скорость площадь расход воды

Видео:Работа 9. Определение скорости и расхода воды при истеченииСкачать

Скоростного вектора на нормаль номера скоростных вертикалей

к площадке

1. Вычисление расхода воды аналитическим способом. (метод “скорость-площадь).В гидрометрии наиболее распространен способ определения расходов воды, основанный на измерении местных скоростей течения гидрометрической вертушкой и площади живого сечения потока, сокращенно называемый способом «скорость-площадь» или «аналитическим способом».

Аналитический способ основан на рассечении модели расхода вертикальными плоскостями, перпендикулярными живому сечению, и определении расхода воды Q как суммы частных расходов между соседними плоскостями, проходящими через скоростные вертикали (см.рис. 2).

Расход воды вычисляется по приближенной формуле, имеющий вид

Q=KV1w0+ w1+. + wn1+ K Vn wn

(4)

где V₁, V₂ . V_n—средние скорости на вертикалях; w₀— площадь живого сечения между берегом и первой скоростной вертикалью; w₁, w₂, . w_n-1— площади живых сечений между скоростными вертикалями;w_n — площадь живого сечения между последней скоростной вертикалью и берегом; К — эмпирический коэффициент, величина которого для различных случаев принимается следующей:

В формуле (4) каждое слагаемое представляет собой частичный расход воды: первое слагаемое — частичный расход между берегом и первой скоростной вертикалью, второе слагаемое — частичный расход между первой и второй вертикалями и т.д. Величина каждого частичного расхода вычисляется путем умножения средней скорости на вертикали на соответствующий участок площади живого сечения

Скорость течения измеряют на скоростных вертикалях. Число скоростных вертикалей и точек измерения скорости зависит от состояния водотока, глубины потока и требуемой точности вычисления расхода.

Скорости в отдельных точках живого сечения измеряются одной гидрометрической вертушкой, последовательно перемещаемой от вертикали к вертикали (рис. 3). Средняя скорость на вертикали в зависимости от количества точек измерения находят по формулам:

Рис. 3. расположение- вертушки на вертикали при детальном способе измерения.

а — в свободном руслеб – в ледяном покрове.

а) при определении расхода в открытом, незаросшем водной растительностью русле:

при измерении скорости в пяти точках:

а при монотонном убывании скорости от поверхности ко дну

при измерении скорости в трех точках

при измерении скорости в двух точках

при измерении скорости в одной точке

б) При наличии ледяного покрова и растительности:

При измерении скорости в шести точках:

при измерении скорости в трех точках:

при измерении в одной точке:

Другой важной характеристикой для вычисления расхода является площадь живого сечения. Площадь живого сечения определяется в результате промеров глубин русла реки по поперечному сечению (Рис. 4). На рис 4 приведены схемы к вычислению площади живого сечения. Данные промеров глубин используются также для вычисления и других морфометрических характеристик (ширина, глубина, гидравлический радиус и др.) русла реки.

Рис. 4. Схема к вычислению площади живого сечения.

В соответствии с рис. 4, частичные площади живого сечения определяются с учетом глубин на скоростных и промерных вертикалях. Например, частичная площадь живого сечения между берегом и первой скоростной вертикалью

w0 = + b1

(12)

частичная площадь живого сечения между первой и второй скоростными вертикалями

Видео:Расход воды в рекеСкачать

Метод «скорость-площадь»

Метод «скорость-площадь» во всех его разновидностях составляет метрологическую базу современной речной гидрометрии. Из-за изменчивости гидравлических элементов во времени и пространстве расход воды не поддается прямым измерениям. Значения расхода получают в результате косвенных измерений элементов: расстояний, глубин и скоростей потока. На их основе расходы воды могут быть вычислены различным образом. В связи с этим вводится понятие о математической модели расхода воды как форме аналитического представления совокупности его элементов.

Одна из наиболее распространенных математических моделей расхода воды сводится к его расчленению на частичные расходы q_s, проходящие в отсеках живого сечения между скоростными вертикалями, т. е. вертикалями, на которых тем или иным способом измеряются средние по глубине скорости потока (на рис. 3.11, а вертикали обозначены флажками). Модель, построенная на вертикальном расчленении ее секундного объема, служит для вычисления расхода воды по данным точечных измерений скоростей или их интеграции по вертикали. В том и другом случае расходы воды выражаются суммой:

Основные операции, выполняемые при точечных измерениях расхода воды это промеры глубин в створе, назначение скоростных вертикалей, измерение скоростей течения, измерение уровней воды и уклонов водной поверхности, вычисление расходов воды аналитическим способом [28, 41, 44, 48, 68]. Расход воды как результат косвенных измерений получается по данным обработанных измеренных значений элементов. Прежде всего, определяется площадь отсеков между скоростными вертикалями. Средняя скорость на вертикалях и; вычисляется по данным измерений скоростей течения в точках (в зависимости от числа точек и методики наблюдений расчет ведется по разным формулам [28, 44]).

Расчетная формула для расхода через все сечение имеет вид:

где Q — полный расход воды в м 3 /с, v_b v₂ . v_n — средние скорости на скоростных вертикалях; f₀,fi . f_n — площади водного сечения, соответственно, между берегом и первой скоростной вертикалью, между первой и второй вертикалью и т. д.

