Меню

Как проверить скорость течения реки

Измерение скоростей течения в реке

date image2017-12-14
views image3544

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

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 Vmax 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 Vn = 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.

Источник



Элементы водного режима и методы наблюдений за ними

Под влиянием ряда причин, о которых будет сказано ниже, изменяются расходы воды в реках, положение уровенной поверхности ее уклоны и скорости течения. Совокупное изменение расходов воды, уровней, уклонов и скоростей течения во времени называется водным режимом, а изменение величин расходов, уровней, уклонов и скоростей в отдельности — элементами водного режима.

Расходом воды (Q) называется то количество воды, которое протекает через данное живое сечение реки в единицу времени. Величина расхода выражается в м 3 /с. Уровень воды (H) — высота поверхности воды (в сантиметрах), отсчитываемая от некоторой постоянной плоскости сравнения.

Читайте также:  Названия всех рек британии

Наблюдения за колебанием уровня проводятся на водомерных постах (рис. 73) и заключаются в измерении высоты водной поверхности над некоторой постоянной плоскостью, принимаемой за начальную, или нулевую. За такую плоскость обычно принимают плоскость, проходящую через отметку несколько ниже наинизшего уровня воды. Абсолютную или относительную отметку этой плоскости называют нулем графика, в превышениях над которым и даются все уровни.


Рис. 73. Свайный водомерный пост (а) и отсчет уровня воды по переносной рейке (б).

Измерения производятся при помощи водомерной рейки с точностью до 1 см. Рейки бывают двух типов — постоянные и переносные. Постоянные рейки прикрепляются к устоям мостов или к свае, забитой в дно русла у берега. При пологих берегах и больших амплитудах колебаний уровней наблюдения за ними проводятся при помощи переносной рейки. Для этого в русло реки и на пойме забивается ряд расположенных в створе свай.

Отметки головок свай связываются нивелировкой с репером водомерного поста, установленным на берегу, абсолютная или относительная отметка которого известна. Переносной рейкой, устанавливаемой на головке сваи, измеряют уровень воды. Зная отметку головки каждой сваи, можно выразить все измеренные уровни в превышениях над нулевой поверхностью, или нулем графика. Наблюдения на водомерных постах обычно проводятся 2 раза в сутки — в 8 и 20 часов. В период, когда уровни быстро меняются, в течение суток проводятся дополнительные наблюдения через 1, 2, 3 или 6 часов. Для непрерывной регистрации уровней в течение суток применяются самописцы уровней, описание которых можно найти в учебнике гидрометрии (В. Д. Быков и А. В. Васильев). Там же можно ознакомиться с автоматическим режимным регистрирующим (уровень и температуру воды) гидрологическим постом. Переход к автоматизированной системе наблюдений ускоряет получение гидрологической информации и повышает эффективность ее использования.

По данным всех измерений вычисляются средние уровни за каждый день и составляются таблицы ежедневных средних уровней за год. В этих таблицах помещаются, кроме того, средние уровни за каждый месяц и за год и выбираются наивысшие и наинизшие уровни за каждый месяц и год.

Средние, наибольшие и наименьшие уровни называются характерными уровнями. Данные наблюдений за уровнями публикуются в СССР в специальных изданиях — гидрологических ежегодниках. В дореволюционный период эти данные публиковались в «Сведениях об уровнях воды на внутренних водных путях России по наблюдениям на водомерных постах».

По данным ежедневных наблюдений за уровнями строятся графики их колебаний, дающие наглядное представление об уровенном режиме за данный год.

Методы измерения скоростей течения рек

Скорости течения рек обычно измеряются либо поплавками, либо гидрометрическими вертушками. В отдельных случаях величина средней скорости для всего живого сечения вычисляется по формуле Шези. Простейшие и наиболее часто употребляемые поплавки изготовляются из дерева. Поплавки сбрасываются в воду на малых реках с берега, на больших — с лодки. По секундомеру определяется время t прохождения поплавка между двумя соседними створами, расстояние l между которыми известно. Поверхностная скорость течения приравнивается скорости движения поплавка

При измерении скоростей вертушка на штанге или тросе опускается в воду на различные глубины так, чтобы ее лопасти были направлены против течения. Лопасти начинают вращаться, и тем быстрее, чем больше скорость течения. Через определенное число оборотов оси вертушки (обычно через 20) при помощи специального приспособления подается световой или звуковой сигнал. По промежутку времени между двумя сигналами определяется число оборотов в секунду.

