что такое живое сечение и мертвое пространство

Водное сечение

Смотреть что такое «Водное сечение» в других словарях:

водное сечение — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: живое сечение реки; поперечное сечение реки; сечение русла … Словарь по географии

ВОДНОЕ СЕЧЕНИЕ — поперечное сечение водного потока. Различают живое сечение, где скорость можно измерить, и мертвое пространство (с застоем воды) … Большой Энциклопедический словарь

водное сечение — Поперечное сечение водного потока. [ГОСТ 19179 73] Тематики гидрология суши Обобщающие термины гидрометрия EN cross section of a stream DE Wasserquerschnitt FR section d eau … Справочник технического переводчика

водное сечение — поперечное сечение водного потока. Различают живое сечение, где скорость можно измерить, и мёртвое пространство (с застоем воды). * * * ВОДНОЕ СЕЧЕНИЕ ВОДНОЕ СЕЧЕНИЕ, поперечное сечение водного потока. Различают живое сечение, где скорость можно… … Энциклопедический словарь

ВОДНОЕ СЕЧЕНИЕ — поперечное сечение вод. потока. Различают живое сечение, где скорость можно измерить, и мёртвое пространство (с застоем воды) … Естествознание. Энциклопедический словарь

Сечение потока водное — сечение потока в вертикальной плоскости по гидрометрическому створу. Источник: МИ 1759 87: ГСИ. Расход воды в реках и каналах. Методика выполнения измерений методом «скорость площадь» … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

сечение русла — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: живое сечение реки; поперечное сечение реки; водное сечение … Словарь по географии

сечение — 3.6 сечение: Группа событий, которые в случае их совместного появления приводят к наступлению завершающего события. Источник: ГОСТ Р 27.302 2009: Надежность в технике. Анализ дерева неисправностей оригинал документа Смотри также р … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

живое сечение реки — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: поперечное сечение реки; сечение русла; водное сечение … Словарь по географии

поперечное сечение реки — Сечение реки плоскостью, перпендикулярной среднему направлению течения, оно ограничено профилем русла, а сверху уровнем воды. Syn.: живое сечение реки; сечение русла; водное сечение … Словарь по географии

Источник

Что такое живое сечение и мертвое пространство

Если отдельные частицы абсолютно твердого тела жестко связаны между собой, то в движущейся жидкой среде такие связи отсутствуют. Движение жидкости состоит из чрезвычайно сложного перемещения отдельных молекул.

если угол в радианах, или

Поскольку скорость движения различных частиц жидкости отличается друг от друга, поэтому скорость движения и усредняется. В круглой трубе, например, скорость на оси трубы максимальна, тогда как у стенок трубы она равна нулю.

Течение жидкости может быть установившимся и неустановившимся. Установившимся движением называется такое движение жидкости, при котором в данной точке русла давление и скорость не изменяются во времени

Движение, при котором скорость и давление изменяются не только от координат пространства, но и от времени, называется неустановившимся или нестационарным

Линия тока (применяется при неустановившемся движении) это кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлены по касательной.

Из закона сохранения вещества и постоянства расхода вытекает уравнение неразрывности течений. Представим трубу с переменным живым сечением (рис.3.4). Расход жидкости через трубу в любом ее сечении постоянен, т.е. Q₁=Q₂= const, откуда

Таким образом, если течение в трубе является сплошным и неразрывным, то уравнение неразрывности примет вид:

Уравнение Даниила Бернулли, полученное в 1738 г., является фундаментальным уравнением гидродинамики. Оно дает связь между давлением P, средней скоростью υ и пьезометрической высотой z в различных сечениях потока и выражает закон сохранения энергии движущейся жидкости. С помощью этого уравнения решается большой круг задач.

Рассмотрим трубопровод переменного диаметра, расположенный в пространстве под углом β (рис.3.5).

Выберем произвольно на рассматриваемом участке трубопровода два сечения: сечение 1-1 и сечение 2-2. Вверх по трубопроводу от первого сечения ко второму движется жидкость, расход которой равен Q.

Кроме пьезометров в каждом сечении 1-1 и 2-2 установлена трубка, загнутый конец которой направлен навстречу потоку жидкости, которая называется трубка Пито. Жидкость в трубках Пито также поднимается на разные уровни, если отсчитывать их от пьезометрической линии.

Пьезометрическую линию можно построить следующим образом. Если между сечением 1-1 и 2-2 поставить несколько таких же пьезометров и через показания уровней жидкости в них провести кривую, то мы получим ломаную линию (рис.3.5).

Однако высота уровней в трубках Пито относительно произвольной горизонтальной прямой 0-0, называемой плоскостью сравнения, будет одинакова.