Точечные способы измерения расходов воды выполняются гидрометрическими вертушками и широко применяются на реках и каналах. В зависимости от числа скоростных вертикалей и количества точек измерения скоростей течения различают следующие варианты способа:

• • многоточечный (детальный), при котором в гидростворе назначается 10-15 скоростных вертикалей, а скорости течения измеряются на каждой вертикали в пяти и более точках;
• • основной, когда число скоростных вертикалей уменьшается в 1,5-2 раза по сравнению с детальным, а скорости потока измеряются в двух или трех точках каждой вертикали;
• • сокращенный, при сокращенных измерениях уменьшается количество скоростных вертикалей до одной — трех при условии, что среднее квадратическое отклонение получаемых при этом расходов от результатов измерения основным способом не превышает 5 % [28,41, 44, 48, 68].

Назначение числа и положения скоростных вертикалей зависит от способов измерения расхода воды. Число скоростных вертикалей в створе N_u должно составлять от 8 до 15, в зависимости от особенностей скоростного поля потока. При одномодальной плановой эпюре поверхностных скоростей N_v = 8-10; при многомодальной форме эпюры скоростей N_v = 12-15. Для особо точных измерений при установившемся режиме число скоростных вертикалей может быть увеличено. Минимально допускаемое число скоростных вертикалей для малых рек и каналов зависит от ширины потока (В) и составляет: 5 вертикалей при Зм h>l,5D

• 1
• 0,6

• 1
• 0,5

• 2
• 0,2; 0,8

• 3
• 0,15; 0,50; 0,85

пов.; 0,2; 0,6; 0,8; дно

пов.; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; дно

Количество точек измерения и их относительное заглубление под поверхность воды (льда) назначается в зависимости от способа измерения расхода воды, способа крепления гидрометрической вертушки в потоке, состояния русла и соотношения глубины на скоростной вертикали h и диаметра лопастного винта D в соответствии с табл. 3.1.

Видео:Что такое расход жидкости, способы измерения объемного и массового расходаСкачать

1. ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ МЕТОДОМ «СКОРОСТЬ — ПЛОЩАДЬ» И КЛАССИФИКАЦИЯ ЕГО ВАРИАНТОВ

1.1. Сущность метода и принципы измерения

1.1.1. Метод «скорость — площадь» является разновидностью косвенных измерений расхода воды. При этом в результате наблюдений в фиксированном гидрометрическом створе определяются следующие элементы расхода:

глубины на промерных вертикалях и их удаление от постоянного начала по линии гидрометрического створа, для определения площади водного сечения (с точностью до трех значащих цифр, но не точнее 1 см);

продольные (нормальные к гидрометрическому створу) составляющие средних скоростей течения на вертикалях, на основе которых рассчитываются средние скорости в отсеках между ними (с точностью до трех значащих цифр, но не точнее 1 см/с).

1.1.2. Расход воды вычисляют по его элементам одним из следующих способов (с точностью до трех значащих цифр):

аналитическим, как сумму частных расходов воды, проходящих через отсеки водного сечения потока, ограниченные скоростными вертикалями;

графическим, как площадь эпюры распределения элементарных расходов воды по ширине потока.

1.1.3. При вычислении расхода воды должны определяться также основные гидравлические характеристики потока, используемые при оценке точности измерений и учете речного стока:

уровень воды над нулем поста Н;

площадь водного сечения F ;

средняя и наибольшая скорости течения: v и v _н (v = Q / F ); v _н является наибольшей из скоростей, измеренных вертушкой;

ширина водного сечения В;

глубины потока: средняя h _ср и наибольшая h _н ( h _ср = F / B ); h _н является наибольшей из измеренных на промерных вертикалях.

1.2. Классификация способов измерения

1.2.1. В зависимости от методики определения средних скоростей на вертикали различают интеграционный и точечные способы.

1.2.2. Интеграционный способ основан на измерении средней скорости течения на вертикали вертушкой, равномерно перемещаемой по глубине.

1.2.3. Точечные способы, основанные на определении средней скорости течения на вертикали по результатам измерений в точках, подразделяются на:

основной способ — при измерении скорости течения на вертикали в двух (свободное русло) или трех точках (наличие водной растительности, ледостав);

детальный способ — при измерении скорости течения на вертикали в пяти (свободное) или шести точках (ледостав, водная растительность).

При малых глубинах (см. табл. 5) допускается применение одноточечного способа.

1.2.4. Для основного способа измерений расхода воды в однорукавном русле назначается 8 — 10 скоростных вертикалей.

В случае применения детального способа количество скоростных вертикалей увеличивается в 1,5 — 2 раза. Детальный способ применяется при научно-методических работах по оценке точности и оптимизации процессов измерения расхода воды — для уточнения числа промерных и скоростных вертикалей, а также обоснования возможности перехода к основному способу в данном гидростворе.

Сокращенный способ измерений расхода допускает использование менее восьми скоростных вертикалей при двух-, трехточечном измерении скоростей на вертикалях (аналогично основному способу).

Видео:Измерение скорости потока рекиСкачать

2. УЧАСТОК ГИДРОМЕТРИЧЕСКОГО СТВОРА

2.1. Гидрометрический створ (в дальнейшем — гидроствор) входит в состав гидрологического поста наряду с его устройствами для измерения уровней, температуры воды и других элементов водного режима реки (канала). К участку гидроствора относится часть реки, непосредственно примыкающая к гидроствору на удалении двух — трех ширин русла сверху и снизу по течению.

