2939

u0 u uнп работа вертушки неустойчива, так как силы вращения и сопротивления вращению – величины одного порядка, ошибка в измерении скорости составляет 10 % и более;

3– в этой точке тарировочная кривая связи u = f (n) переходит в прямую, и ее ордината uк называется критической скоростью, равной (0,5–0,6) м/с;

4эта точка указывает верхний предел скоростей течения, при которых применяется вертушка (для воды uвп 5 м/с, для

воздуха uвп 20 м/с).

Ось вертушки направлена против течения (устанавливается хвостовым стабилизатором). Ее отклонение на 2–3° не вызывает недопустимых погрешностей в измерении скоростей течения.

2.5.2. Измерение скоростей течения поплавками. Обработка результатов измерений

Рассмотрим пуск поплавков с целью получения плана течений, т.е. основную задачу поплавочных наблюдений. Экспериментальное построение плана течений при помощи поплавочных наблюдений производится на сложных участках рек (при делении русла на рукава, а также при значительных поперечных уклонах свободной поверхности, сбойных течениях и т.д.), где теоретический расчет и построение плана течений затруднительны. Поплавочные наблюдения, также как и промеры глубин, производятся при подготовленной планово-высотной опоре и готовом плане участка реки в изобатах.

Прежде всего по ширине реки и сложности плановых форм русла определяют минимально необходимое число поплавков (табл. 2).

Таблица 2

Назначение количества поплавков в зависимости от ширины реки

21

Перед началом и в конце работ фиксируется уровень воды по опорному гидропосту, а при быстром изменении фиксируют уровни воды и во время работы. При подготовке к пуску поплавков разбивается пусковой створ на расстоянии 30–50 м выше исследуемого участка и закрепляется вехами. На конечных точках плановой опоры или других удобных точках устанавливают два геодезических инструмента (теодолиты или мензульные комплекты) для координации положения поплавков (рис. 12).

Исследуемый участок

Рис. 12. Схема поплавочных наблюдений:

точки стояния инструментов; Q – расход воды в реке

После проверки готовности приступают к наблюдениям и проводят их в описанном ниже порядке.

1.Лодка с запасом поплавков подходит к пусковому створу.

2.Оператор поднимает поплавок и плавно опускает его на

воду.

3.Наблюдатели ловят поплавок в центр сетки нитей и ведут

его.

4.Сигнальщик у верхнего прибора поднимает сигнал в виде двух флажков и плавно опускает их, когда поплавок выйдет на траверс прибора, включает секундомер.

5.Сигнальщики у обоих приборов в унисон подают команду («есть!») наблюдателям, по которой они останавливают вращение

22

приборов и считывают горизонтальные углы между линией ориентирования и направлением на поплавок.

6.Сигнальщики записывают в журнал цвет сигнала и углы.

7.Через определенное время верхний сигнальщик поднимает новый сигнал (флажок) и опускает его в точно назначенное время.

Промежуток времени между сигналами зависит от скорости течения и масштаба съемки и может быть принят по табл. 3.

8.Поплавок пропускают по всему исследуемому участку.

9.Лодка выходит в следующую точку на пусковом створе, а рулевой при этом приближенно разбивает ширину русла на равные отрезки.

Обработка результатов наблюдений состоит в нанесении на план траекторий всех поплавков. Между соседними точками траектории измеряют расстояние и вычисляют поверхностную скорость течения, которая подписывается в разрыве траектории. Таким образом получают план течений.

Координирование положения поплавка можно выполнить засечками одним инструментом. Для этого на плане прочерчивают необходимое количество поперечных створов и выносят их на местность, закрепляя створными кольями. Выполняются засечки,

ификсируется время в момент пересечения поплавком соответствующего створа. Обработка результатов наблюдений идентична приведенной выше.

