Будз О.П. Гідрологія
Подождите немного. Документ загружается.
81
Рис. 33. Поверхневі поплавки
Поплавки-інтегратори використовують для вимірювання
середньої швидкості на вертикалі. Як поплавки–інтегратори
використовують дерев’яні, целулоїдні або інші легкі кульки
діаметром 3-4 см з невеликим кільцем, кульку прикріплюють
ниткою до штанги. Потім штангу кулькою ставлять на дно на даній
вертикалі. Коли нитку обривають, то кулька випливає на поверхню
води (рис. 35)
Для вимірювання
швидкості течії необхідно визначити відстань
від даної вертикалі до точки появи поплавка на поверхні води l і час
випливання поплавка t. Тоді середня швидкість течії на вертикалі
дорівнюватиме
,
t
l
u
сер
= м
2
/с (39)
Поплавки - інтегратори застосовують при малих (до 0.2 м/с)
швидкостях течії води.
Гідрометричні жердини використовують для вимірювання
середньої на вертикалі швидкості течії води по лінії руху приладу.
Жердина повинна бути занурена на 0.94h глибини річки.
Користуються гідрометричними жердинами лише на річках з
рівним дном, без виступів, валунів і рослинності.
82
Рис. 34. Глибинні поплавки
Рис
. 35. Поплавок інтегратор
в
и
г
і
о
к
в
г
о
м
В
(
р
х
к
б
л
р
л
л
Б
(
з
с
у
Г
ідроме
т
и
мірюванн
я
Існує
в
і
дрометрич
н
бертання,
б
онтактного
оду.
За на
п
о
ризонталь
н
м
линки Ж-3
В
Б-61 та ін
ш
р
ис. 36 )
1- хо
д
Гідроме
т
одової час
т
орпуса, ста
б
удовою ло
п
опатевим г
в
отором як
и
ічильно-ко
н
ічильнико
м
Б
ільшість су
За спосо
б
з
анурюють
у
часних рі
ч
2.8
т
ричні мли
н
я
швидкост
е
в
елика кі
н
их млинк
і
б
удовою ло
і лічильно
г
п
рямом о
с
н
ою та ве
р
, ГР-21, ГР
ш
і, до друг
Рис. 3
6
д
ова частина;
т
ричні мли
н
т
ини з лоп
а
б
ілізатора
н
п
атевого г
в
в
интом, ут
в
и
й складає
т
н
тактного
м
м
кількості
часних мли
б
ом зануре
н
на штанзі
)
ч
кових мл
и
83
.5. Гідроме
т
н
ки є найбі
л
е
й течії вод
и
лькість
р
і
в. Вони
в
патевого г
в
г
о механізм
і
с
і оберта
н
р
тикально
ю
-21М, ГР-5
5
их – млин
к
6
. Гідрометр
и
2 – корпус;
3
опере
н
н
ки склада
ю
а
тевим гви
н
н
апряму і с
и
в
инта або
в
ореним гв
и
т
ься з кон
у
м
еханізму р
о
обертів і
нків має ел
е
н
ня у воду
м
)
; тросові (
з
и
нків є у
н
т
ричні мл
и
л
ьш пошир
е
и
.
р
ізних ти
п
в
ідрізняють
с
в
инта або
р
і
в і способо
м
н
ня розрі
з
ю
осями.
Д
5
(малогаб
а
к
и типа Пр
а
и
чний млин
о
3
– затискні
г
н
ня
ю
ться з та
к
н
том і ко
н
и
гнального
п
ротором р
о
и
нтовою по
в
у
соподібних
о
зрізняють
м
з електр
и
е
ктричну с
и
м
линки по
д
з
анурюють
н
іверсальни
м
и
нки
е
ними при
л
п
ів і к
о
с
я за нап
р
р
отора та з
а
м
зануренн
я
з
няють
м
Д
о перших
а
ритні), ГР-
а
йса, САН
Д
о
к ГР-55:
г
винти; 4 – х
в
к
их основн
и
н
тактним м
е
п
ристрою (
р
о
зрізняють
в
ерхнею, і
р
часток. З
а
м
линки з
м
и
чною сиг
н
и
гналізацію.
д
іляються н
а
на тросі).
м
и, тобто
л
адами для
о
нструкцій
р
ямом осі
а
будовою
я
млинка у
м
линки з
відносять
11, ВБ-52,
Д
ІРІ та ін.
в
остове
и
х частин:
е
ханізмом,
р
ис. 36). За
млинки з
р
отором, і
а
будовою
еханічним
н
алізацією.
а
штангові
Більшість
їх можна
84
занурювати на штанзі і на тросі, в останньому випадку
використовують вертлюг.
Контактний механізм представляє собою черв’ячну шестерню з
двадцятьма зубцями і контактним штифтом. Проти одного із зубців
є напайка. Коли контактний штифт доторкується до цієї напайки
(через 20 обертів лопатевого гвинта) електричне коло замикається і
отримують електричний сигнал за допомогою
електричної
лампочки або дзвінка.
