4 Измерение скорости течения гидрометрическими вертушками и вычисление расхода воды

Гидрометрическая вертушка- прибор для измерения скоростей течения в отдельных точках воды.

При измерении скоростей в точке необходимо выполнение следующих правил:

- Общее число приемов должно быть четным;

- Продолжительность измерения не менее 100 секунд;

- Разница между продолжительностью обеих половин наблюдений не должна превышать 5 секунд;

При больших скоростях течения продолжительность наблюдений должна быть не менее 500 оборотов вертушки. При детальном способе измерения средней скорости на вертикали число точек измерения и их положения на вертикалях зависит от глубины вертикали.

Кроме детального существуют основной и сокращенный способы измерения расхода по скоростям.

Измерение скорости в точках можно производить в двух различных формах регистрации показаний вертушки:

- Фиксируется время поступления отдельных сигналов, что позволяет проследить характер пульсации скорости в точке (применяется при многоточечном способе измерения расхода воды);

- Записывается общее время и общее число сигналов(используется при измерении основным и сокращенным способами).

В первом случае после установки вертушки на требуемую глубину пропускают два-три сигнала и по следующему включают секундомер. При редких сигналах записывается время поступления каждого сигнала, а при частых сигналах- через один, два и более сигналов. Число сигналов за прием определяется следующим образом: по концу очередного сигнала включают секундомер и считают количество сигналов, поступивших в течение 15 секунд. Это количество сигналов и составляет один прием.

Во втором случае, установив вертушку на требуемую глубину, пропускают один-два сигнала (они называются нулевыми), включают секундомер и начинают счет сигналов. ,Если в течение 60 секунд поступают два или более сигналов, то по следующему сигналу (первому, поступившему по истечении 60 секунд) секундомер останавливается и измерение прекращается.

Расход вычисляют аналитическим или графическим способами.

При аналитическом способе расход воды как результат косвенных измерений получается по данным обработанных измеренных значений элементов.

Расход вычисляется как сумма частичных (элементарных) расходов.

= *∆

где ∆ - площадь сечения между двумя соседними вертикалями.

- средняя скорость в этой площадке, вычисляемая как средняя арифметическая между средними скоростями на вертикалях или для крайних площадок.

Вычисление расхода воды графическим способом заключается в выполнении следующих операций:

- Строится профиль водного сечения по глубинам, приведенным к расчетному уровню расхода;

- Вычерчиваются эпюры распределения скоростей течения по вертикалям (годографы) в масштабе глубины, принятого для профиля водного сечения;

- Для каждой вертикали определяется средняя скорость течения графическим способом посредством планиметрирования ее площади, численно равной элементарному расходу . Средняя скорость по вертикале глубиной выражается формулой

V= /

- Cтроится эпюра распределения средних скоростей по ширине реки. Для этого на профиле по вертикальным линиям , обозначающем скоростные вертикали , вверх от уровня воды откладываются значения средних скоростей, и через полученные точки проводится плавная линия. С полученной эпюры снимаются значения средних скоростей для каждой промерной вертикали;

- Для всех промерных вертикалей вычисляются элементарные расходы воды q путем умножения средней скорости на рабочую глубину вертикали ;

- По вычисленным значениям элементарных расходов строится эпюра их распределения над поперечным профилем русла;

- Производится планиметрирование площади , ограниченной линией уровня воды и эпюрой распределения элементарных расходов. Значение этой площади числено равно расходу воды.

Гидрометрическая вертушка - наиболее точный прибор для измерения скоростей течения в отдельных точках потока воды. Вертушка № 1726. В зависимости от глубины измерение проводилось по 5,3,2 или 1 точкам. Глубина погружения вертушки определялась с помощью лотлиня. Контакты замыкались через каждые 20 оборотов лопастей, которые вращаются пропорционально скорости течения.

Таблица 5 –Промер скоростей вертушками

№	Расст. от постояного начала	Глубина опускания вертушки		Глубина h, м	Скорость в точках, м/с w	Средняя скорость на вертикали, м/с
		Доли,м	м
бакен	60	1,0	4,20	4,20	0,0009	0,320
		0,8	3,00		1,547
		0,6	2,52		0,051
		0,2	0,84		0,0008
		0	0		0,0001
10	55	1,0	4,00	4,00	0,115	0,118
		0,8	3,20		0,066
		0,6	2,40		0,244
		0,2	0,80		0,108
		0	0		0,056
9	50	1,0	3,74	3,74	0,038	0,112
		0,8	3,00		0,338
		0,6	2,25		0,013
		0,2	0,75		0,019
		0	0		0,151
8	45	1,0	3,10	3,10	0,031	0,140
		0,8	2,50		0,354
		0,6	1,86		0,220
		0,2	0,62		0,023
		0	0		0,070
7	40	1,0	2,45	2,45	0,030	0,187
		0,8	1,90		0,054
		0,6	1,50		0,334
		0,2	0,50		0,504
		0	0		0,014
6	35	1,0	1,45	1,45	0,145	0,154
		0,8	1,20		0,056
		0,6	0,90		0,004
		0,2	0,30		0,501
		0	0		0,065
5	30	0,8	0,96	1,20	0,001	0,003
		0,6	0,72		0,009
		0,2	0,25		0
4	25	0,6	0,50	0,60	0	0
		0,2	0,12		0

Рисунок 4 - Эпюра распределения продолжительности хода поплавка по ширине условного русла.

Рисунок 5 - Гидрографы скоростей.

Таблица 7 - Сравнение глубин по лотлиню и по эхолоту

Расстояние от постоянного начала, м	Глубина по лотлиню, м		Глубина по лотлиню с учетом срезки, м		Глубина по эхолоту, м	Глубина по эхолоту с учетом срезки, м
0	0		0		0	0
10	0,25		0,22		0,20	0,17
15	0,30		0,27		0,40	0,37
20	0,40		0,37		0,70	0,67
25	0,60		0,57		0,90	0,87
30	1,20		1,17		1,30	1,27
35	1,45		1,42		1,50	1,47
40	2,45		2,42		2,70	2,67
45	3,10		3,07		3,30	3,27
50	3,74		3,71		3,70	3,67
55	4,00		3,97		4,00	3,97
60		4,20	4,17	4,20		4,17

Вывод: величины, полученные с помощью эхолота, отличаются от полученных с помощью лотлиня в среднем на 11см (0,11м) . Причиной несовпадения результатов является смещение створа и небольшое отклонение лотлиня от вертикали из-за течения.

Рисунок 6 - Карта изобат.

Заключение

В ходе учебной гидрометрической практики мы ознакомились с организацией и с производством основных гидрометрических работ, с методами и приборами для проведения исследований, а также с методом камеральной обработки полевых материалов и составлением отчетов.

В ходе проведения измерений скорости течения реки Волги, мы столкнулись с таким погодным явлением как сильный порывистый ветер, который приводил к сильному волнообразованию, мешающим проведению измерений скорости течения. Это создало временные трудности.

Остальные измерения были проведены успешно.