Вертушки тарируются в специальных лабораториях или на заводах, где они изготовляются, т. е. устанавливается зависимость между числом оборотов лопасти вертушки в секунду (n об/с) и скоростью течения (v м/с). По этой зависимости, зная п, можно определить v. Измерения вертушкой производятся на нескольких вертикалях, в нескольких точках на каждой из них.

Читайте также:  Картинки речка широкий узкий

Методы определения расходов воды

Расход воды в данном живом сечении может быть определен по формуле

По приведенной формуле расход вычисляется лишь в том случае, если скорость определена по формуле Шези. При измерении скоростей поплавками или вертушкой на отдельных вертикалях определение расхода производится иначе. Пусть в результате измерений известны средние скорости для каждой вертикали. Тогда схема вычисления расхода воды сводится к следующему. Расход воды можно представить в виде объема водяного тела — модели расхода (рис. 76 а), ограниченного плоскостью живого сечения, горизонтальной поверхностью воды и криволинейной поверхностью v = f(H,В), показывающей изменение скорости по глубине и ширине потока. Этот объем, а следовательно, и расход выражается формулой

Так как математически закон изменения v = f(H,В) неизвестен, расход вычисляется приближенно.


Рис. 76 Схема к вычислению расхода воды. а — модель расхода, б — частичный расход.

Модель расхода можно разделить вертикальными плоскостями, перпендикулярными площади живого сечения, на элементарные объемы (рис. 76 б). Общий расход вычисляется как сумма частичных расходов AQ, каждый из которых проходит через часть площади живого сечения wi, заключенную между двумя скоростными вертикалями или между урезом и ближайшей к нему вертикалью.

Таким образом, общий расход Q равен

Средняя скорость для всего живого сечения при известном расходе воды Q вычисляется по формуле v =Q/w .

Для измерения расходов воды применяются и другие методы, например на горных реках используется метод ионного паводка.

Подробные сведения по определению и вычислению расходов воды излагаются в курсе гидрометрии. Между расходами воды и уровнями существует определенная зависимость Q — f(H), известная в гидрологии как кривая расходов воды. Подобная эмпирическая кривая представлена на рис. 77 а.

Она проведена по измеренным расходам воды в реке в период, свободный ото льда. Точки, соответствующие зимним расходам воды, ложатся влево от летней кривой, так как расходы, измеренные при ледоставе Qзим (при одной высоте стояния уровня), меньше летних QЛ. Уменьшение расходов есть следствие увеличения шероховатости русла при ледовых образованиях и уменьшения площади живого сечения. Соотношение между Qзим и Qл, выражаемое переходным коэффициентом

Кривая расходов позволяет определять ежедневные расходы воды реки по извест-ным уровням, наблюдаемым на водомерных постах. Для периода, свободного ото льда, пользование кривой Q = f(H) не вызывает затруднений. Ежедневные расходы при ледоставе или других ледовых образованиях можно определить с помощью той же кривой Q = f(H) и хронологического графика Kзим = f/(T), с которого снимаются значения Кзим на нужную дату:

Существуют и другие способы определения зимних расходов, например по «зимней» кривой расходов, если ее удается построить.

Однозначность кривой расходов воды в ряде случаев нарушается и в период, свободный ото льда. Наиболее часто это наблюдается при неустойчивом русле (намыв, размыв), а также при возникновении переменного подпора, вызванного несовпадением хода уровней данной реки и ее притока, работой гидротехнических сооружений, зарастанием русла водной растительностью и другими явлениями. В каждом из этих случаев выбираются те или иные способы определения ежедневных расходов воды, излагаемые в курсе гидрометрии.

По данным ежедневных расходов воды можно вычислить средние расходы за декаду, месяц, год. Средние, наибольшие и наименьшие расходы за данный год или за ряд лет называются характерными расходами. По данным ежедневных расходов строится календарный (хронологический) график колебаний расходов воды, называемый гидрографом (рис.78).


Рис. 78. Гидрограф.