При виміру швидкості млинком використовують залежність між
числом обертів лопатевого гвинта (або ротора) за секунду і
швидкістю. Для ідеальних умов (відсутність тертя в механізмі
млинка і в’язкості рідини) ця залежність виражається рівнянням
,nku
Г
=
( 40 )
де
u – швидкість течії води; n – число обертів лопатевого
гвинта за секунду;
Г
к
– геометричний крок лопатевого гвинта
(шлях що його пройде млинок, коли лопатевий гвинт зробить один
оберт). Більш точно цю залежність можна записати у вигляді
напівемпіричного рівняння
,
22
cbnanu ++= ( 41 )
При
n = 0 u =
c
=
0
u
, де – початкова швидкість млинка,
рівняння ( 38 ) можна записати у вигляді
,
2
0
2
ubnanu ++=
( 42 )
де
a і
b
параметри млинка.
Як видно з формули ( 41 ), рівняння млинка складається з двох
частин: рівняння прямої лінії та рівняння параболи. Тобто при
малих швидкостях течії води має місце криволінійна залежність між
числом обертів за одиницю часу і швидкістю, а при великих –
прямолінійна.
Початкова швидкість
0
u
– це найменша швидкість при якій
лопатевий гвинт починає обертатися, тобто найменша швидкість
0
u
85
течії, що її можна виміряти млинком. Для більшості млинків
0
u
=
0.03÷0.06 м/с. Верхня межа швидкості, що її можна виміряти
млинком, чітко не визначена.
Тарування гідрометричних млинків
Під таруванням млинка розуміють встановлення залежності між
швидкістю течії води і кількістю обертів робочого колеса за 1
секунду.
Для тарування млинків використовують прямолінійні
тарувальні басейни (кожна завдовжки 80 м, завширшки 2м і
глибиною 2 м), кругові
тарувальні басейни і тарувальні лотки
В.Уриваєва. Тарування проводять у стоячій воді, де млинки
буксирують з різними швидкостями. Для кожної швидкості
визначають число обертів робочого колеса за 1 секунду і на основі
цих даних будують тарувальну криву млинка (рис. 37), яка є його
своєрідним паспортом.
Млинки тарують зразу ж після їх виготовлення та
в процесі їх
експлуатації: через два роки, якщо млинок з мастильною камерою;
без мастильної камери – через один рік. У разі пошкодження
млинка його слід відремонтувати та протарувати.
86
Рис. 37. Тарувальна крива млинка
2.8.6. Гідрометричні трубки
Вимірювання швидкостей течії гідрометричними трубками
ґрунтується на реєстрації висоти швидкісного напору. Для
визначення залежності між швидкістю течії і висотою швидкісного
напору застосовують рівняння Д.Бернуллі (рис. 38 )
g
uP
Z
g
uP
Z
22
2
22
2
2
11
1
++=++
γγ
, ( 43 )
де
1
Z
і
2
Z
- висота положення точок А і В (рис. 38) однакова
для обох точок і надалі її не враховують;
1
P
- тиск у точці А, що
визначається глибиною занурення цієї точки;
1
u
- місцева
швидкість у точці А;
2
P
- тиск у точці В, що визначається висотою
87
стовпа води у трубці;
2
u
- швидкість у точці В, величина якої
дорівнює нулю;
γ
- густина води.
Рис. 38. Схема гідрометричної трубки
З наведеного рівняння одержуємо висоту підйому води в трубці
(або висоту швидкісного напору)
h
g
uPP
==
−
2
2
112
γ
, ( 44 )
звідки отримаємо формулу для визначення швидкості
ghu 2
1
= . (45)
Ця формула справедлива для ідеальної рідини. Для реальних
умов рівняння ( 45 ) матиме вигляд
ghu 2
ϕ
= , ( 46 )
де
ϕ
– поправочний коефіцієнт величина якого встановлюється
таруванням. Гідрометричні трубки широко використовують для
вимірювання швидкості течії в лабораторних умовах.
2.8.7. Батометри – тахіметри
Батометри – тахіметри застосовують для вимірювання
швидкості течії та забору води на мутність. Для вимірювання
швидкості барометр – тахіметр тарують, тобто визначають
залежність між швидкістю течії і об’ємом води, яка потрапляє в
т
а
п
В
ч
в
в
е
л
к
м
о
о
п
м
е
л
п
м
а
хометр з
а
п
оширений
у
В
.Г.Глушко
в
Ри
с
наконеч
н
Витрато
ю
ерез попер
одотоків в
и
оди є одніє
ю
л
ементи –
ількість на
н
м
ожна роз
д
посередков
е
б’ємний ме
т
п
осудин з
ф
м
етодів др
у
л
ементи по
т
1. визн
а
п
лощею по
п
м
етодом «ш
в
а
1 секун
д
у
практиці
в
а.
