Измерение расхода воды. ЗАО «Экспертиза коммунальных сетей» производит
ж . я
^ - to I, -- ,(
мм;;;",;»»/;);;,;;;;;//»»;;;;;/;;;;;" 77777777777777777777777777^7^777777777.
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 (0,2 h 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 0,4 ft. 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 (0,2 ft 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).
Расходом воды называется обьем ее, протекающий через поперечное сечение потока в единицы времени. Для крупных вотоков - рек, каналов, водосбросов гидротехнических сооружений и т.п. – расход выражается в кубических метрах в секунду; расходы малых водотоков – родников, ручьев, лабораторных лотков и пр. – в литрах в секунду.
Существующие методы определения расхода воды можно разделить на две основные группы: непосредственное измерение расхода воды и косвенное измерение расхода воды.
При косвенном определении расходов воды измеряется не сам расход (объем воды), а отдельные элементы потока, а величина расхода получается путем вычислений.
Расход воды через элементарную площадку (Рис. 1) можно выразить формулой dQ = U cos , где U - скорость в пределах элементарной площадки; - угол между направлением скорости и нормалью; - величина элементарной площадки.
Расход воды через всю площадь поперечного сечения потока будетQ = u cos d = cos u dx dy , при = 0 Q =u dx dy =udw
Рис.1. Поперечное сенчение потока. Рис. 2. Схема к ычислению расхо да воды
u -скоростной вектор; u cosα -проекция аналитическим способом: I , II , III -
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=KV 1 0 + 1 +...+ n1 + K V n n |
где V 1 , V 2 ,...., V n - средние скорости на вертикалях; 0 - площадь живого сечения между берегом и первой скоростной вертикалью; 1 , 2 , ..., n-1 - площади живых сечений между скоростными вертикалями; 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 изме рения.
а - в свободном русле б – в ледяном покрове .
а) при определении расхода в открытом, незаросшем водной растительностью русле:
при измерении скорости в пяти точках:
U в = 0.05U пов. +0.347(U 0.2h +U 0.6h )+0.173U 0.8h +0.083U дно |
а при монотонном убывании скорости от поверхности ко дну
U в = 0.1(U пов. +3U 0.2h +3U 0.6h +2U 0.8h +U дно ) |
при измерении скорости в трех точках
U в = 0.33(U 0.2h +U 0.6h +U 0.8h ) |
при измерении скорости в двух точках
при измерении скорости в трех точках:
U в = 1/3 (U 0.15h +U 0.5h +U 0.85h ) |
при измерении в одной точке:
U в =0.9 U 0.5h |
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
СНиП 2.04.01-85*
Строительные нормы и правила
Внутренний водопровод и канализация зданий.
Системы внутреннего холодного и горячего водоснабжения
11. Устройства для измерения количества и расхода воды
11.1.* Для вновь строящихся, реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий с системами холодного и горячего водоснабжения, а также только холодного водоснабжения следует предусматривать приборы измерения водопотребления - счетчики холодной и горячей воды, параметры которых должны соответствовать действующим стандартам.
Счетчики воды следует устанавливать на вводах трубопровода холодного и горячего водоснабжения в каждое здание и сооружение, в каждую квартиру жилых зданий и на ответвлениях трубопроводов в магазины, столовые, рестораны и другие помещения, встроенные или пристроенные к жилым, производственным и общественным зданиям.
Установка счетчиков воды на системах раздельного противопожарного водопровода не требуется.
На ответвлениях к отдельным помещениям общественных и производственных зданий, а также на подводках к отдельным санитарно-техническим приборам и к технологическому оборудованию счетчики воды устанавливаются по требованию заказчика.
Счетчики горячей воды (на температуру воды до 90°С) следует устанавливать на подающем и циркуляционном трубопроводах горячего водоснабжения (при двухтрубных сетях) с установкой обратного клапана на циркуляционном трубопроводе.