Источник

Особенности решения задач на определение скорости течения реки. Примеры решений

Одними из увлекательных задач по математике и физике, которые предлагает учитель решить школьникам, являются задачи на определение скорости течения реки. В данной статье рассмотрим особенности решения этих задач и приведем несколько конкретных примеров.

Читайте также:  Оснастка для быстрых рек фидер

О каких задачах пойдет речь?

Каждый знает, что вода в реке обладает некоторой скоростью течения. Равнинные реки (Дон, Волга) текут относительно медленно, небольшие же горные реки отличаются сильным течением и присутствием водяных воронок. Любой плавающий предмет, который брошен в реку, будет удаляться от наблюдателя со скоростью течения реки.

Люди, которые купались в реке, знают, что против ее течения плыть очень тяжело. Чтобы продвинуться на несколько метров, необходимо приложить намного больше усилий, чем при движении в стоячей воде озера. Наоборот, движение по течению осуществляется практически без каких-либо затрат энергии. Достаточно лишь поддерживать тело на плаву.

Все эти особенности позволяют сделать следующий важный вывод: если тело, имеющее в стоячей воде скорость v, будет двигаться в русле реки, то его скорость относительно берега будет равна:

  • v + u для движения по течению;
  • v — u для движения против течения.

Здесь u — скорость течения.

Если тело движется под некоторым углом к течению, то результирующий вектор его скорости будет равен сумме векторов v¯ и u¯.

Формулы, которые необходимо запомнить

Помимо приведенной выше информации, для решения задач на скорость течения реки следует запомнить несколько формул. Перечислим их.

Скорость течения является величиной постоянной, а вот скорость тела (лодки, катера, пловца) в общем случае может меняться, как по величине, так и по направлению. Для равномерного прямолинейного движения справедливой будет формула:

Где S — пройденный путь, v — скорость перемещения тела. Если движение происходит с ускорением a, тогда следует применять формулу:

Помимо этих формул, для успешного решения задач следует уметь пользоваться тригонометрическими функциями при разложении векторов скорости на составляющие.

Источник

Как проверить скорость течения реки

Скорость течения реки нужно знать, например, чтобы рассчитать надежность паромной переправы или определить безопасность купания. Скорость течения может различаться на разных участках.
Статьи по теме:

  • Длинная прочная веревка, секундомер, плавучий объект яркой расцветки, деревянные колья высотой в один метр, землемерный циркуль.

Инструкция
1 Найдите участок берега, где течение реки постоянно. Установите в землю деревянный кол, отмерьте от него пятьдесят или сто метров вдоль берега, воткните в этом месте второй кол. Протяните между двумя колышками веревку. Эта линия должна быть параллельна течению реки.
2 На каждом колу закрепите прямую палку, перпендикулярно линии замера, при этом палки должны быть направлены к реке. Такие палки называют траверсами, они служат для удобного прицеливания во время замеров.
3 Замеры проходят следующим образом: первый человек с плавучим объектом уходит вверх по течению от первого колышка, у которого стоит второй, наблюдая течение по траверсу. При этом третий человек стоит у второго траверса с секундомером. Необходимую перекличку начинает третий участник, сообщая о готовности, затем о своей готовности сообщает второй.
4 Первый командует «Старт», бросая плавучий объект в реку. Когда объект пересечет первый траверс, второй участник подает звуковой сигнал, по которому третий участник эксперимента запускает секундомер. Когда плавучий объект пересекает второй траверс, секундомер выключается.
5 Теперь, обладая всеми необходимыми данными, легко вычислить скорость реки по формуле v=s/t, где s – расстояние между колышками, t – время, понадобившееся плавучему предмету, чтобы преодолеть это расстояние, а v – искомая скорость течения реки. Лучше всего повторить этот эксперимент два или три раза, определив в итоге боле точное среднее значение. Видео по теме

Обратите внимание Участники эксперимента должны отлично слышать друг друга. Возможно использование раций или мобильных телефонов, если мерная линия превышает сто метров. Полезный совет В качестве плавучего объекта используйте что-нибудь яркое и легкое – резиновый мяч, большой пенопластовый поплавок, раскрашенную доску.

Проводите измерения в безветренный день, чтобы убрать влияние ветра на плавучий объект. Статьи по теме:

Источник

Adblock
detector