2.2. Условия измерений расхода воды считаются нормальными, если на участке гидроствора соблюдается прямолинейность русла:

отсутствуют резкие переломы, профиль водного сечения и эпюры распределения скоростей по ширине потока устойчивый;

обеспечен правильный одномодальный, выпуклый профиль распределения скоростей течения по глубине потока;

отсутствует выраженная пульсация скорости течения по значению и направлению, а также значительная систематическая косоструйность потока;

отсутствуют помехи при измерении скоростей течения, глубин, уровня воды и координирования скоростных и промерных вертикалей.

расположение гидроствора на плесовых участках реки;

отсутствие поймы с протоками и рукавами;

отсутствие естественных или искусственных преград;

отсутствие водной растительности в самом гидростворе, а также выше и ниже его на расстоянии до 30 м;

коэффициент вариации скорости (число Кармана Ka ) в среднем по сечению должен быть не более 15 %;

косоструйность течения на гидростворе (отклонение в плане направлений течения в отдельных точках от его среднего значения для сечения в целом) должно быть не более 20°;

мертвые пространства должны иметь четкие границы и составлять не более 10 % от площади водного сечения;

при ледоставе должен отсутствовать многоярусный ледяной покров и незамерзающие полыньи;

зашугованность русла не должна превышать 25 % площади водного сечения;

средняя скорость течения в живом сечении должна быть не менее 0,08 и не более 5 м/с;

при измерении расхода воды вблизи моста участок гидроствора должен быть расположен выше, но в случаях частых скоплений льда и заломов леса — ниже моста (на удалении не менее 3 — 5 ширин русла в обоих случаях).

2.4. Во всех случаях, где это возможно, для приведения участка в соответствие с требованиями п. 2.3 должны производиться работы по упорядочению и канализованию русла.

2.5. Гидроствор должен быть расположен на однорукавном участке реки. При необходимости допускается назначать гидроствор» на участке разветвления русла на рукава и протоки.

Видео:Ультразвуковое измерение расхода.Скачать

3. ГИДРОСТВОРЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ

3.1. Местоположение и направление гидроствора

Это требование считается удовлетворительно выполненным при соблюдении следующих условий:

для беспойменных участков рек — среднее значение отклонения направления течения от нормали к гидроствору (косина струй в плане) на скоростных вертикалях не должна превышать ± 10°;

для пойменных участков рек — средняя косина струй на скоростных вертикалях не должна превышать ± 20°. При расхождении средних направлений течения в основном русле и на пойме более 20° допускается разбивать гидроствор в виде ломаной линии, участки которой соответствуют условию перпендикулярности направлению течений.

3.1.2. В случаях, когда направление гидроствора удовлетворяет указанным требованиям только при определенном наполнении русла, для данных разных фаз водного режима должны оборудоваться гидростворы, удовлетворяющие условиям п. 3.1.1.

3.2. Оборудование гидроствора

3.2.1. Гидроствор должен быть закреплен на местности стальным канатом или гидрометрическим мостиком, или створными знаками. Створные знаки должны быть хорошо видимыми со стороны реки и обеспечивать предельное уклонение судна от линии створа g = 1° (угол g образован линией гидроствора и линией визирования, проходящей через створные знаки и гидрометрическое судно, причем вершина угла g совпадает с положением ближнего к реке створного знака).

3.2.2. В створе устанавливается береговой знак (столб, репер и т.п.), закрепляющий постоянное начало для отсчета расстояний до урезов берегов, промерных и скоростных вертикалей, границ мертвого пространства и водоворотных зон.

3.2.4. При координировании промерных вертикалей геодезическими методами участок дополнительно оборудуется стоянкой угломерного инструмента.

Видео:Парадокс сужающейся трубыСкачать

4. ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ

4.1. При каждом измерении расхода воды на гидрологическом посту должен быть измерен соответствующий ему уровень воды.

Правила выполнения измерений уровня воды должны соответствовать требованиям ГОСТ 25855-83.

Время каждого измерения уровня фиксируется.

4.3. При наличии в гидростворе дополнительного уровенного поста (п. 3.2.5) наблюдения за уровнем должны проводиться на обоих постах: основном и дополнительном.

Видео:Закон БернуллиСкачать

5. КООРДИНИРОВАНИЕ ПРОМЕРНЫХ И СКОРОСТНЫХ ВЕРТИКАЛЕЙ В ГИДРОСТВОРЕ

5.1. Способы координирования вертикалей

5.1.1. Местоположение промерных и скоростных вертикалей в гидростворе определяется расстоянием от постоянного начала.

5.1.2. На гидростворах, оборудованных лодочной, паромной или люлечной переправой с постоянно подвешенным разметочным канатом либо гидрометрическим мостиком, необходимо закреплять положение вертикалей согласно п. 3.2.3.

5.1.3. При наличии прочного ледяного покрова местоположение вертикалей следует определять теодолитным ходом по льду или мерной лентой.

5.1.4. На судоходных реках или при ширине сечения более 300 м местоположение вертикалей должно определяться засечками теодолитом или кипрегелем с берега.

В отдельных случаях (например, в условиях заболоченных или широких пойм и др.) допускается применение косых или веерных створов для закрепления рабочих вертикалей.

5.2. Точность координирования промерных вертикалей в гидростворе

5.2.1. Относительная средняя квадратическая погрешность координирования вертикалей в гидростворе () должна удовлетворять требованию

(5.1)

где s _к — абсолютная среднеквадратическая погрешность координирования, м;

B — ширина реки, м.

5.2.2. При назначении мест мензульных (теодолитных) стоянок необходимо, чтобы угол, образуемый направлением гидроствора и лучом визирования, a был не менее 30°.