Если через показания уровней жидкости в трубках Пито провести линию, то она будет горизонтальна, и будет отражать уровень полной энергии трубопровода.

Для двух произвольных сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Бернулли имеет следующий вид:

Так как сечения 1-1 и 2-2 взяты произвольно, то полученное уравнение можно переписать иначе:

и прочитать так: сумма трех членов уравнения Бернулли для любого сечения потока идеальной жидкости есть величина постоянная.

С энергетической точки зрения каждый член уравнения представляет собой определенные виды энергии:

Следовательно, согласно уравнению Бернулли, полная удельная энергия идеальной жидкости в любом сечении постоянна.

В этом случае уравнение Бернулли можно прочитать так: сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высоты для идеальной жидкости есть величина постоянная.

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости несколько отличается от уравнения

Дело в том, что при движении реальной вязкой жидкости возникают силы трения, на преодоление которых жидкость затрачивает энергию. В результате полная удельная энергия жидкости в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии (рис.3.6).

Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются и имеют также линейную размерность.

Уравнение Бернулли для реальной жидкости будет иметь вид:

Из рис.3.6 видно, что по мере движения жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2 потерянный напор все время увеличивается (потерянный напор выделен вертикальной штриховкой). Таким образом, уровень первоначальной энергии, которой обладает жидкость в первом сечении, для второго сечения будет складываться из четырех составляющих: геометрической высоты, пьезометрической высоты, скоростной высоты и потерянного напора между сечениями 1-1 и 2-2.

Кроме этого в уравнении появились еще два коэффициента α₁ и α₂, которые называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости ( α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима ).

Потерянная высота складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)

Для измерения скорости в точках потока широко используется работающая на принципе уравнения Бернулли трубка Пито (рис.3.7), загнутый конец которой направлен навстречу потоку. Пусть требуется измерить скорость жидкости в какой-то точке потока. Поместив конец трубки в указанную точку и составив уравнение Бернулли для сечения 1-1 и сечения, проходящего на уровне жидкости в трубке Пито получим

Для измерения расхода жидкости в трубопроводах часто используют расходомер Вентури, действие которого основано так же на принципе уравнения Бернулли. Расходомер Вентури состоит из двух конических насадков с цилиндрической вставкой между ними (рис.3.7). Если в сечениях I-I и II-II поставить пьезометры, то разность уровней в них будет зависеть от расхода жидкости, протекающей по трубе.

Выражение, стоящее перед , является постоянной величиной, носящей название постоянной водомера Вентури.

Из полученного уравнения видно, что h зависит от расхода Q. Часто эту зависимость строят в виде тарировочной кривой h от Q, которая имеет параболический характер.

Источник

Построение поперечных профилей и вычисление морфометрических характеристик русла

Поперечные профили строятся для определения фор­мы и размеров водного сечения, а также для графиче­ской интерполяции отметок между промерными точками при составлении плана русла реки (участка).

Каждый поперечный профиль водного сечения для промерного участка реки строится на миллиметровой бу­маге (формат 203X288 или 288X407 мм) в масштабах: горизонтальный 1 см — 1 м, вертикальный 1 см — 0,2 м или 1 см — 0,5 м (рис. 10). Профиль строится по данным записи в промерной книжке (см. табл. 3), причем на каждой промерной вертикали откладывается глубина со срезкой и точки дна соединяются прямыми линиями. На линии поверхности воды выписывается рабочий уро­вень в абсолютных отметках, к которому отнесены про­меры.

Для каждого профиля вычисляются основные мор-фометрические характеристики водного сечения, ис­пользуемые для гидрологических и гидравлических рас­четов, вычисления расхода воды и т. д.

Площадь водного сечения ω (F) — площадь, ограни­ченная профилем русла и уровнем воды (м 2 ), определя­ется планиметрированием или с. помощью палетки или вычисляется аналитическим способом. Промерные вер­тикали разбивают водное сечение на ряд трапеций, итолько участки, примыкающие к урезам берега, могут иметь форму прямоугольного треугольника, если глуби­на на урезе равна нулю (рис. 11).

Площадь прибрежных участков, имеющих форму тре­угольника, вычисляется по формулам:

и .

Площадь отдельной трапеции между какими-либо промерными веритикалями определяется по формуле:

Общая площадь водного сечения реки вычисляется как сумма частных площадей

Рис. 10. Поперечный профиль водного сечения № 1 (р. Березина—«Геобаза БГУ»): Н=103,86 м; F=18,14 м»; B=18.00 м; h_ср.= 1,00 м; h_max= 1,41 м; χ= 18,52 м; R=0,98 м.

На гидрометрических створах, при измерении расходов воды через поперечное сечение реки, кроме площади.