11.2. Диаметр условного прохода счетчика воды следует выбирать исходя из среднечасового расхода воды за период потребления (сутки, смену), который не должен превышать эксплуатационный, принимаемый по табл. 4*, и проверять согласно указаниям п. 11.3*.
11.3.* Счетчик с принятым диаметром условного прохода надлежит проверять:
а) на пропуск расчетного максимального секундного расхода воды, при этом потери напора в счетчиках воды не должны превышать: 5,0 м - для крыльчатых и 2,5 м - для турбинных счетчиков;
б) на пропуск максимального (расчетного) секундного расхода воды с учетом подачи расчетного расхода воды на внутреннее пожаротушение, при этом потери напора в счетчике не должны превышать 10 м.
11.4. Потери давления в счетчиках , м, при расчетном секундном расходе воды , л/с, следует определять по формуле
где - гидравлическое сопротивление счетчика, принимаемое согласно табл. 4*.
При необходимости измерения расхода воды и невозможности использовать для этой цели счетчики воды следует применять расходомеры других типов. Выбор диаметра условного прохода и установку расходомеров надлежит производить согласно требованиям соответствующих технических условий.
Таблица 4*
Диаметр условного прохода счетчика, мм |
Параметры |
|||||
расход воды, куб.м/ч |
макси- |
гидрав- |
||||
мини- |
эксплуа- |
макси- |
чувствительности, |
объем воды |
сопротивление |
|
11.5.* Счетчики холодной и горячей воды следует устанавливать в удобном для снятия показаний и обслуживания эксплуатационным персоналом месте, в помещении с искусственным или естественным освещением и температурой воздуха не ниже 5°С.
11.6. С каждой стороны счетчиков следует предусматривать прямые участки трубопроводов, длина которых определяется в соответствии с государственными стандартами на счетчики для воды (крыльчатые и турбинные) вентили или задвижки. Между счетчиком и вторым (по движению воды) вентилем или задвижкой следует устанавливать спускной кран.
11.7*. Обводную линию у счетчиков холодной воды следует предусматривать, если:
имеется один ввод водопровода в здание;
счетчик воды не рассчитан на пропуск противопожарного расхода воды.
На обводной линии следует устанавливать задвижку, опломбированную в закрытом положении. Задвижка для пропуска противопожарного расхода воды должна быть с электроприводом.
Обводную линию следует рассчитывать на максимальный (с учетом противопожарного) расход воды.
Задвижка с электроприводом должна открываться автоматически от кнопок, установленных у пожарных кранов, или от устройств противопожарной автоматики. Открытие задвижки должно быть сблокировано с пуском пожарных насосов при недостаточном давлении в водопроводной сети.
Обводную линию у счетчика горячей воды предусматривать не следует.
11.8. Для районов жилой застройки на время пожаротушения подачу воды в систему горячего водоснабжения допускается не предусматривать. При этом необходимо обеспечивать автоматическое отключение подачи воды в эту систему.
Основные термины и определения
Узел учета
- это совокупность приборов и устройств, которые обеспечивают учет количества протекающей жидкости.
Средство измерения (прибор учета, расходомер)
- техническое средство, предназначенное для измерений. Имеет нормированные метрологические характеристики, умеет хранить и/или воспроизводить некую измеренную физическую величину в пределах установленной погрешности. В данном случае основным значением измерения является объем протекающей жидкости
.
Первичный преобразователь расхода (датчик)
- устройство обеспечивающая непосредственное измерение параметров протекающей жидкости и передающее их на вторичный преобразователь.
Вторичный преобразователь расхода (регистратор)
-устройство преобразующее данные полученные с первичного преобразователя (датчика) и вычисляющее по определенному алгоритму расход протекающей жидкости. Как правило, вторичный преобразователь снабжен дисплейным модулем и устройством хранения данных.
Методы измерения напорных потоков
Для определения расхода в напорных потоках достаточно измерять один параметр протекающей жидкости - скорость. Площадь сечения всегда известна и ограничена стенками водовода. Расход определяется путем перемножения скорости потока жидкости на площадь проходного сечения.