5.2.3. Длина линий на плане l (см) при мензульной съемке должна удовлетворять условию

(5.2)

где L — длина линии на местности, м.

5.2.4. Абсолютная погрешность координирования s _к , обусловленная уклонением судна от гидроствора ( D Х , м), определяется по зависимости

(5.3)

где D X _ср — среднее уклонение судна от гидроствора, м (табл. 1);

a _cp — среднее значение угла, образованного лучом визирования и направлением гидроствора.

Значение уклонения судна на каждой вертикали определяется расстоянием между створными знаками l _c и удалением судна от ближайшего знака L _c . Допускаемое расстояние между створными знаками определяется по зависимости D X _ср от l _с и L _c в табл. 1.

при

(5.4)

где δ_д — допускаемая относительная погрешность определения глубин, обусловленная отклонением вертикали от линии створа, равная 5 %;

ξ_к — радиус корреляции глубин потока в продольном направлении, м;

С _h — коэффициент вариации глубин вдоль потока (методика расчета ξ_к и С _h дана в приложении 2);

h — глубина на вертикали, м;

при

Видео:Потери напора при движении жидкостиСкачать

6. ИЗМЕРЕНИЕ ГЛУБИН И ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ ОТСЕКОВ МЕЖДУ СКОРОСТНЫМИ ВЕРТИКАЛЯМИ

6.1. Требования к точности измерения глубин

6.1.1. Измерения глубин должны производиться по линии гидрометрического створа с соблюдением требований п. 5.2.5.

6.1.2.. Средства измерения должны обеспечивать определение глубины в точке с инструментальной погрешностью не более 2 %. Это требование должно отвечать существующим и вновь разрабатываемым средствам измерения глубин.

гидрометрическая штанга или наметка должны применяться во всех случаях, когда наибольшая глубина в створе не превышает длину инструмента и условия измерений позволяют устойчиво зафиксировать штангу на вертикали и снять отсчет глубины (если указанные требования не выполняются, необходимо использовать промерный канат с гидрометрическим грузом или эхолот);

на каждой промерной вертикали судно должно устанавливаться на якорь или фиксироваться на канатной переправе;

при работе в руслах с илистым дном должны применяться наметки и штанги, снабженные круглым поддоном диаметром 12 — 15 см, препятствующим их погружению в ил;

при промерах штангой на реках со сплошным скальным дном следует применять штангу без конусообразного наконечника.

(6.1)

где h _и — измеренная глубина, м;

Z — расстояние от точки подвеса каната до поверхности воды, м;

D — поправка на относ подводной части каната, м, определяемая по табл. 3.

Угол отклонения каната от вертикали, градус

6.1.6. На мелководных горных реках глубина должна определяться как разность расстояний до дна и поверхности воды, измеряемых штангой или наметкой от перетянутого через реку каната, настила моста и т.п.

6.1.7. При набеге воды на штангу, необходимо использовать свободно перемещающийся по штанге металлический ползунок со стрелкой — указателем поверхности воды вне зоны набега.

6.2. Промеры глубин на гидростворе при измерении расхода воды

6.2.1. Промеры глубин производятся для определения площади водного сечения F и его отсеков f _в . При устойчивом русле допускается использовать результаты предшествующих промеров и не производить их при каждом измерении расхода воды. Устойчивость русла оценивается на основании анализа совмещенных профилей поперечного сечения потока по гидроствору, а также по рассеянию точек эмпирической связи F (Н) — зависимости площади водного сечения от уровня воды.

6.2.2 . Если при совмещении поперечных профилей отклонение отдельных точек не превышает ± 5 %, а точки зависимости F (Н) отклоняются от осредняющей их кривой не более чем на ± 3 %, промеры глубин допускается производить не при каждом измерении расхода воды, а один раз в трех — пяти измерениях.

вертикальные деформации русла выражены, но за время измерения расхода воды не превышают допускаемой среднеквадратической погрешности промеров глубин;

русло устойчиво, свободно от ледовых образований, но измерения расхода проводятся эпизодически (один — два раза за период характерной фазы гидрологического режима).

6.2.4. Промеры глубин следует выполнять при каждом измерении расхода воды в два хода, если:

вертикальные деформации русла за время измерения расхода превышают допускаемую среднеквадратическую погрешность промеров глубин;

расход воды измеряется реже трех раз за фазу водности и в живом сечении отмечаются шуга и внутриводный лед;

русло в створе измерений неровное, сложено валунами или с выходами коренных пород.

6.2.5. В случаях, когда выполнение промеров на пойме затруднено, глубины в пойменной части гидроствора должны определяться по профилю, полученному инструментальной съемкой в меженный период с учетом фактических уровней воды.

6.2.6. В первые два — три года работы гидрологического поста промеры глубин должны выполняться в два хода при каждом измерении расхода воды для обоснования последующих измерений, производимых в соответствии с пп. 6.2.2, 6.2.3.

6.3. Количество промерных вертикалей

6.3.1. Количество промерных вертикалей (или засечек местоположения гидрометрического судна при промерах с помощью эхолота) следует назначать в зависимости от формы профиля водного сечения, исходя из требования: относительная среднеквадратическая погрешность измерения площади сечения не должна превышать 2 %.

6.3.2. В основных руслах равнинных и полугорных рек минимальное количество промерных вертикалей n_h (min) следует назначать в соответствии с табл. 4 в зависимости от параметра формы русла.

6.3.3. При неоднородном распределении глубин по ширине потока необходимо назначать дополнительные промерные вертикали в гидростворе на всех участках излома линии дна.