Рис. 11. Схема вычисления площади водного сечения и длины смочен­ного периметра

водного сечения определяют площадь живого сечения, которая при наличии течения воды в пределах всего се­чения равна ему, а при наличии в нем мертвого прост­ранства (застойная зона) меньше площади водного се­чения на величину площади мертвого пространства.

Ширина реки (водного сечения) В определяется как разность между расстояниями от постоянного начала до урезов берега.

Средняя глубина h_ср водного сечения вычисляется как частное от деления площади водного сечения на его ширину А_Ср —ю/5.

Максимальная глубина п_тах на профиле устанавли­вается по данным промерной книжки из исправленных глубин на срезку.

Смоченный периметр χ — длина линии дна реки на профиле между урезами воды. Величина χвычисляется

как сумма гипотенуз прямоугольных треугольников (см. рис.11) по формуле

где b₁, b₂, …, b_n+1— расстояния между промерными вер­тикалями, м; h₁,h₂, …, h_n — глубина промерных верти­калей, м.

Из сопоставления значения ширины водного сечения В = 18,00 м и смоченного периметра χ=18,52 м (см. рис. 10) видно, что для данной формы русла эти величины близки между собой.

Гидравлический радиус R— частное от деления пло­щади водного сечения на длину смоченного периметра: R=ω/χ. Для равнинных рек, ширина русел которых близка к смоченному периметру, величина гидравличе­ского радиуса близка к средней глубине (см. рис. 10): h_ср=ω/B=1,00 м; R=ω/χ=0,98 м.

Гидравлический радиус можно заменить средней глу­биной при условии, что h_ср/B

Источник

Что такое живое сечение и мертвое пространство

4. Основы гидродинамики

Гидродинамика изучает законы движения жидкостей и взаимодействия их с соприкасающимися телами [4]. В теоретической гидродинамике принята струйная модель потока жидкости, где элементарная струйка представляет собой часть потока бесконечно малого сечения. Причём, скорость частиц жидкости в пределах сечения струйки одинакова. Для описания геометрии потока используются следующие кинематические элементы:

Отметим, что при напорном движении жидкости в трубе жидкость занимает весь внутренний объём и смоченный периметр равен геометрическому параметру трубы.

Гидравлический радиус R – это отношение площади живого сечения к смоченному периметру, т.е.

, м (4.1)

При напорном движении в круглой трубе , где — геометрический радиус трубы, d – внутренний диаметр.

** Гидравлический радиус круглой трубы…..

Основными гидравлическими характеристиками потока являются

расход жидкости, средняя скорость и давление.

Расход – это количество жидкости, протекающее через живое сечение потока в единицу времени.

Количество жидкости может измеряться в различных физических величинах и в соответствии с ними расход может быть объёмный, массовый и весовой.

Рассмотрим математические выражения различных видов расходов для элементарных струек:

dQ = , (4.2)

dM = , (4.3)

где — плотность жидкости.

dG = (4.4)

, м 3 /с (4.5)

где — средняя скорость потока.

Одним из основных уравнений гидродинамики является уравнение неразрывности потока, которое связывает между собой скорости потока и площади живых сечений при условии постоянства расхода в различных сечениях [5]. Для несжимаемой жидкости это уравнение имеет следующий вид:

, (4.6)

Уравнение (3.6) принято представлять в виде пропорции:

Из выражения (3.7) можно сделать вывод: скорости потока обратно пропорциональны площадям живых сечений.

** Вывод уравнения неразрывности потока ….

Это уравнение часто используется при расчётах трубопроводов, состоящих из труб различных диаметров.

В случае движения сжимаемой жидкости (газа) при переходе от одного сечения к другому её удельный вес изменяется, тогда уравнение (3.6) преобразуется в (3.8):

Источник

Расход воды на реках и каналах. Методика выполнения измерений методом «скорость—площадь» (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2

6.1.7. При набеге воды на штангу, необходимо использовать свободно перемещающийся по штанге металлический ползунок со стрелкой — указателем поверхности воды вне зоны набега.

6.2. Промеры глубин на гидростворе при измерении расхода воды

6.2.1. Промеры глубин производятся для определения площади водного сечения F и его отсеков fs. При устойчивом русле допускается использовать результаты предшествующих промеров и не производить их при каждом измерении расхода воды. Устойчивость русла оценивается на основании анализа совмещенных профилей поперечного сечения потока по гидроствору, а также по рассеянию точек эмпирической связи F (H) — зависимости площади водного сечения от уровня воды.

6.2.2. Если при совмещении поперечных профилей отклонение отдельных точек не превышает ±5%, а точки зависимости F (H) отклоняются от осредняющей их кривой не более чем на ±3 %, промеры глубин допускается производить не при каждом измерении расхода воды, а один раз в трех-пяти измерениях.