Тахометрический метод - так называемые, механические расходомеры, среди них можно выделить крыльчатые, турбинные и винтовые. Принцип действия основан на измерении скорости подвижного элемента, который вращается под воздействием протекающей жидкости. Наиболее доступное по стоимости оборудование, но имеет целый ряд ограничений к применению.
Метод переменного перепада давления - в зависимости от конструкции и принципа действия первичного преобразователя выделяют несколько видов средств измерений, но в основе каждого из них лежит зависимость перепада давления, которое создается первичным преобразователем от расхода протекающей жидкости. Наибольшее распространение получили средства измерения, получившие название "диафрагмы".
Ультразвуковой времяимпульсный метод - зачастую называют просто «ультразвуковой», хотя это не совсем верно, поскольку ультразвуковых методов измерения расхода несколько. Как правило, в водовод монтируется минимум два пьезоэлектрических преобразователя друг напротив друга под углом от 30 до 60°, которые попеременно работают как излучатель и приемник. Принцип действия данного метода основан на измерении скорости прохождения ультразвукового сигнала от излучателя до приемника, при этом скорость прохождения сигнала по потоку жидкости выше, чем против потока. Возможно исполнение как с врезными в стенки водовода датчиками, так и с накладными датчиками.
Преимущества | Недостатки | Погрешность |
относительная универсальность: устанавливаются в водоводы диаметром от 15мм до 5000мм |
высокие требования к обслуживанию врезных датчиков: необходима периодическая очистка |
±0,5% ... ±2% |
возможно измерение агрессивных сред при использовании накладных датчиков |
высокие требования к обслуживанию накладных датчиков: необходима периодическая замена акустического геля и очистка внутреннего сечения водовода от отложений в районе измерительного участка |
|
возможна высокая точность при измерении однородной среды без взвесей и пузырьков |
низкая стабильность измерений при насыщении измеряемой среды взвесями и пузырьками вплоть до полной недостоверности |
Наиболее универсальный на текущий момент метод измерения напорных потоков. Принцип действия основан на измерении электродвижущей силы (ЭДС), возникающей в потоке жидкости, протекающей через искусственно созданное магнитное поле, при этом ЭДС прямо пропорциональна скорости потока жидкости. Этот метод был предложен Майклом Фарадеем еще в начале XIX века. Первичный преобразователь, как правило, представляет из себя полнопроходное измерительное сечение с электромагнитами (для создания магнитного поля) и парой электродов, расположенных диаметрально противоположно в измерительном сечении для съема ЭДС.
Преимущества | Недостатки | Погрешность |
универсальность: измерению подлежат |
всегда полнопроходное |
±0,25% ... ±2% |
|
при наведении сильных электромагнитных помех |
|
низкие требования к качеству измеряемой среды; |
||
|
Основываясь на опыте организации узлов учета напорных потоков можно утверждать, что наиболее универсальным и востребованным является именно электромагнитный метод измерения. В зависимости от поставленной метрологической задачи возможно применение различных методов измерения, однако необходимо всегда учитывать имеющиеся технические условия на объекте измерения и продумывать мероприятия по дальнейшему обслуживанию и эксплуатации средств измерения.
Методы измерения безнапорных потоков
Акустический (бесконтактный) метод - наиболее распространенный в силу относительно низкой стоимости, измерительное оборудование подобного плана давно производится в России и широко известно. Определение расхода при использовании данного метода производится путем измерения уровня воды и пересчета полученного значения по функции «уровень-расход» с использованием градуировочных таблиц. Уровень вычисляется путем измерения времени прохождения ультразвукового сигнала от первичного преобразователя, расположенного над потоком, до поверхности потока и отраженного эхо-сигнала до датчика. Необходимо отметить, что скорость при данном методе определения расхода не измеряется в явном виде, что приводит к недостоверным результатам в случае возникновения отложений на дне водовода и/или возникновении подпора. Данный метод имеет ряд преимуществ и недостатков.
