Измерения скоростей течения

Распределение скоростей в потоке. Скорости в реке увеличиваются от берега к середине реки. На глубоких местах донная скорость резко отличается от поверхностной, а на мелких местах (перекатах) донная скорость близка к поверхностной.

Если поток покрыт льдом, то ввиду большого трения об лёд поверхностные скорости уменьшаются, а максимальные перемещаются от поверхности к середине глубины потока.

 

При отсутствии льда стандартные измерения скоростей производятся на следующих глубинах: у поверхности воды - на 0,2 Н от поверхности воды, на 0,6 Н, на 0,8 Н от поверхности и у дна.

При измерении скоростей на ряде вертикалей в поперечном сечении реки могут быть нанесены линии равных скоростей - изотахи. При наличии льда изотахи будут иметь в центре потока замкнутый вид.

Измерение скоростей и расходов поплавками. Поплавки могут быть поверхностные и поплавки-интеграторы.

Поверхностные поплавки делают обычно из брёвен в виде кружков диаметром 20 -30 см и высотой 2 -5 см с флажками разной окраски. Применяют их при ледоходе, малых скоростях воды, большом содержании в воде наносов и при отсутствии ветра.

Для измерения поверхностных скоростей выбирают прямой участок реки длиной не менее 50 и на нём разбивают четыре створа: пусковой, верхний, средний и нижний. Запуск поплавков числом 5 - 10 производят с пускового створа. На верхнем створе при подходе поплавка пускают секундомер. а на низовом створе отмечают время. Далее на среднем створе через равные расстояния промеряют глубины и между ними определяют площади живых сечений. Полусуммы скоростей смежных вертикалей умножают на площади живого сечения между ними и получают частичные расходы.

Точность расхода воды поплавками по сравнению с измерениями вертушкой порядка 10 - 20 %.

Поплавком-интегратором определяют среднюю скорость по вертикали. Он представляет собой шарик диаметром 2-4 см, сделанный из воска, стеарина, дерева или других материалов. Поплавок-интегратор опускают на дно при помощи шеста, а затем он всплывает на расстоянии L. Этот поплавок применяется при малых скоростях и даёт более точные данные скоростей, чем поверхностные поплавки. Среднюю скорость умножают на площадь живого сечения и получают расход воды.

Измерение скоростей и расходов батометром-тахиметром. Батометр-тахиметр - это прибор, служащий одновременно для взятия проб воды и для измерения скоростей течения. Он состоит из гибкого резинового баллона объёмом до 1200 см и вставленной в него трубочки диаметром 6 мм.

Прибор опускается на штанге диаметром 6 см на требуемую глубину. Перед опусканием батометра штангу поворачивают так, чтобы трубочка была повёрнута по течению реки во избежание попадания воды в баллон при опускании батометра. Затем, поворачивая штангу на 180 . устанавливают трубку батометра против течения, и в этот момент пускают в ход секундомер. Выждав некоторое время, штангу снова быстро поворачивают на 180, отмечают время по секундомеру и извлекают прибор из воды. Воду из баллона сливают в мерный стакан и определяют объём воды, поступивший в баллон за время наблюдения.

Для определения скорости воды тарируют прибор, получают тарировочную кривую и её уравнение:

V = С + Bq.

Батометр-тахиметр можно применять в тёплое время для приближённого определения расходов воды при малых глубинах реки. Измерение скорости этим прибором менее точно, чем вертушками.

Измерение скорости вертушками. Вертушки - это приборы, имеющие лопасти (крылья), вращающиеся под действием скорости течения. За время (обычно 2-3 мин) измеряется число оборотов, затем удельное число оборотов в секунду. Имеется тарировочная зависимость, по которой определяется скорость в м/с. Измерение скоростей обычными вертушками производится от 5 до 10 см/сек до 5 - 6 м/с. Вертушки опускаются на штангах или на тросах.

Вертушка Жестовского пригодна для работы на глубинах до 3 - 5 м для измерения скоростей от 0,05 до 5 м/сек в любом слое водной толщи, расположенной выше дна на 0,2 - 0,3 м. Состоит вертушка из лопастного винта с крыльями, вращающимися на шарикоподшипниках, корпуса с зубчаткой и хвоста. Внутри корпуса имеется зубчатая передача с колесиком, который замыкает ток и даёт звонок через 20 оборотов лопасти вертушки. Суммарное число оборотов вертушки равно:

N = 20n_m

Полость внутри втулки лопастного винта заполнена маслом, поэтому вода не может проникнуть к контактному механизму. Вертушку Жестовского можно применять для измерения скоростей воды, насыщенной наносами.

Вертушка Лагу может быть применима только для измерения скоростей в чистой воде, так как имеет открытую контактную камеру. Звонок подаётся через 25 оборотов лопасти вертушки.

 

 

Измерение скоростей вертушками выполняется на гидростворе, перпендикулярном к течению реки. Скоростные вертикали располагают по возможности на равных расстояниях друг от друга, но в основном русле более сгущенно по сравнению с их расположением в пойме.

Тарировка вертушки производится в каналах со стоячей водой. Вертушка двигается с определённой скоростью и дат определённое число оборотов.

Промеры глубин. При измерении скоростей промеры глубин в створе реки выполняются следующими приборами:

1) рейкой с сантиметровым делением (при глубине до 2 м);

2) деревянным шестомдиаметр 3 - 4 см длиной 5 - 6 м (для такой же глубины);

3) ручным лотом (на больших глубинах), который состоит из троса толщиной 2 - 3 см и груза на
конце троса весом 4 - 6 кг.

При ширине реки не более 200 - 300 м и отсутствии судоходства места замера глубин отмечают по тросу, натягиваемому лебёдкой. Толщина троса 4 — 8 мм. На тросе делают отметки через каждые 2 м при ширине реки 20 - 50 м, через 2 - 3 м при ширине 50 - 100 м и через 3 - 5 м при ширине 100 — 200 м. При ширине реки более200 м промеры глубин делаются через каждые 5 м.

При большой глубине засечки мест промеров глубин делают по косым профилям. Для выполнения этого на берегу разбивают базис и на концах его устанавливают мензулы или другой угломерный инструмент. Зимой промеры глубин производят со льда через пробитые во льду лунки. Профиль реки наносят на миллиметровку и планиметрированием определяют площадь поперечного сечения.