6.2.3. Промеры глубин необходимо производить при каждом измерении расхода воды одним ходом в следующих случаях:

вертикальные деформации русла выражены, но за время измерения расхода воды не превышают допускаемой среднеквадратической погрешности промеров глубин;

русло устойчиво, свободно от ледовых образований, но измерения расхода проводятся эпизодически (один-два раза за период характерной фазы гидрологического режима).

6.2.4. Промеры глубин следует выполнять при каждом измерении расхода воды в два хода, если:

вертикальные деформации русла за время измерения расхода превышают допускаемую среднеквадратическую погрешность промеров глубин;

расход воды измеряется реже трех раз за фазу водности и в живом сечении отмечаются шуга и внутриводный лед;

русло в створе измерений неровное, сложено валунами или с выходами коренных пород.

6.2.5. В случаях, когда выполнение промеров на пойме затруднено, глубины в пойменной части гидроствора должны определяться по профилю, полученному инструментальной съемкой в меженный период с учетом фактических уровней воды.

6.2.6. В первые два-три года работы гидрологического поста промеры глубин должны выполняться в два хода при каждом измерении расхода воды для обоснования последующих измерений, производимых в соответствии с пп. 6.2.2, 6.2.3.

6.3. Количество промерных вертикалей

6.3.1. Количество промерных вертикалей (или засечек местоположения гидрометрического судна при промерах с помощью эхолота) следует назначать в зависимости от формы профиля водного сечения, исходя из требования: относительная среднеквадратическая погрешность измерения площади сечения не должна превышать 2 %.

6.3.2. В основных руслах равнинных и полугорных рек минимальное количество промерных вертикалей nh (min) следует назначать в соответствии с табл. 4 в зависимости от параметра формы русла.

6.3.3. При неоднородном распределении глубин по ширине потока необходимо назначать дополнительные промерные вертикали в гидростворе на всех участках излома линии дна.

6.4. Местоположение промерных вертикалей

6.4.1. В основных руслах промерные вертикали следует размещать равномерно по ширине реки и дополнительно в переломных точках поперечного профиля.

6.4.2. На реках с неустойчивым руслом в зоне максимальных глубин число промерных вертикалей следует увеличить в 1,5 раза.

6.5. Вычисление рабочей глубины на вертикали

6.5.1. Рабочая глубина на вертикалях должна рассчитываться по имеющемуся поперечному профилю с учетом срезки уровня, если имеет место несовпадение уровней при промерах и измерении расхода воды. При измерении расхода воды используются данные предварительных промеров.

6.5.2. При выполнении промеров глубин в два хода рабочая глубина на вертикалях вычисляется как среднее арифметическое из двух промеров.

6.5.3. В случаях, когда измерение глубины на скоростных вертикалях по условиям работы производится с меньшей погрешностью, чем при промере, на поперечный профиль следует наносить также и глубины, измеренные на скоростных вертикалях. Если эти глубины систематически отклоняются от глубин, полученных от промеров, последние должны быть исправлены на значения систематического отклонения с интерполяцией поправок глубин между скоростными вертикалями.

6.5.4. В качестве рабочих необходимо принимать глубины с исключенным систематическим отклонением в соответствии с пп. 6.1.5 и 6.5.3.

6.6. Вычисление площади водного сечения потока

6.6.1. Площади отсеков водного сечения fs необходимо вычислять по следующим формулам:

, (6.2)

где ms — количество промерных вертикалей в s-м отсеке сечения; hi — рабочая глубина на i-й вертикали, м; bi, bi+1 — расстояние между i-й и (i+1)-й промерными вертикалями.

6.6.2. Площадь водного сечения потока должна определяться по формуле

, (6.3)

где N — число отсеков водного сечения потока.

6.6.3. При наличии в водном сечении зон мертвого пространства расход воды вычисляется по живому сечению потока F

, (6.4)

где — площади между скоростными вертикалями, ограничивающими мертвое пространство потока.

7. ИЗМЕРЕНИЕ И ВЫЧИСЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЙ НА ВЕРТИКАЛИ

7.1. Назначение числа и положения скоростных вертикалей для основного и детального способов измерения расхода воды

7.1.1. Число скоростных вертикалей в створе Nu должно составлять от 8 до 15, в зависимости от особенностей скоростного поля потока. При одномодальной плановой эпюре поверхностных скоростей Nu = 8—10; при многомодальной форме эпюры скоростей Nu = 12—15. Для особо точных измерений при установившемся режиме число скоростных вертикалей может быть увеличено.

7.1.2. Минимально допускаемое число скоростных вертикалей для малых рек и каналов зависит от ширины потока В и составляет;

5 при 3 м £ В 0,1 Q, необходимо назначать не менее трех скоростных вертикалей.