Не менее важной задачей поплавочных наблюдений является оценка расходов воды при разных уровнях, в первую очередь при расчетных Нр. Технология проведения работ отличается от описанной выше. Участок реки для пуска поплавков с целью оценки расходов воды выбирают с учетом следующих требований:

23

1)участок реки должен быть прямолинейным или слабоизогнутым;

2)его длина должна быть не менее шести ширин русла;

3)живое сечение русла плавно очерченное;

4)течение параллелеструйное;

5)деформации берегов и русла должны отсутствовать или быть минимальными;

6)на всем участке должны отсутствовать водоворотные области, сбойные течения;

7)поперечный уклон свободной поверхности потока должен быть близок к нулю.

На выбранном участке реки на основе плана течений разбивается гидроствор (ГС) и два параллельных ему створа по обе стороны на расстоянии 50–100 м в зависимости от ширины реки,

атакже пусковой створ на расстоянии 30–50 м от верхнего створа. Координация положения поплавка производится при помощи засечек одним инструментом, установленным (желательно) на точке опорной сети выше пускового створа. Сигналы для засечек подаются в момент пересечения поплавком соответствующего створа. Схема проведения поплавочных наблюдений приведена на рис. 13.

24

Рис. 13. Схема пуска поплавков для измерения расхода воды:

стоянка инструмента; I, II…J номера поплавков; № 1, № 2 – номера створов

Пуск поплавков осуществляется в следующей последовательности:

1.Лодка с набором поплавков входит в пусковой створ, и оператор опускает на воду первый поплавок.

2.Наблюдатель ловит поплавок в центр сетки нитей и ведет

его.

3.По сигналу, в момент пересечения поплавком створа № 1,

включается секундомер и наблюдатель отсчитывает угол α1.

4.Следующий сигнал подается при пересечении поплавком гидроствора. В этот момент отсчитывается угол α2 и время прохождения поплавком расстояния от створа № 1 до гидроствора t1.

5.Последний сигнал подается при пересечении поплавком

створа № 2, при этом фиксируется угол α3 и полное время прохождения поплавка от створа № 1 до створа № 2 t1.

6. Затем пускают второй поплавок, третий… и так до последнего.

На этом полевые работы заканчиваются.

При камеральной обработке наносят на план траектории каждого поплавка, вычисляют время прохождения от ГС до створа № 2

Вычисляются скорости движения поплавка между створами:

Затем вычисляется скорость движения поплавка между створами № 1 и № 2 по формуле

Данное значение относят к точке пересечения поплавком гидроствора и считают средней поверхностной скоростью течения в данной точке.

25

2.5.3. Определение расхода воды по скоростям, измеренным поверхностными поплавками

Расчет расхода воды по поплавочным наблюдениям производится графо-аналитическим способом. Прежде всего по данным промерных работ вычерчивается живое сечение потока в гидростворе при рабочем уровне воды (рис. 14).

q

Рис. 14. Схема к расчету расхода воды

На живое сечение наносят положение всех поплавков, подписывают глубины и поверхностные скорости течения, затем вычисляют удельные фиктивные расходы воды qфi = hivi и строят эпюры vi и qi в живом сечении (см. рис. 15). По удельным расходам определяют полный фиктивный расход в живом сечении по формуле

где B – расстояние между промерными вертикалями.

26

Для перехода к действительному значению расхода величина Qф умножается на поправочный коэффициент m 0,75…0,85:

2.5.4. Измерение скоростей течения вертушками. Обработка результатов измерений

Как уже было сказано выше, вертушками измеряют осредненные местные скорости течения с целью изучения распределения скоростей течения по вертикали и в плане. По данным этих измерений строят эпюры скорости на промерных вертикалях и вычисляют расходы воды. Для этого могут быть использованы одно-, двух-, трех- и пятиточечный способы измерений.

При пятиточечном способе скорости течения измеряются в пяти точках на вертикали – поверхность, 0,2h, 0,6h, 0,8h и дно. В самой верхней точке (у поверхности) ось вертушки погружается на 7 см, в самой нижней точке (у дна) она на 7 см выше дна. Средняя

Трехточечный способ по точности практически не уступает предыдущему и при необходимости вполне может его заменить. При этом скорости течения измеряются в точках 0,2h, 0,6h, 0,8h.

