспределения. Систематический и точный учет воды на системах – это одно из главных условий ее экономного использования. Различают два вида водоучета: технологический и коммерческий.

Технологический водоучет осуществляют в целях оперативного управления и контроля за использованием и распределением водных ресурсов между водохозяйственными системами, хозяйствами-водопользователями и бригадными участками.

Коммерческий водоучет проводят с целью определения количества воды, взятого из источника орошения и поданного потребителю в заданные сроки и заданным расходом.

Для учета воды создают сеть водомерных гидрометрических постов. На гидромелиоративных системах их размещают на источниках орошения около водозаборного сооружения; в голове магистрального канала; на крупных межхозяйственных каналах в местах вододеления; в точках выдела воды хазяйствам-водопользователям; в точках выдела воды на отделения, севооборотные и бригадные участки; на сбросных каналах; в устьях дрен и коллекторов.

Классификация водомерных постов

Посты	Место оборудования	Выполняемые функции
Опорные	На источниках орошения	Определение и учет водных ресурсов, изучение режима источника
Главные	На магистральных каналах	Учет забора воды в систему, водораспределение
Распределительные	На распределительных межхозяйственных каналах	Учет забора и распределения воды
Хозяйственные	В точках выдела воды хозяйствам	Нормирование и контроль водоподачи в хозяйства, учет воды
Внутрихозяйственные	На распределительной и поливной сети	Водораспределение
Контрольные	На магистральных и распределительных каналах	Наблюдение и контроль за уровнями воды, градуировка измерительных устройств, определение КПД
Сбросные	На сбросных каналах	Учет неиспользованной воды
Дренажные	На коллекторно-дренажной сети	Учет дренажного стока воды
Специальные	На различных каналах	Исследовательские, изыскательские и др работы

Водомерные посты объединяют в две большие группы: балансовые и оперативного учета воды. Функции балансовых постов выполняют главные головные, распределительные головные, хозяйственные и сбросные посты. Эти же функции выполняют главные транзитные и распределительные транзитные посты в том случае, если их располагают на границах районов или областей. Остальные водомерные посты – посты оперативного учета воды.

Для нормального водоучета на межхозяйственной оросительной сети нужно иметь 6…9 постов в расчете на 1000 га, а на внутрихозяйственной оросительной сети – 10…15 постов. Водомерные посты оборудуют техническими средствами водоучета водомерными устройствами.

Измерения расходов воды на гидромелиоративных системах основаны на принципе косвенных измерений. Непосредственно измеряют обычно не расход, а скорость движения воды и площадь поперечного сечения канала или трубопровода, а также напор или потери напора.

Водомерные устройства обычно состоят из потокоформирующей и информационной частей (оборудования и приборов для измерения уровня воды, перепада уровней или напора в измерительных сечениях потокоформирующей части), вспомогательных устройств (успокоительных колодцев, шкафов для размещения измерительного оборудования.

Водомерные устройства делят на четыре типа: водомерные устройства со специальными потокоформирующими частями (водосливы, пороги, лотки, насадки); электромагнитные и акустические водомерные устройства (индукционные, ультразвуковые расходомеры); скоростные водомерные устройства (участок водовода с гидродинамическими трубками); гидравлические водомерные устройства (гидравлические стабилизаторы расхода);

Тип водомерного устройства или потокоформирующей части выбирают в зависимости от измеряемого расхода воды и места его измерения.

В информационной части водомерных устройств используют серийно выпускаемые комплектующие приборы и измерительное оборудование. На гидромелиоративных системах для измерения гидравлических параметров применяют следующие типы приборов и оборудования: уровней воды на открытых водоводах – уровнемеры и уровнемерные рейки; локальной скорости потока воды – гидрометрические вертушки, гидродинамические трубки, индукционные и ультразвуковые скоростемеры; перепада давления на напорных водоводах – дифманометры и пьезометрические трубки; стока воды – стокомеры; величины открытия затворов на гидротехнических сооружениях – датчики положения затворов, штриховые меры длины.

Типы и конструкции водомерных устройств выбирают в зависимости от условий их применимости, типа водовода, размеров и формы поперечного сечения водовода, расхода и скорости воды, наличия в воде наносов и плавающего мусора.

Открытые каналы и сооружения с расходом воды более 10 м³/с применяют в основном два типа потокоформирующих устройств – градуированные каналы и градуированные гидротехнические сооружения. Градуированный канал представляет собой прямолинейный облицованный бетоном, плитами и другим материалом участок канала с гидрометрическим мостиком или другим средством переправы и уровнемером для определения глубины воды в канале.

В качестве градуированных гидротехнических сооружений используют нерегулирующие и регулирующие гидротехнические сооружения, в том числе стабилизаторы и автоматические регуляторы расхода воды, которые отвечают условиям водомерности.

Основные достоинства градуированных участков каналов и сооружений: отсутствие дополнительных гидравлических сопротивлений в потоке, недостатки: большая трудоемкость работ по их градуировке и поверке, невысокая точность измерений в условиях подпорно-переменного режима движения воды и недостаточная оперативность учета воды.

Общая формула расхода, м³/с, воды, пропускаемого сооружением при несвободном истечении: _____

Q = µω √2g∆h

µ - коэффициент расхода;

ω – площадь отверстия сооружения, через которое протекает поток, м²

g – ускорение свободного падения, м/с²

∆h – действующий напор, м

Значения ω и ∆h определяют непосредственными измерениями. Для тарировки сооружения в верхнем и нижнем бьефах устанавливают рейки. В отводящем канале оборудуют гидрометрический створ для нахождения расходов воды при разных напорах.