7.2. Точечные способы измерения средней скорости течения на вертикали

7.2.1. Измерение скоростей течения производится на скоростных вертикалях гидрометрическими вертушками, соответствующими ГОСТ 15126—80.

7.2.2. Количество точек измерения и их относительное заглубление под поверхность воды (льда) назначается в зависимости от способа измерения расхода воды, способа крепления гидрометрической вертушки в потоке, состояния русла и соотношения глубины на скоростной вертикали h и диаметра лопастного винта вертушки D в соответствии с табл. 5.

Соотношение рабочей глубины на вертикали h и диаметра лопастного винта D

заросшее, ледостав или шуга

пов.; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; дно

Примечание. Числитель — число точек; знаменатель — относительное заглубление точек на вертикали.

7.2.3. Заглубление вертушки рассчитывается относительно ее горизонтальной оси.

7.3. Установка вертушки в точку измерения скорости потока

7.3.1. При установке вертушки на скоростной вертикали в различных точках по глубине должны быть соблюдены следующие условия:

вертушка располагается таким образом, чтобы кромка лопасти винта находилась на удалении не менее 2—3 см от поверхности воды или дна, а при работе с судна в условиях волнения таким образом, чтобы избежать ударов лопастей о дно реки;

установка вертушки в точках измерения должна выполняться с абсолютной среднеквадратической погрешностью: 1 см — при рабочей глубине на скоростных вертикалях до 1 м; 2 см — при глубинах от 1 до 3 м; 3 см — при глубинах от 3 до 5 м; 5 см — при глубинах более 5 м;

во всех случаях, где это возможно (см. п. 6.1.3), следует применять способ жесткого крепления вертушки на гидрометрической штанге, либо на кронштейне гидрометрического груза типа ПИ-1;

в случае канатного подвеса вертушки должны применяться специальные гидрометрические грузы, отвечающие требованиям п. 6.1.4. При этом глубину погружения вертушки в заданную точку относительно заглубленной части промерного каната допускается определять без поправки на его относ.

7.3.2. При измерении скоростей потока допускается использовать два способа крепления вертушки на штанге:

вертушка жестко закрепляется на штанге зажимными винтами на требуемой высоте и нижний конец штанги опускается до дна потока;

штанга не упирается в дно, а жестко фиксируется так, чтобы ее нижний конец находился на требуемой глубине; вертушка неподвижно крепится на нижнем конце штанги и поднимается или опускается вместе с нею. Ориентация оси вертушки устанавливается по штанговому указателю.

7.4. Продолжительность измерения скорости потока в точке

7.4.1. Продолжительность измерения скорости в точке Ти должна составлять не менее 100 с.

7.4.2. При обосновании ускоренных способов измерения расходов воды следует рассчитывать необходимое значение Ти, обеспечивающее сглаживание пульсаций скорости, в зависимости от допускаемой погрешности измерений dД, числа Ka и среднего времени корреляции скорости tк, с;

, (7.3)

Минимальное допускаемое значение Ти для любых условий должно быть не менее 40 с. Методика оценки характеристик tк и Ka дана в приложении 2.

7.4.3. В тех случаях, когда одновременно со значением модуля скорости течения определяется и его направление, за время измерения скорости должно быть зафиксировано не менее 10 значений направления течения через равные интервалы времени.

7.5. Вычисление средней скорости течения на вертикали по данным измерений точечным способом

7.5.1. Вычисление средней скорости на вертикали производится по данным точечных измерений скорости на основе следующих формул.

При свободном ото льда и водной растительности русле применяется:

двухточечный способ при монотонном убывании скоростей от поверхности ко дну потока

двухточечный способ при заглубленном максимуме скорости потока (в том числе при ледоставе)

одноточечный способ при монотонном убывании скоростей от поверхности ко дну потока

При заросшем русле и наличии ледяного покрова применяются:

; (7.9)

Характер распределения скоростей по глубине потока и значение коэффициента K в формуле (7.10) устанавливаются на основании предыдущих многоточечных измерений, а при их отсутствии коэффициент K принимается равным 0,9.

7.5.2. Графический способ определения средней скорости на вертикали применяется при измерении скоростей в пяти и более точках. При этом строится эпюра распределения скоростей по глубине потока, а средняя скорость на вертикали вычисляется по формуле

где q — элементарный расход, м2/с, представляющий собой площадь эпюры скорости в масштабе чертежа, получаемую в результате планиметрирования.

7.5.3. При работе вертушкой на канатном подвесе в условиях косоструйности, характеризуемой средним углом отклонения a направления струй на вертикали от нормали к гидроствору, среднюю скорость на вертикали необходимо определять по формуле

где uи — средняя скорость на вертикали, вычисленная без учета косоструйности.