6.4. Местоположение промерных вертикалей

6.4.1. В основных руслах промерные вертикали следует размещать равномерно по ширине реки и дополнительно в переломных точках поперечного профиля.

6.4.2. На реках с неустойчивым руслом в зоне максимальных глубин число промерных вертикалей следует увеличить в 1,5 раза.

6.5. Вычисление рабочей глубины на вертикали

6.5.1. Рабочая глубина на вертикалях должна рассчитываться по имеющемуся поперечному профилю с учетом срезки уровня, если имеет место несовпадение уровней при промерах и измерении расхода воды. При измерении расхода воды используются данные предварительных промеров.

6.5.2. При выполнении промеров глубин в два хода рабочая глубина на вертикалях вычисляется как среднее арифметическое из двух промеров.

6.5.4. В качестве рабочих необходимо принимать глубины с исключенным систематическим отклонением в соответствии с пп. 6.1.5 и 6.5.3.

6.6. Вычисление площади водного сечения потока

6.6.1. Площади отсеков водного сечения f _s необходимо вычислять по следующим формулам:

(6.2)

где m_s — количество промерных вертикалей в s- м отсеке сечения;

h _i — рабочая глубина на i -й вертикали, м;

b_i , _{i +1} — расстояние между i -й и ( i + 1)-й промерными вертикалями.

6.6.2. Площадь водного сечения потока должна определяться по формуле

(6.3)

где N — число отсеков водного сечения потока.

6.6.3. При наличии в водном сечении зон мертвого пространства расход воды вычисляется по живому сечению потока F

(6.4)

где — площади между скоростными вертикалями, ограничивающими мертвое пространство потока.

Видео:Эффект Вентури и трубка Пито (видео 16) | Жидкости | ФизикаСкачать

7. ИЗМЕРЕНИЕ И ВЫЧИСЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЙ НА ВЕРТИКАЛИ

7.1. Назначение числа и положения скоростных вертикалей для основного и детального способов измерения расхода воды

7.1.1. Число скоростных вертикалей в створе N_v должно составлять от 8 до 15, в зависимости от особенностей скоростного поля потока. При одномодальной плановой эпюре поверхностных скоростей N_v = 8 — 10; при многомодальной форме эпюры скоростей N_v = 12 — 15. Для особо точных измерений при установившемся режиме число скоростных вертикалей может быть увеличено.

в основной части потока скоростные вертикали должны назначаться таким образом, чтобы отсеки живого сечения, ограниченные соседними скоростными вертикалями, пропускали одинаковые частичные расходы q_s полного расхода Q , составляющие

При многомодальном характере распределения поверхностных скоростей по ширине реки дополнительные скоростные вертикали назначаются в характерных точках плановой эпюры скоростей:

скоростные вертикали назначаются только в пределах живого сечения потока. Границы мертвых пространств должны быть установлены до начала или во время измерения скоростей пуском поверхностных поплавков или по результатам рекогносцировочных измерений скоростей вертушкой;

прибрежные вертикали, а также вертикали, граничащие с мертвым пространством водного сечения, назначаются на таком расстоянии от берегов или мертвого пространства, чтобы частичный расход воды в краевом отсеке не превышал 30 % от частичных расходов основной зоны живого сечения;

на пойме скоростные вертикали должны назначаться в характерных точках поперечного профиля. В понижениях поймы, где образуются обособленные потоки, пропускающие частичный расход q_s > 0,1 Q , необходимо назначать не менее трех скоростных вертикалей.

7.2. Точечные способы измерения средней скорости течения на вертикали

7.2.1. Измерение скоростей течения производится на скоростных вертикалях гидрометрическими вертушками, соответствующими ГОСТ 15126-80.

7.2.2. Количество точек измерения и их относительное заглубление под поверхность воды (льда) назначается в зависимости от способа измерения расхода воды, способа крепления гидрометрической вертушки в потоке, состояния русла и соотношения глубины на скоростной вертикали h и диаметра лопастного винта вертушки D в соответствии с табл. 5.

заросшее, ледостав или шуга

пов.; 0,2; 0,6; 0,8; дно

пов.; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; дно

Примечание . Числитель — число точек; знаменатель — относительное заглубление точек на вертикали.

7.2.3. Заглубление вертушки рассчитывается относительно ее горизонтальной оси.

7.3. Установка вертушки в точку измерения скорости потока

7.3.1. При установке вертушки на скоростной вертикали в различных точках по глубине должны быть соблюдены следующие условия:

вертушка располагается таким образом, чтобы кромка лопасти винта находилась на удалении не менее 2 — 3 см от поверхности воды или дна, а при работе с судна в условиях волнения таким образом, чтобы избежать ударов лопастей о дно реки;

установка вертушки в точках измерения должна выполняться с абсолютной среднеквадратической погрешностью: 1 см — при рабочей глубине на скоростных вертикалях до 1 м; 2 см — при глубинах от 1 до 3 м; 3 см — при глубинах от 3 до 5 м; 5 см — при глубинах более 5 м;

во всех случаях, где это возможно (см. п. 6.1.3), следует применять способ жесткого крепления вертушки на гидрометрической штанге, либо на кронштейне гидрометрического груза типа ПИ-1;

в случае канатного подвеса вертушки должны применяться специальные гидрометрические грузы, отвечающие требованиям п. 6.1.4. При этом глубину погружения вертушки в заданную точку относительно заглубленной части промерного каната допускается определять без поправки на его относ.