Одноточечный и двухточечный способы применяются для приближенной оценки средней скорости течения по вертикали и расхода воды. При одноточечном способе вертушка помещается в точку 0,6h и измеренная скорость принимается равной средней скорости течения по вертикали. При двухточечном способе измерения производятся в точках 0,2h и 0,8h и средняя скорость рас-

Таким образом, в зависимости от требований основным способом измерений скоростей течения становится пятиили трехточечный способ. Но при глубинах 0,3…0,6 м применяют двухточечный, а при h 0,3 м одноточечный.

27

Вертушечные наблюдения, как и поплавочные, могут проводиться при готовом планово-высотном обосновании в виде полигонометрии или микротриангуляции и готовом плане участка реки в изобатах. Участок для вертушечных наблюдений должен удовлетворять требованиям, приведенным в п. 2.5.2. Разбивка гидроствора и его закрепление на местности производятся на основании поплавочных наблюдений. После проведения вышеуказанных подготовительных работ намечают положение промерных вертикалей. Для этого измеряют глубины по гидроствору и строят живое сечение. Число промерных вертикалей определяется сложностью рельефа дна. Вертикали назначают на каждом переломе рельефа дна. В случае плавного очертания дна их назначают через равные расстояния (рис. 15).

Рис. 15. Промерные вертикали

Назначенные вертикали с поперечного сечения по гидроствору переносятся на план, и для их закрепления на местности с любой из опорных точек разбивается веер (рис. 16).

№1

№2

№3

№4

№6

№7

№8

№9

28

Рис. 16. Закрепление промерных вертикалей на гидростворе

После разбивки веера приступают к измерению скоростей течения.

На лодке, оборудованной якорями (одним или двумя), а также общими и индивидуальными спасательными средствами по числу людей, выходят в точку первой вертикали и становятся на якорь. Чтобы лодку не водило течением из стороны в сторону на якорном канате, чаще всего достаточно опустить в воду весла, а иногда приходится бросать второй якорь.

Прежде всего измеряют глубину h на вертикали и вычисляют величины 0,2h, 0,6h, и 0,8h, а затем отсчеты по штанге для установки вертушки по формулам:

zпов = h – 7 см; z0,2h = h – 0,2h

итак далее согласно выбранному основному способу измерений. Вертушка устанавливается на отсчет zпов, к ней прикрепляются стабилизатор и электрические провода, и штанга опускается в воду. Под действием течения лопасти вертушки начинают вращаться, через каждые 20 оборотов (Ж-3) замыкаются контакты ротора

иподается звуковой или световой сигнал. Первые три сигнала пропускают, а по четвертому сигналу включается секундомер и измеряется время пяти сигналов, т.е. вертушка совершит сто оборотов. В журнал заносится номер вертикали, точка на вертикали, общее число оборотов N и время t. Далее вертушка передвигается в другую точку на этой вертикали, и измерения повторяются. После измерений во всех точках лодку передвигают на другую вертикаль, и весь цикл измерений повторяется. Закончив измерения на всех вертикалях гидроствора, производится обработка результатов измерений, которая состоит в заполнении журнала вертушечных наблюдений. Для этого в каждой точке на вертикали

29

2.5.5. Расчет расхода воды по скоростям, измеренным гидрометрической вертушкой

Расчет расходов воды по вертушечным наблюдениям может производиться двумя способами: графо-аналитическим и аналитическим. Рассмотрим сначала графо-аналитический способ.

Для этого, как и в предыдущем случае, вычерчивается живое сечение потока (рис. 17). На сечение наносятся промерные вертикали, строятся эпюры скоростей на каждой вертикали (рис. 18), измеряются их площади, определяются средние скорости по вертикали

0

B

h

Рис. 17. Схема к расчету расхода воды по вертушечным наблюдениям

30