7.5.4. Поправка на косоструйность не вводится при измерении скорости вертушкой, жестко закрепленной на штанге нормально к гидроствору, и значениях среднего угла косоструйности a, не превышающих критического для данного типа вертушки угла aк, при котором систематическая погрешность измерения продольной составляющей скорости превышает 1,5 %.

В случае, когда a > aк, необходимо использовать канатный подвес вертушки, а вычисление средней скорости на вертикали производить с введением поправки на косоструйность согласно п. 7.5.5.

7.5.5. Измерения косоструйности производятся по результатам пуска поверхностных поплавков с геодезической засечкой их положения на участке измерений. При невозможности выполнения этих наблюдений допускается использование привязных поверхностных, либо заглубленных поплавков на нити длиной lн » h (где h — глубина потока на вертикали) с измерением угла отклонения нити от нормали к гидроствору с помощью геодезического транспортира. При малых глубинах потока lн должна составлять не более 1 м.

7.5.6. При наличии средств для измерения косоструйности по глубине потока необходимо в каждой точке на вертикали при измерении скорости потока выполнять измерение направлений течения согласно п. 7.4.3.

7.6. Вычисление средней скорости на вертикали по данным интеграционных измерений

7.6.1. При выполнении интеграционных измерений скорости на вертикали необходимо выдерживать следующее соотношение между скоростью перемещения вертушки v и продольной скоростью потока u, в зависимости от допускаемой погрешности интеграции dД:

7.6.2. Продольная составляющая средней скорости течения на скоростной вертикали устанавливается с использованием градуировочного графика вертушки по частоте вращения лопастного винта, определенной как частное от деления суммарного числа оборотов винта за время интеграции на время интеграции.

7.6.3. При интеграционном измерении скорости на вертикали среднее значение скорости вычисляется по формуле (7.12), при этом значение среднего угла косоструйности на вертикали принимается по данным специальных наблюдений, выполненных согласно п. 7.5.5.

7.6.4. Для исключения систематической положительной погрешности интегрирования средней скорости на вертикали, обусловленной неполным освещением придонной зоны потока, в измеренное значение скорости следует вводить корректирующий множитель Kh:

где a — относительное минимальное удаление оси вертушки от дна потока (в долях от глубины).

8. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЕ РАСХОДА ВОДЫ

8.1. Вычисление расхода воды на основе линейно-детерминированной модели при основном или детальном способе измерений

8.1.1. В соответствии с линейно-детерминированной моделью (в дальнейшем ЛД-моделью) расход воды рассчитывается по формуле

, (8.1)

Вычисление средней скорости на вертикали ui должно производиться в соответствии с пп. 7.5 и 7.6. Порядок вычисления площадей отсеков поперечного сечения потока приводится в разд. 6.

8.1.2. Коэффициенты K1 и Kn для скоростей u1 и un на прибрежных скоростных вертикалях при отсутствии мертвого пространства принимаются равными:

0,7 — при пологом береге с нулевой глубиной на урезе; вблизи границы скопления неподвижной шуги;

0,8 — при естественном обрывистом береге или неровной стенке (бут, неотесанный камень);

0,9 — при гладкой бетонной или сплошь обшитой досками стенке, а также при течении воды поверх льда.

При наличии мертвого пространства в прибрежной зоне коэффициенты K1 и Kn равны соответственно 0,5.

8.1.3. ЛД-модель допустимо использовать при вычислении расхода воды при числе скоростных вертикалей Nu, удовлетворяющем требованиям п. 7.1.2.

8.2. Вычисление расхода воды на основе интерполяционно-гидравлической модели при сокращенном способе измерений

8.2.1. Применение сокращенного способа измерений с последующим вычислением расхода воды по интерполяционно-гидравлической модели является целесообразным и допускается, если при уменьшении числа скоростных вертикалей до трех-пяти (для потоков с шириной сечения более 10 м) отклонения результатов измерения от значений, полученных детальным способом, носят случайный характер, а среднеквадратическое отклонение не превышает 5 %.

8.2.2. Согласно линейной интерполяционно-гидравлической модели (в дальнейшем ЛИГ-модели), расход воды должен вычисляться по формуле

, (8.2)

где Ds — число отсеков водного потока; i, j — индексы ограничивающих s-й отсек скоростных вертикалей; Ps — весовой коэффициент, равный 0,7 для прибрежных отсеков и 0,5 — для основного водного сечения; а — гидравлический коэффициент, вычисляемый по формуле

, (8.3)

где Nu — число скоростных вертикалей в живом сечении.