7.3.2. При измерении скоростей потока допускается использовать два способа крепления вертушки на штанге:

вертушка жестко закрепляется на штанге зажимными винтами на требуемой высоте и нижний конец штанги опускается до дна потока;

штанга не упирается в дно, а жестко фиксируется так, чтобы ее нижний конец находился на требуемой глубине; вертушка неподвижно крепится на нижнем конце штанги и поднимается или опускается вместе с нею. Ориентация оси вертушки устанавливается по штанговому указателю.

7.4. Продолжительность измерения скорости потока в точке

7.4.1. Продолжительность измерения скорости в точке T _и должна составлять не менее 100 с.

7.4.2. При обосновании ускоренных способов измерения расходов воды следует рассчитывать необходимое значение T _и , обеспечивающее сглаживание пульсаций скорости, в зависимости от допускаемой погрешности измерений δ_д, числа Ka и среднего времени корреляции скорости t _к , с;

Минимальное допускаемое значение T _и для любых условий должно быть не менее 40 с. Методика оценки характеристик t _к и Ka дана в приложении 2.

7.5. Вычисление средней скорости течения на вертикали по данным измерений точечным способом

7.5.1. Вычисление средней скорости на вертикали производится по данным точечных измерений скорости на основе следующих формул.

При свободном ото льда и водной растительности русле применяется:

(7.4)

двухточечный способ при монотонном убывании скоростей от поверхности ко дну потока

двухточечный способ при заглубленном максимуме скорости потока (в том числе при ледоставе)

одноточечный способ при монотонном убывании скоростей от поверхности ко дну потока

При заросшем русле и наличии ледяного покрова применяются:

(7.8)

(7.9)

Характер распределения скоростей по глубине потока и значение коэффициента K в формуле (7.10) устанавливаются на основании предыдущих многоточечных измерений, а при их отсутствии коэффициент K принимается равным 0,9.

где q — элементарный расход, м 2 /с, представляющий собой площадь эпюры скорости в масштабе чертежа, получаемую в результате планиметрирования.

7.5.3. При работе вертушкой на канатном подвесе в условиях косоструйности, характеризуемой средним углом отклонения a направления струй на вертикали от нормали к гидроствору, среднюю скорость на вертикали необходимо определять по формуле

где v _и — средняя скорость на вертикали, вычисленная без учета косоструйности.

7.5.4. Поправка на косоструйность не вводится при измерении скорости вертушкой, жестко закрепленной на штанге нормально к гидроствору, и значениях среднего угла косоструйности a , не превышающих критического для данного типа вертушки угла a _к , при котором систематическая погрешность измерения продольной составляющей скорости превышает 1,5 %.

В случае, когда a > a _к , необходимо использовать канатный подвес вертушки, а вычисление средней скорости на вертикали производить с введением поправки на косоструйность согласно п. 7.5.5.

7.5.6. При наличии средств для измерения косоструйности по глубине потока необходимо в каждой точке на вертикали при измерении скорости потока выполнять измерение направлений течения согласно п. 7.4.3.

7.6.1. При выполнении интеграционных измерений скорости на вертикали необходимо выдерживать следующее соотношение между скоростью перемещения вертушки w и продольной скоростью потока v , в зависимости от допускаемой погрешности интеграции δ_д:

7.6.2. Продольная составляющая средней скорости течения на скоростной вертикали устанавливается с использованием градуировочного графика вертушки по частоте вращения лопастного винта, определенной как частное от деления суммарного числа оборотов винта за время интеграции на время интеграции.

7.6.3. При интеграционном измерении скорости на вертикали среднее значение скорости вычисляется по формуле (7.12), при этом значение среднего угла косоструйности на вертикали принимается по данным специальных наблюдений, выполненных согласно п. 7.5.5.

7.6.4. Для исключения систематической положительной погрешности интегрирования средней скорости на вертикали, обусловленной неполным освещением придонной зоны потока, в измеренное значение скорости следует вводить корректирующий множитель Kh .

где а — относительное минимальное удаление оси вертушки от дна потока (в долях от глубины).

Видео:Котика ударило током, 10 т. ВольтСкачать

8. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСХОДА ВОДЫ

8.1. Вычисление расхода воды на основе линейно-детерминированной модели при основном или детальном способе измерений

8.1.1. В соответствии с линейно-детерминированной моделью (в дальнейшем ЛД-моделью) расход воды рассчитывается по формуле

(8.1)

где f_i — площади отсеков живого сечения потока, i = 1 . п.

Вычисление средней скорости на вертикали v_i должно производиться в соответствии с пп. 7.5 и 7.6. Порядок вычисления площадей отсеков поперечного сечения потока приводится в разд. 6.

8.1.2. Коэффициенты K_i и K_n для скоростей v_i и v_n на прибрежных скоростных вертикалях при отсутствии мертвого пространства принимаются равными:

0,7 — при пологом береге с нулевой глубиной на урезе; вблизи границы скопления неподвижной шуги;

0,8 — при естественном обрывистом береге или неровной стенке (бут, неотесанный камень);

0,9 — при гладкой бетонной или сплошь обшитой досками стенке, а также при течении воды поверх льда.

При наличии мертвого пространства в прибрежной зоне коэффициенты K ₁ и K_n равны соответственно 0,5.

8.1.3. ЛД-модель допустимо использовать при вычислении расхода воды при числе скоростных вертикалей N_v , удовлетворяющем требованиям п. 7.1.2.