с
. 39. Батом
е
н
ика) і його
т
Тем
а
ю
води наз
и
ечний пер
е
и
трата вира
ж
ю
з основн
и
рівень вод
и
н
осів тощо
.
д
ілити на
е
визначен
н
т
од, за яког
ф
іксацією ч
а
у
гої групи
т
оку. До та
к
а
чення вит
р
п
еречного
п
в
идкість - п
л
88
д
у. На ри
с
гідрометр
и
е
тр – тахіме
т
т
арувальна к
р
наконеч
н
а
9. Обчисл
е
и
вається кі
л
е
різ русла
з
ж
ається в
м
и
х характе
р
и
, швидкіс
т
.
Існуючі
м
дві групи
:
н
я. До пер
ш
о витрата в
и
а
су їхньог
о
вимірюєть
с
к
их методів
р
ати за в
и
п
ерерізу рі
ч
л
оща»;
с
. 39 пре
д
и
чних робіт
т
р (а – з нако
н
р
ива (1 – без
н
иком)
е
ння витр
а
л
ькість (об’
є
з
а одиниц
ю
м
3
/с, а для
р
истик річк
и
т
ь течії, по
х
м
етоди виз
н
:
безпосер
е
ш
ої групи
и
мірюється
о
наповнен
н
с
я не сам
а
належать:
и
міряними
ч
ки, який с
к
д
ставлений
батометр
–
н
ечником; б
–
наконечник
а
а
т води
є
м) води, щ
ю
часу. Дл
я
малих в л/
с
и
, що визна
ч
х
ил водної
н
ачення ви
т
е
днє вимі
р
належить
т
за допомог
о
н
я. При ви
к
а
витрата,
швидкостя
м
к
орочено н
а
найбільш
–
тахіметр
–
без
а
; 2 – з
о протікає
я
великих
с
. Витрата
ч
ає інші її
поверхні,
т
рати води
р
ювання і
т
ак званий
о
ю мірних
к
ористанні
а окремі
м
и течії і
а
зивається
89
2. визначення витрат за допомогою мірних пристроїв:
гідрометричних лотків, водозливів. В даному випадку вимірюють
напір на водозливу або на вхідній частині лотка, а витрату
обчислюють за гідравлічними залежностями;
3. метод змішування, який має кілька різновидів –
електролітичний, тепловий, калориметричний. На практиці
застосовують в основному електролітичний метод, за якого витрата
води визначається в
залежності від зміни електропровідності
введеного у потік розчину електроліту при змішуванні його з
водною масою.
2.9.1. Метод «швидкість - площа». Модель витрати
Суть метода «швидкість - площа» полягає у визначенні об’єму
моделі витрати, тобто водяного тіла об’ємом, що дорівнює витраті
води через поперечний переріз потоку. Розглянемо поперечний
переріз потоку (рис
. 40). Виділимо на ньому елементарну площад-
ку. Витрату води через цю площадку, з урахуванням того, що
вектор місцевої швидкості може бути направлений під кутом до
нормалі, виразимо залежністю
ω
α
dudQ cos
=
, (47)
де
u – швидкість в межах елементарної площадки,
α
– кут між
напрямком швидкості і нормаллю,
ω
d
– величина елементарної
площадки.∫
Витрата води через всю площу поперечного перерізу
становитиме
∫
∫
∫
== dxdyuduQ
αωα
coscos . (48)
п
н
з
о
–
ш
в
и
в
и
Якби к
у
п
лощадок, т
о
Якщо н
н
аправлени
й
Отрима
н
о
бражено н
а
Ця фігу
р
–
поверхн
е
ш
видкостей
и
значаєтьс
я
и
значення
в
Рис.
у
т ά збері
г
о
вираз (48
)
Q
а всіх ел
е
й
до нормал
і
Q
н
а формула
а
рис. 41.
р
а обмежен
а
е
ю, що
п
потоку, і
я
залежні
с
в
итрати
90
40. Попере
ч
г
ав своє з
н
)
можна бу
л
∫
∫
=
Q
α
cos
е
ментарних
і
, то
∫∫
= udxd
y
Q
виражає
о
а
ззаду попе
р
п
редставля
є
знизу –
с
тю
f
u =
ч
ний переріз
п
н
ачення дл
я
л
о б записат
и
∫
udxdy
.
площадка
х
∫
=
ω
ud
y
.
о
б’єм моде
л
р
ечним пер
є
собою
криволіній
н
)(xy
f
. Д
л
п
оток
у
я
всіх еле
м
и
х
вектор
л
і витрати
ерізом пот
о
епюру п
о
н
ою повер
х
л
я безпо
с
м
ентарних
(49)
швидкості
(50)
води, що
о
ку, зверху
о
верхневих
х
нею, що
с
ереднього