8.2.3. В случае, когда живое сечение потока состоит из выраженных гидравлически обособленных зон (например, разделено затопленным осередком), в каждой из них необходимо вычислять расход воды как для отдельного русла, а общий расход в гидростворе определять суммированием этих значений.

8.2.4. Прибрежные скоростные вертикали (или ближайшие к границе обособленных зон сечения) должны быть расположены на удалении не более 0,3 bk от урезов (или границ обособленных зон), где bk — ширина соответствующей гидравлически обоснованной зоны живого сечения.

8.3. Графический способ вычисления расхода воды

8.3.1. Графический способ целесообразно применять при сложном распределении скоростей по глубине и ширине потока, обеспечив достаточно большое количество (не менее пяти) точек измерения скоростей течения на вертикали и число вертикалей в сечении Nu ³ 8.

8.3.2. Расход воды вычисляется в следующем порядке:

на миллиметровой бумаге вычерчивается профиль поперечного сечения по расчетному уровню воды и приведенным к нему глубинам, с нанесением скоростных вертикалей;

вычерчиваются эпюры распределения скорости течения по вертикали и определяются средние скорости на вертикалях посредством планиметрирования площадей эпюр, выражающих элементарный расход воды на скоростных вертикалях (см. п. 7.5.2);

на профиль живого сечения наносится плавная эпюра распределения средних скоростей на вертикали по ширине потока u (в);

на основе эпюры u (в) и профиля глубин строится эпюра распределения по ширине потока элементарного расхода воды q (в).

расход воды определяется как площадь эпюры q (в).

8.3.3. Масштаб изображения эпюр распределения скоростей, глубин и удельных расходов должен выбираться таким, чтобы все элементы расхода воды, вычисляемые графическим способом, размещались на листе миллиметровой бумаги размером 407×288 или 407х576 мм.

Наиболее удобными масштабами изображения являются:

для эпюр скоростей: вертикальный — в 1 см 0,5 м; горизонтальный — в 1 см 0,2 м/с;

для профиля глубин: вертикальный — в 1 см 0,5 м; горизонтальный — в 1 см 2, 5, 10, 20 м;

для кривой элементарных расходов: вертикальный — в 1 см 1 м2/с.

8.4. Вычисление уровня, соответствующего измеренному расходу воды

8.4.1. Для построения кривой расхода Q (H) измеренному расходу воды Q должен соответствовать уровень Н, при котором расход Q измерен:

, (8.4)

где Hs — уровень воды, отвечающий частичному расходу qs, полученный интерполяцией между наблюдаемыми значениями уровней (см. п. 4.2).

8.4.2. Если относительное изменение уровня за время измерения расхода воды не превышает 2 % от средней глубины сечения, применяется упрощенная формула

, (8.5)

где Hн и Hк — соответственно уровни воды в начальный и конечный период времени измерений.

8.4.3. Расчетный уровень, определенный для дополнительного поста, приводится к уровню на основном посту по связи соответственных уровней.

8.5. Оперативный контроль точности измерений

8.5.1. Контроль точности измерений должен выполняться непосредственно на гидростворе при производстве измерений. Сомнительные значения элементов расхода воды (глубины, скорости, расстояния, уровня) уточняются и исправляются либо подтверждаются проведением повторных измерений.

8.5.2. При устойчивой (однозначной) связи расхода и уровней расход воды измеряется с целью контроля устойчивости многолетней кривой расхода Q (H). В свою очередь эта кривая используется для оперативного контроля точности измерений и выявления промахов наблюдений на основе критериального соотношения

, (8.6)

где dQi — относительное отклонение i-го измеренного расхода от кривой Q (H); — относительное среднеквадратическое отклонение от кривой Q (H) расхода, принятых для обоснования связи.

При соблюдении условия (8.6) расход воды считается измеренным надежно. В противном случае измерение должно быть повторено, и, если первоначальное значение Qi подтверждается, оно и принимается в качестве действительного значения для учета стока и корректировки связи Q (H).

9. ОПТИМИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

9.1. Оптимизация детальности измерений

9.1.1. Характеристиками детальности измерительного процесса являются:

Ns — число частичных отсеков в сечении потока;

ns — среднее число промерных вертикалей в частичном отсеке сечения;

Nm — среднее по сечению число точек измерения скорости на скоростной вертикали.

9.1.2. Детальность измерительного процесса считается оптимальной, если вектор (комбинация) характеристик детальности (Ns, ns, Nm) удовлетворяет условию

где SQ — относительная, суммарная погрешность измерений; dД — допускаемая погрешность.