8.2. Вычисление расхода воды на основе интерполяционно-гидравлической модели при сокращенном способе измерений

8.2.1. Применение сокращенного способа измерений с последующим вычислением расхода воды по интерполяционно-гидравлической модели является целесообразным и допускается, если при уменьшении числа скоростных вертикалей до трех — пяти (для потоков с шириной сечения более 10 м) отклонения результатов измерения от значений, полученных детальным способом, носят случайный характер, а среднеквадратическое отклонение не превышает 5 %.

8.2.2. Согласно линейной интерполяционно-гидравлической модели (в дальнейшем ЛИГ-модели), расход воды должен вычисляться по формуле

(8.2)

где D _s — число отсеков водного потока;

i , j — индексы ограничивающих s -й отсек скоростных вертикалей;

P_s — весовой коэффициент, равный 0,7 для прибрежных отсеков и 0,5 — для основного водного сечения;

а — гидравлический коэффициент, вычисляемый по формуле

(8.3)

где N_v — число скоростных вертикалей в живом сечении.

8.2.3. В случае, когда живое сечение потока состоит из выраженных гидравлически обособленных зон (например, разделено затопленным осередком), в каждой из них необходимо вычислять расход воды как для отдельного русла, а общий расход в гидростворе определять суммированием этих значений.

8.2.4. Прибрежные скоростные вертикали (или ближайшие к границе обособленных зон сечения) должны быть расположены на удалении не более 0,3 b_k от урезов (или границ обособленных зон), где b_k — ширина соответствующей гидравлически обоснованной зоны живого сечения.

8.3. Графический способ вычисления расхода воды

8.3.1. Графический способ целесообразно применять при сложном распределении скоростей по глубине и ширине потока, обеспечив достаточно большое количество (не менее пяти) точек измерения скоростей течения на вертикали и число вертикалей в сечении N_v ³ 8.

8.3.2. Расход воды вычисляется в следующем порядке:

на миллиметровой бумаге вычерчивается профиль поперечного сечения по расчетному уровню воды и приведенным к нему глубинам, с нанесением скоростных вертикалей;

вычерчиваются эпюры распределения скорости течения по вертикали и определяются средние скорости на вертикалях посредством планиметрирования площадей эпюр, выражающих элементарный расход воды на скоростных вертикалях (см. п. 7.5.2);

на профиль живого сечения наносится плавная эпюра распределения средних скоростей на вертикали по ширине потока v (в);

на основе эпюры v (в) и профиля глубин строится эпюра распределения по ширине потока элементарного расхода воды q (в);

расход воды определяется как площадь эпюры q (в).

8.3.3. Масштаб изображения эпюр распределения скоростей, глубин и удельных расходов должен выбираться таким, чтобы все элементы расхода воды, вычисляемые графическим способом, размещались на листе миллиметровой бумаги размером 407 ´ 288 или 407 ´ 576 мм.

Наиболее удобными масштабами изображения являются:

для эпюр скоростей: вертикальный — в 1 см 0,5 м; горизонтальный — в 1 см 0,2 м/с;

для профиля глубин: вертикальный — в 1 см 0,5 м; горизонтальный — в 1 см 2, 5, 10, 20 м;

для кривой элементарных расходов: вертикальный — в 1 см 1 м 2 /с

8.4. Вычисление уровня, соответствующего измеренному расходу воды

8.4.1. Для построения кривой расхода Q (Н) измеренному расходу воды Q должен соответствовать уровень Н, при котором расход Q измерен:

(8.4)

где H_s — уровень воды, отвечающий частичному расходу q_s , полученный интерполяцией между наблюдаемыми значениями уровней (см. п. 4.2).

8.4.2. Если относительное изменение уровня за время измерения расхода воды не превышает 2 % от средней глубины сечения, применяется упрощенная формула

(8.5)

где H _н и H _к — соответственно уровни воды в начальный и конечный период времени измерений.

8.4.3. Расчетный уровень, определенный для дополнительного поста, приводится к уровню на основном посту по связи соответственных уровней.

8.5. Оперативный контроль точности измерений

8.5.1. Контроль точности измерений должен выполняться непосредственно на гидростворе при производстве измерений. Сомнительные значения элементов расхода воды (глубины, скорости, расстояния, уровня) уточняются и исправляются либо подтверждаются проведением повторных измерений.

8.5.2. При устойчивой (однозначной) связи расхода и уровней расход воды измеряется с целью контроля устойчивости многолетней кривой расхода Q(Н ). В свою очередь эта кривая используется для оперативного контроля точности измерений и выявления промахов наблюдений на основе критериального соотношения

где δ Q_i — относительное отклонение i -го измеренного расхода от кривой Q(Н );

— относительное среднеквадратическое отклонение от кривой Q ( H ) расхода, принятых для обоснования связи.

При соблюдении условия (8.6) расход воды считается измеренным надежно. В противном случае измерение должно быть повторено, и, если первоначальное значение Q , подтверждается, оно и принимается в качестве действительного значения для учета стока и корректировки связи Q (Н).

Видео:Бесплатно делаем расход газа меньшеСкачать

9. ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

9.1. Оптимизация детальности измерений

9.1.1. Характеристиками детальности измерительного процесса являются:

N_s — число частичных отсеков в сечении потока;

п _s — среднее число промерных вертикалей в частичном отсеке сечения;

N_m — среднее по сечению число точек измерения скорости на скоростной вертикали.

9.1.2. Детальность измерительного процесса считается оптимальной, если вектор (комбинация) характеристик детальности ( N_s , n_s , N_m ) удовлетворяет условию

где S_Q — относительная, суммарная погрешность измерений;

δ_д — допускаемая погрешность.

