Измерение скорости течения поплавками

Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения. В поток вводится прибор — батометр (рисунок 5), входным отверстием навстречу течению, и выдерживается определенное время, после чего вынимается; измеряется объем воды, вошедшей в прибор. Скорость определяется по тарировочному графику в зависимости от объема воды, вошедшей за единицу времени¹². 

Рисунок 5. Батометр.

Метод, основанный на принципе теплообмена. Для измерения скорости используются приборы, имеющие в качестве рабочего органа нагретый элемент, вводимый в поток. Скорость течения определяется в зависимости от быстроты охлаждения чувствительного элемента: чем больше скорость, тем выше темп охлаждения. Подобные приборы применяются для научных исследований, главным образом в лабораторных условиях; с их помощью измеряют скорости, обычно с непрерывной записью.

 

 

Глава 3. Виды поплавков  и измерение ими скорости течения (примеры)

В настоящее время  при гидрометрических работах на реках, водохранилищах, каналах измерение скоростей течения производится чаще всего гидрометрическими поплавками и вертушками.

В зависимости от измеряемой скорости (местной u, средней по вертикали uв или по всему живому сечению v) гидрометрические поплавки подразделяют на точечные и интеграционные¹³. Точечными поплавками измеряют скорость u с осреднением (скорости) по длине траектории движения поплавка, вторыми – скорость uв c осреднением по глубине на вертикали и по длине и v с осреднением по всему сечению и по длине потока. Точечные поплавки подразделяют на поверхностные и глубинные.

В качестве поплавков  можно использовать бруски дерева или отпиленные от бревна цилиндрические кружки высотой 3-7 см. В качестве поплавков на небольших реках чаще всего применяются деревянные кружки диаметром 10 –15 см (рисунок 6). Недостатком измерения является то, что определяется только поверхностная скорость, а она обычно больше средней скорости, вследствие этого результаты измерений оказываются завышенными (так называемый фиктивный). 

Для лучшей видимости поплавки снабжают яркими флажками или окрашивают поверхность  в яркий цвет.

Скорость движения поплавка определяют по длине траектории его движения за соответствующий промежуток времени. 
Рисунок 6. Стандартный

гидрологический поплавок

 

При измерении скоростей  поплавками на реке выбирается прямолинейный  участок 10 –20 м, чтобы продолжительность хода поплавков была не менее 20 секунд. Вдоль реки устанавливаются четыре поперечных створа – пусковой, верхний, нижний, средний – с одинаковыми расстояниями между ними. Каждый створ закрепляется двумя вешками (Рисунок 7)¹⁴.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7. Схема размещения створов на реке.

 

На среднем створе необходимо натянуть размеченный трос (шнур), с хорошо заметными с берега метками и произвести промеры  глубин водомерной рейкой или ручным лотом. 

Поплавки пускают по одному от пускового створа по всей ширине реки. Общее число поплавков должно быть 15 – 20 штук. По секундомеру засекают время прохождения поплавков между верхним и нижним створом. Зная путь и время, находят скорость течения. При пересечении поплавком среднего створа по размеченному тросу определяют его расстояние от уреза воды или точки принятой за постоянное начало. Поплавки объединяют в группы, близкие по месту прохождения среднего створа (Рисунок 8). Если продолжительность хода отдельных поплавков одной группы различается более, чем на 10 секунд, данные не учитываются и пускаются дополнительные поплавки. Данные при измерении скоростей поверхностными поплавками рекомендуется оформлять в виде в таблицы¹⁵. 
Рисунок 8. Группировка поплавков

№    поплавков	Место прохождения поплавков через  средний створ, м	Продолжительность хода поплавков, t, сек	Номер группы, к которой отнесен  поплавок	Примечание
1	2	3	4	5

Таблица 1 
Измерение расхода воды поплавками 

 

 

 

 

 

 

 

Далее нужно определить среднюю продолжительность хода поплавков ( t _ср) в каждой группе в секундах по формуле:

, где t - продолжительность хода поплавков; n – число поплавков, входящих в данную группу.

 

Таким образом, можно  определить как направление движения поплавка, так и его скорости на отдельных участках. Скорость поплавка определяется путем деления длины пути между двумя последовательными засечками (взятой с плана по масштабу и выраженной в метрах) на число секунд между засечками. Можно также построить масштаб скоростей для данного плана в масштабе 1:m и времени t между засечками, с помощью которого скорость отсчитывается непосредственно по расстоянию между двумя соседними точками. Основанием масштаба а, выраженным в см, будет длина пути в масштабе плана, проходимая поплавком за время t при скорости поплавка v₀= 1 м/сек.Этот путь пропорционален скорости v₀. Если поплавок в течение времени t прошел со скоростью v путь длиной на плане l см, то можно написать пропорцию¹⁶:

Построив на таком  основании масштаб скоростей, можно  эти последние определять, измеряя  по этому построенному масштабу расстояние между последовательными засечками поплавка.

Заключение.

Роль текучей воды на земле громадна и всегда обращала на себя внимание человека. Недаром  с глубокой древности многие реки были олицетворены; и в глазах современной  науки реки являются наиболее активным элементом физической географии.

В данной работе я проанализировала метод измерения скорости течения  с помощью гидрометрических поплавков  и пришла к выводу, что это наиболее практичный и дешевый способ измерения  скорости течения. Анализ литературы и  источников помог мне убедиться в том, что другие существующие методы измерения не столь практичны, хотя имеют ряд положительных качеств. В дальнейшем, при необходимости замера скорости течения я буду активно использовать данный метод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1.  Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред. Г.В. Железнякова, Изд. Колос, 1984

 

2. Гидрология, учебник для ВУЗов В. Михайлов, А.  Добровольский, С. Добролюбов, Изд. Астра, М.2007

3. Гельперин А., Сергеев С., Гидрогеология: Учебник для вузов. Изд. Московского государственного горного университета, М. 2009

 

 

Интернет-ресурсы

1. http://gidrometriya.far.ru. Материалы по гидрометрии

   2.   http://skyrage.rul. Все о мелиорации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹ Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред. Г.В. Железнякова, С.5

²Гидрология, учебник для ВУЗов В. Михайлов, А.  Добровольский, С. Добролюбов, С.48

³  Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред Г.В. Железнякова, С.53

⁴ Гельперин А., Сергеев С., Гидрогеология: Учебник для вузов, С.94

⁵ Формула Шези — формула для определения средней скорости потока при установившемся равномерном турбулентном движении жидкости в области квадратичного сопротивления для случая безнапорного потока. Опубликована французским инженером-гидравликом А. Шези в 1769 году. Применяется для расчётов потоков в речных руслах и канализационых системах.

⁶ Гельперин А., Сергеев С., Гидрогеология: Учебник для вузов, С.79

² Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред Г.В. Железнякова, С.54

 

⁸ Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред. Г.В. Железнякова, С85

 

⁹ Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред. Г.В. Железнякова, С.63

 

¹⁰ http://gidrometriya.far.ru

 

¹¹ http://skyrage.rul. Все о мелиорации

 

¹² http://gidrometriya.far.ru

 

¹³ Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред Г.В. Железнякова, С.57

 

¹⁴ http://gidrometriya.far.ru

 

¹⁵ http://gidrometriya.far.ru

 

¹⁶ Гидрология, гидрометрия и регулирование стока, учебник под ред. Г.В. Железнякова, С.59