9.1.3. Поставленная задача оптимизации относится к классу некорректных, так как допускает неоднозначность решений, т. е. неединственность выбора оптимального вектора характеристик детальности. На практике достаточно остановиться на любом векторе (Ns, ns, Nm), удовлетворяющем условию (9.1) и обеспечивающем достаточные удобство и безопасность, удовлетворительные трудоемкость и энергоемкость процесса измерений расхода воды.

9.1.4. Суммарная относительная среднеквадратическая погрешность SQ оценивается с учетом методических, инструментальных и неустраненных систематических погрешностей по формуле

, (9.2)

где sQ(осн) — основная составляющая; sнс — неустраненная систематическая погрешность.

Если отсутствуют специальные исследования для оценки sнс, ее значение принимается равным погрешности sQ(осн).

9.1.5. Основная составляющая sQ(осн) вычисляется по формуле частных погрешностей

, (9.3)

где и — случайные составляющие основной погрешности измерения площади и средней скорости потока в отсеках живого сечения; Ns — число отсеков в живом сечении; s — индекс текущей нумерации отсеков; b — метрологический параметр, характеризующий равномерность распределения частичного расхода по ширине потока

,

Наименьшее значение параметра b = 1 (при фиксированном Ns) достигается в случае равенства частичного расхода qs (при соблюдении требований п. 7.1.3.).

9.1.6. Для практических расчетов оценки составляющих и допустимо выполнять по графическим зависимостям на черт. 1 и 2.

Зависимость относительной случайной средней квадратической погрешности измерения площади отсека живого сечения от числа промерных вертикалей и параметра формы сечения

ns — числа промерных вертикалей в отсеке; j — параметр формы сечения

Зависимость относительной случайной среднеквадратической погрешности измерения средней скорости в отсеке от числа Кармана Ka и среднего числа точек Nm измерения скорости на вертикали

9.2. Оптимизация длительности измерений

9.2.1. Длительность измерительного процесса Ти является одним из определяющих факторов точности измерений расхода: при уменьшении Ти погрешность возрастает за счет недостаточного осреднения пульсаций скорости; при увеличении Ти возрастает погрешность, обусловленная «срезкой» пиков и провалов водности при прохождении волн попусков и паводков. Длительность Ти должна находиться в интервале

где Tmin и Tmax — минимально и максимально допустимая длительности измерительного процесса.

Время Tmin определяется из зависимости (7.3), а Tmax — по формуле

, (9.6)

где Тп — период колебания волн попуска (паводка), ч или сут; j — фаза периода колебаний, на которую приходится середина интервала времени измерений Ти; 0 £ j £ 2p; А — относительная амплитуда волн попуска

, (9.7)

где Qmax и Qc — максимальный и средний за период попуска расходы воды соответственно.

10. ТРЕБОВАНИЯ К КВАЛИФИКАЦИИ ИСПОЛНИТЕЛЯ И ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ

10.1. Требования к квалификации исполнителя

10.1.1. Квалификация наблюдателя должна соответствовать условиям, средствам и методам измерений.

На малых реках, в условиях межени и небольшой глубины потока, когда допустимо производство наблюдений вброд, а из технических средств используются лишь вертушка и гидрометрическая штанга, а также в других случаях к измерениям расходов воды допустимо привлекать технический персонал с квалификацией гидрометеонаблюдателя, специально обученный и проинструктированный относительно особенностей измерений в данном створе.

10.1.2. В тех случаях, когда используются более сложные технические средства (например, дистанционные установки, различного типа судовые комплексы, эхолоты и т. д.), а также в период повышенной опасности наблюдений при высокой водности потока, значительных глубинах и скоростях течения, при неустойчивости русла, значительной косоструйности потока и других осложняющих измерения факторах к работе следует привлекать исполнителей с квалификацией не ниже техника-гидролога.

10.1.3. Наблюдатель должен знать принцип действия и устройства средств измерения и уметь обращаться с ними при выполнении, измерений; знать водный и русловой режим на участке измерений и условия их выполнения при различных фазах режима; уметь использовать электронные калькуляторы для обработки расходов воды и результатов измерений.

10.2.1. К выполнению измерений расхода воды в открытых руслах допускаются только лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности. Результаты инструктажа фиксируются в специальном журнале, хранящемся на гидрологической станции.

10.2.2. При выполнении измерений расходов воды необходимо руководствоваться «Правилами по технике безопасности при производстве наблюдений и работ на сети Госкомгидромета» (Гидрометеоиздат, 1983).

11. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА

11.1. При выполнении измерений расхода воды должны быть применены измерительные установки, средства измерений и устройства, приведенные в табл. 7.

Наименование измерительной установки, измерительной системы, средства измерений, устройства

Наименование измеряемых физических величин и параметров

Вертушка гидрометрическая: ГР-21, ГР-99

Средняя скорость потока

Горизонтальное проложение до точки визирования

Источник