9.1.3. Поставленная задача оптимизации относится к классу некорректных, так как допускает неоднозначность решений, т.е. неединственность выбора оптимального вектора характеристик детальности. На практике достаточно остановиться на любом векторе ( N_s , n_s , N_m ), удовлетворяющем условию (9.1) и обеспечивающем достаточные удобство и безопасность, удовлетворительные трудоемкость и энергоемкость процесса измерений расхода воды.

9.1.4. Суммарная относительная среднеквадратическая погрешность S_Q оценивается с учетом методических, инструментальных и неустраненных систематических погрешностей по формуле

(9.2)

где s _{Q (осн)} — основная составляющая;

s _нс — неустраненная систематическая погрешность.

Если отсутствуют специальные исследования для оценки s _нс ее значение принимается равным погрешности s _{Q (осн)} .

9.1.5. Основная составляющая s _{Q (осн)} вычисляется по формуле частных погрешностей

(9.3)

где и — случайные составляющие основной погрешности измерения площади и средней скорости потока в отсеках живого сечения;

N_s — число отсеков в живом сечении;

s — индекс текущей нумерации отсеков;

b — метрологический параметр, характеризующий равномерность распределения частичного расхода по ширине потока

Наименьшее значение параметра b = 1 (при фиксированном N_s ) достигается в случае равенства частичного расхода q_s (при соблюдении требований п. 7.1.3.).

9.1.6. Для практических расчетов оценки составляющих и допустимо выполнять по графическим зависимостям на черт. 1 и 2.

Зависимость относительной случайной средней квадратической погрешности измерения площади отсека живого сечения от числа промерных вертикалей и параметра формы сечения

n_s — числа промерных вертикалей в отсеке; j — параметр формы сечения

Зависимость относительной случайной среднеквадратической погрешности измерения средней скорости в отсеке от числа Кармана Ka и среднего числа точек N_m измерения скорости на вертикали

9.2. Оптимизация длительности измерений

9.2.1. Длительность измерительного процесса T _и является одним из определяющих факторов точности измерений расхода: при уменьшении T _и погрешность возрастает за счет недостаточного осреднения пульсаций скорости; при увеличении T _и возрастает погрешность, обусловленная «срезкой» пиков и провалов водности при прохождении волн попусков и паводков. Длительность T _и должна находиться в интервале

где T _min и T _max — минимально и максимально допустимая длительности измерительного процесса.

Время T _min определяется из зависимости (7.3), а T _max — по формуле

(9.6)

где T _п — период колебания волн попуска (паводка), ч или сут;

j — фаза периода колебаний, на которую приходится середина интервала времени измерений T _и ; 0 £ j £ 2 p ;

А — относительная амплитуда волн попуска

(9.7)

где Q _max и Q _с — максимальный и средний за период попуска расходы воды соответственно.

Видео:Водные изыскания - Вычисление расхода воды аналитическим способомСкачать

10. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЯ И ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ

10.1. Требования к квалификации исполнителя

10.1.1. Квалификация наблюдателя должна соответствовать условиям, средствам и методам измерений.

На малых реках, в условиях межени и небольшой глубины потока, когда допустимо производство наблюдений вброд, а из технических средств используются лишь вертушка и гидрометрическая штанга, а также в других случаях к измерениям расходов воды допустимо привлекать технический персонал с квалификацией гидрометеонаблюдателя, специально обученный и проинструктированный относительно особенностей измерений в данном створе.

10.1.2. В тех случаях, когда используются более сложные технические средства (например, дистанционные установки, различного типа судовые комплексы, эхолоты и т.д.), а также в период повышенной опасности наблюдений при высокой водности потока, значительных глубинах и скоростях течения, при неустойчивости русла, значительной косоструйности потока и других осложняющих измерения факторах к работе следует привлекать исполнителей с квалификацией не ниже техника-гидролога.

10.1.3. Наблюдатель должен знать принцип действия и устройства средств измерения и уметь обращаться с ними при выполнении измерений; знать водный и русловой режим на участке измерений и условия их выполнения при различных фазах режима; уметь использовать электронные калькуляторы для обработки расходов воды и результатов измерений.

10.2. Требования к технике безопасности работ

10.2.1. К выполнению измерений расхода воды в открытых руслах допускаются только лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности. Результаты инструктажа фиксируются в специальном журнале, хранящемся на гидрологической станции.

10.2.2. При выполнении измерений расходов воды необходимо руководствоваться «Правилами по технике безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета» (Гидрометеоиздат, 1983).

Видео:Как высчитать обьем воды в трубе ( Формула )Скачать

11. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

11.1. При выполнении измерений расхода воды должны быть применены измерительные установки, средства измерений и устройства, приведенные в табл. 7.

Наименование измеряемых физических величин и параметров

Вертушка гидрометрическая: ГР-21, ГР-99

Средняя скорость потока

Горизонтальное проложение до точки визирования

🎦 Видео

На какой скорости (1-2-3) должен работать циркуляционный насос в системе отопленияСкачать

Мощность котла и литраж в системе отопленияСкачать

На какой скорости должен работать циркуляционный насос.Скачать

Урок 28 (осн). Вычисление массы и объема тела по плотностиСкачать

Какая максимальная длина контура тёплого полаСкачать

Как меряют уровень воды? | Узнаём скорость течения и температуру реки | Генрих НемчиновСкачать

Скорость химических реакций. 9 класс.Скачать