Преимущества | Недостатки | Погрешность |
бесконтактный метод позволяет учитывать потоки с агрессивной средой |
высокие требования к длинам прямолинейных участков: 20 максимальных уровней заполнения водовода до первичного преобразователя и 10 после |
от ±3% вплоть до полной недостоверности показаний |
возможно измерение даже очень малых объемов |
высокие требования к газовой среде между первичным преобразователем и поверхностью измеряемой среды (парообразования сказываются на качестве прохождения сигнала) и к самой поверхности измеряемой среды (пенообразования вносят большой вклад в погрешность измерения) |
|
необходимость соблюдения постоянного уклона всего измерительного участка |
||
в случае возникновения подпора (поток останавливается или идет в обратном направлении) оборудование всегда считает расход "в плюс" |
||
как правило, для установки оборудования требуется организация дополнительной измерительной камеры (колодца) |
Ультразвуковой доплеровский метод
- название метода обусловлено одновременным измерением как уровня потока, так и его скорости. В сам поток, как правило на дно водовода, монтируются первичные преобразователи скорости и уровня. Скорость определяется по методу Доплера - в поток излучается ультразвуковой сигнал, который отражается от взвешенных частиц в потоке. Затем датчик скорости принимает отраженный сигнал и определяет скорость движения частиц по смещению частоты колебания относительно излученного сигнала. Уровень определяется либо гидростатическим методом (по давлению столба жидкости на чувствительную мембрану), либо ультразвуковым методом (возможно применение акустического уровнемера или погружного ультразвукового датчика уровня - ультразвуковой сигнал излучается вертикально вверх и измеряется скорость его прохождения до раздела сред и обратно). Зная геометрию водовода и измерив уровень потока, вычисляется площадь проходного сечения. Расход определяется путем перемножения скорости потока на площадь сечения.
Имеется также более прогрессивный метод, основанный на методе Доплера, - кросскорреляционный. Суть остается прежней, но измерение скорости производится в нескольких плоскостях и усредняется методом кросскорреляции, что повышает точность измерения относительно традиционного метода Доплера.
Электромагнитный (магнитоиндукционный) метод – в последнее время все чаще используют данный метод для измерения безнапорных потоков. Суть метода заключается в переводе безнапорного потока в напорный, т.е. в качестве расходомера применяют обычный электромагнитный расходомер для напорных систем. Особая конструкция подводящего и отводящего патрубков расходомера позволяют поднять уровень потока воды в измерительном сечении.
Преимущества | Недостатки | Погрешность |
универсальность: измерению подлежат любые токопроводящие жидкости |
стоимость зависит от диаметра водовода; исполнение первичного преобразователя всегда полнопроходное |
±0,25% ... ±2% |
высокая точность и стабильность измерений (в случае наличия системы самоочистки электродов) |
возможна нестабильность измерений при наведении сильных электромагнитных помех |
|
низкие требования к качеству измеряемой среды; данный метод используется в том числе для измерения объема неочищенных сточных вод |
||
полнопроходное сечение обуславливает отсутствие потерь давления в водоводе |
В речной гидрометрии наиболее распространенным методом измерения расхода воды является метод «скорость -площадь». Он заключается в определении площади водного сечения путем промеров глубин по гидроствору и измерении гидрометрической вертушкой в отдельных точках водного сечения скорости течения.
При измерении расхода воды необходимо:
1) записывать обстановку работы;
2) наблюдать за уровнем воды;
3) измерять глубины на гидрометрическом створе;
4) измерять скорости течения воды в отдельных точках живого сечения на скоростных вертикалях.
Все записи данных наблюдений и измерений расхода воды производятся простым черным карандашом в «Книжке для записи измерения расхода воды» КГ-ЗМ *.
Перед началом работ необходимо проверить исправность гидрометрической вертушки и принадлежностей к ней, секундомера, а также наличие и исправность спасательных средств для обеспечения безопасности работ, состояние всего оборудования гидрометрического створа (приложение 1). Для предупреждения несчастных случаев студенты обязаны изучить и строго руководствоваться инструкцией по технике безопасности (приложение 2).
