Измерение скоростей течения в реке

Для измерения скорости используют: приборы и приспособления как метки течения – поплавки поверхностные и глубинные, а также вносимы в поток жидкости; приборы, основанные на физических эффектах, создаваемых текущей водой – термогидрометры, ультразвуковые и электромагнитные измерители скорости; приборы, основанные на динамическом действии потока воды - гидрометрические вертушки.

Поплавки применяются для приближенного определения направления течения и поверхностных скоростей. Этот способ измерения скоростей воды поплавками применяется также, когда иные средства не могут быть использованы: при ледоходе, большой мутности воды, малых скоростях потока. Однако поплавки не могут использоваться при большом ветре.

Для измерения поверхностных скоростей выбирают прямой участок реки длиной не менее L = 50 V_max и на нем разбивают четыре створа: пусковой, верхний, средний и низовой. На воду пускают одновременно два-три поплавка с пускового створа. Когда поплавок пе­ресекает верхний створ, включают секундомер, а на низовом створе секундомер останавливают, отмечая время t тогда скорость V_n = L / t.

Наиболее совершенным и распространенным инструментом для измерения скоростей течения в реке является гидрометрическая вертушка. Наибольшее распространение для измерения скорости течения получила вертушка Жестовского (рис. 6.2.2.1). Она состоит из лопастей, насаженных на ось, герметически закрытого корпуса со счетчиком оборотов внутри контактами и хвоста-руля. Вертушка крепится к штанге или тросу и опу­скается в ту точку потока, в которой нужно измерить скорость. Бла­годаря хвостовому оперению лопасти вертушки сами устанавливаются навстречу потоку и начинают вращаться, замыкая через определенное число оборотов электрические контакты. Сигналы замыкания поступа­ют наверх к наблюдателю и фиксируются им. В вертушках Жестовского импульсы поступают через 20 оборотов. Вертушка предваритель­но тарируется, т. е. находится связь между скоростью и потока и часто­той вращения лопастей. Наблюдатель с помощью секундомера ведет счет импульсов. Данные заносятся в полевую книжку.

Рис. 6.2.2.1. Гидрометрическая вертушка для измерения скорости течения

а) вертушка Жестовского; б) график зависимости скорости V от числа оборотов N

Для измерения скоростей вертушкой оборудуют обычно, так называемые, гидрометрические пере­правы, которые бывают в виде: а) мо­ста балочного или подвесного на тро­сах, б) люльки, перемещающейся по тросу над водой, в) парома (понтона), перемещающегося по тросу или свободно.

Измерения ско­ростей в выбранном гидрометрическом створе проводятся по вертикалям, которые намечаются через равные расстояния, при­нимаемые в зависимости от ширины реки от 0,5 м до 50 м.

При основном способе измерение скоростей вертушкой осуществляется на каждой на­меченной вертикали в 5 точках: у поверхно­сти - на глубине одного или полутора радиусов лопастей вертушки, на глубине 0,2h, 0,6h, 0,8h и у дна, если это позволяет конструкция. При наличии льда первая точка берется от поверхности льда.

Определение средней скорости по вертикали производится по изме­ренным в точках скоростям аналитическим либо графоаналитическим способом. При ускоренных измерениях средняя скорость обычно определяется на глубине 0,6h.

По измеренным скоростям можно построить эпюры скоростей, откладывая в определенных масштабах глубину по вертикали, а ско­рость течения - по горизонтали. Нанесенные на графике точки соеди­няют плавной кривой. Эта кривая есть эпюра скорости.

Общее представление о распределении скоростей по живому се­чению дают линии равных скоростей - изотахи.