На градуированных участках каналов и трубчатых регулирующих сооружениях можно использовать ультразвуковые расходомеры. Принцип действия их основан на изменении скорости распространения ультразвукового сигнала в движущейся среде.

Для наблюдения за изменением уровня воды в открытых каналах применяют уровнемеры. Наиболее распространенный из них – рейка водомерная РГ-01. по шкале рейки наблюдают за изменением уровня воды.

Открытые каналы и сооружения с расходом воды 1…10 м³/с применяют в основном типы потокоформирующих устройств: гидрометрические пороги, гидрометрические лотки, насадки и приставки.

Гидрометрические пороги представляют собой водомерные перегораживающие сооружения со стандартным профилем продольного сечения водосливного гребня – трапецеидальным, прямоугольным или треугольным. Для измерений уровня воды применяют уровнемеры, устанавливаемые в успокоительном колодце.

Общая формула расхода воды, м³/с, для гидрометрических порогов:

_

Q = mb √2g h^3/2

m – коэффициент расхода;

b – средняя ширина потока на пороге, м;

h – геометрический напор над порогом, м

Гидрометрические лотки представляют собой водомерные гидротехнические сооружения с боковым сжатием потока. Состоят из горловины, приемного и отводящего раструбов и оборудуются уровнемером, устанавливаемым в успокоительном колодце.

Насадки и приставки представляют собой водомерные перегораживающие сооружения с отверстием специальной формы, работающие в затопленном режиме истечения.

Каналы и сооружения с расходами воды до 1 м³/с применяют водосливы с тонкой стенкой, гидрометрические пороги и лотки, насадки и приставки, градуированные каналы и сооружения.

Водосливы с тонкой стенкой представляют собой перегораживающие подпорные стенки с вырезанной в них острой водосливной кромкой стандартной формы – треугольной, трапецеидальной, прямоугольной.

Трапецеидальные водосливы с углом наклона боковых граней 14 и 45º (водосливы Чиполетти и Иванова) применяют на каналах трапецеидальной формы с расходами воды соответственно до 0,25 и 1 м³/с, прямоугольные – на каналах и сооружениях прямоугольной формы с расходами воды до 1 м³/с, треугольные – на небольших каналах внутриходяйственной сети и дренах с расходом воды до 0,1 м³/с.

Для проведения измерений водослив оборудуют уровнемером, расположенным в успокоительном колодце.

Расход воды, м³/с, через трапецеидальный водослив Чиполетти при свободном истечении:

Q = 1,86 b h^3/2

b – ширина водослива, м;

h – напор над гребнем водослива, м

водосливы Иванова рекомендуют применять при затопленном истечении через водослив. В этом случае в расчетах необходимо учитывать подтопление. Треугольные водосливы имеют углы выреза 90 и 45º. В этом случае расход воды, м³/с, через треугольный водослив:

Q = 1,4 h^5/2

Трубопроводы диаметром более 1000 мм. На них устанавливают расходомер ультразвуковой многоканальный РУМ-1, позволяющий автоматизировать регулирование подачи воды и телеизмерение расхода.

Трубопроводы диаметром 400…1000 мм применяют в основном ультразвуковые одноканальные расходомеры УЗР-В, электромагнитный расходомер местной скорости ЭРИС, расходомеры с сужающими устройствами.

Ультразвуковые расходомеры УЗР-В устанавливают на трубопроводах диаметром 400…1000 мм. Расходомер измеряют разность частот следования импульсов ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Он состоит из двух пьезоэлектрических датчиков, монтируемых на трубопроводе; электронного блока с индикатором расхода и счетчиком, устанавливаемым в помещении, кабеля для подключения датчиков к электронному блоку.

Электромагнитные расходомеры, принцип их действия в том, что в электропроводной жидкости, расход которой должен быть измерен с помощью электромагнита, создается магнитное поле. При протекании жидкость пересекает силовые линии поля и в ней, как в движущемся проводнике, возникает электродвижущая сила, пропорциональная расходу жидкости. Индуктируемая электродвижущая сила снимается электродами и по сигнальным проводам передается в электронный блок. Расходомер ЭРИС измеряет скорость в точке поперечного сечения трубопровода.

Расходомеры с сужающими устройствами устанавливают на трубопроводах диаметром 100…1500 мм. Они состоят из сужающегося устройства, монтируемого на трубопроводе; дифманометра-расходомера, преобразующего перепад давления в унифицированный сигнал; соединительных линий, передающих перепад давления от датчика к дифманометру расходомеру; вторичного прибора, воспринимающего унифицированный сигнал и вырабатывающего сигнал измерительной информации в доступной форме.

Трубопроводы диаметром менее 400 мм, устанавливают электромагнитный расходомер ИР-61, ультразвуковой расходомер УЗОР, тахометрические расходомеры, а также расходомеры с сужающими устройствами.

К тахометрическим расходомерам относятся ВД-180, СВ-1, СТВ-100, СТВ-150. принцип действия счетчика основан на преобразовании гидравлической энергии потока жидкости в механическую энергию на валу крыльчатки.

Организацией и проведение учета воды на гидромелиоративных системах занимается гидрометрическая служба, которая состоит из гидрометристов, наблюдателей гидрометрических постов, регулировщиков сооружений и техников по ремонту водомерных устройств.

Лекция №3