Для измерения расхода воды выбирается участок реки, отвечающий по возможности следующим требованиям:
1) берега ровные (не извилистые), параллельные;
2) русло ровное, устойчивое и не заросшее растительностью;
4) отсутствие мертвого пространства (часть водного сечения, где нет течения).
Для учебной практики на выбранном участке реки должны быть глубины более 1 м, чтобы можно было выявить закономерности изменения скоростей течения.
На выбранном участке намечают гидрометрический створ (гидроствор), на котором и производят измерение расхода воды. На малых реках гидроствор разбивают на глаз перпендикулярно направлению течения реки и закрепляют на обоих берегах знаками - кольями. Знак на одном из берегов принимается за постоянное начало, от которого измеряются расстояния до каждой промерной (скоростной) вертикали. В гидростворе натягивается трос (шнур), размеченный через 1 м. Если измерения производятся с лодки, параллельно с разметочным тросом (под ним) натягивается ездовой трос, служащий для перемещения лодки вдоль створа и установки ее на вертикали.
Наблюдения и измерения производят в следующем порядке.
1. Сведения об обстановке работы (состояние реки, погоды, приборов и оборудования) записываются в раздел книжки расхода «Обстановка работ». Отмечаются все явления, которые могут повлиять на направление и величину скорости течения или отразиться на точности определения расхода воды. Например, указывается ширина выкошенной полосы гидроствора и отмечается, в каком состоянии она находится: «выкошена чисто», «на дне остатки водной растительности высотой... см». Кроме того, указывается степень зарастания водной растительностью русла реки ниже гидроствора (у берегов, сплошь, редкая, густая). Отмечаются отмели, косы, осередки, сооружения (запруды, перемычки, плотины, мосты): следует указать, на каком расстоянии от гидроствора они расположены.
2. Наблюдения за уровнем воды ведут на основном гидрологическом посту перед началом и после промеров глубин, а также перед началом и после
измерения скоростей течения. Запись данных наблюдений за высотой уровня воды при промерах и измерении расхода производится в соответствующих таблицах книжки расхода.
3. Промеры глубин на гидростворе производятся для вычисления площади водного сечения, как описано в разделе «Производство съемки и обработка результатов промеров». Глубины измеряются один раз перед измерением скоростей течения и записываются в. книжке расхода в разделе «Промеры» (в графу 11). В первой и последней строках, соответствующих первой: и последней промерным вертикалям на урезе воды, в. графе 0 записывается «Ур.л.б.» или «Ур. п.б.» (урез левого или правого берега), а в графу И -глубина на урезе. При обрывистых берегах эта глубина может быть не равна нулю. Графы 3 и 4 заполняются только в тех случаях, когда глубина измеряется при неустойчивом русле дважды: прямым и обратным ходом.
4. Измерения скоростей течения на вертикалях обычно выполняют одной гидрометрической вертушкой, последовательно перемещаемой в различные точки вертикали.
Число скоростных вертикалей, на которых производится измерение скоростей течения, при ширине реки до 50 м принимается равным пяти. При выборе мест скоростных вертикалей нужно стремиться к тому, чтобы они по возможности равномерно располагались по ширине реки и при этом попадали бы на точки резкого^ перелома дна и в наиболее глубокую точку створа. Крайние скоростные вертикали должны быть как можно" ближе к берегу (насколько это позволяют скорости течения и глубины).
Число точек, в которых измеряется скорость течения на вертикали, устанавливают в зависимости от рабочей глубины скоростной вертикали (табл. 4).
Рабочей глубиной скоростной вертикали, так же как и на промерных вертикалях, считается расстояние по> вертикали от дна до поверхности воды. При неизменном уровне воды разница в глубинах на вертикали по промеру и в момент измерения скорости в условиях устойчивого русла не должна превышать 2-3 см при глубинах до-1 м, 5 см - при глубинах от I до 3 м. При большей разнице промер следует повторить.
Таблица 4
Зависимость числа и местоположения измерений скоростей течения на вертикали от рабочей глубины