Р. Р. Масумов Методы измерения расхода воды
Немного истории измерения расхода воды
жүктеу/скачать 4,1 Mb. Pdf көрінісі
|
watlib-11-2015
| Немного истории измерения расхода воды
Расход воды – основная гидрологическая характеристика любого водотока, которая необходима при проектировании различных гидротехнических сооружений; гидроэлектрических станций - для расчета их мощности; оросительных систем - чтобы знать реальную площадь орошаемых земель; эксплуатационным службам для управления и распределения водных ресурсов среди сельскохозяйственных пользователей воды; речного питьевого и промышленного водоснабжения - для расчета количества воды для населенных пунктов и нужд производства без ущерба экологии и т. д. Расход небольших водотоков (ручья, источника, ключа) можно измерить непосредственно, так называемым объемным способом. Для этого необходимо водоток перекрыть небольшой запрудой, вывести из нее желоб, по которому вода водотока свободно стекала бы в сосуд с известным объемом, и измерять – за сколько секунд сосуд наполнится водой, вытекающей из желоба. Объемный способ измерения расхода воды предложил древнегреческий философ Герон Александрийский около 100 г. н. э. Он рекомендовал применять для определения продолжительности наполнения сосуда... солнечные часы! Правда, он не брал для измерений сосуд, а выкапывал в русле малой речки целый бассейн. Если расход водотока настолько велик, что собрать воду в мерный сосуд невозможно, его не измеряют, а вычисляют по измеренной скорости течения потока и площади его поперечного сечения (метод «скорость - площадь»). Любопытно, что, казалось бы, азбучная истина, составляющая ныне основу элементарной гидравлики: расход потока равен площади его поперечного сечения, умноженной на скорость (Q = Fv), вошла в науку лишь после 1628 г., когда она была установлена учеником Галилея итальянцем Бенедетто Кастелли. До этого расход воды потока считался пропорциональным только площади его поперечного сечения. Даже римлянам приходилось строить замечательные акведуки и водопроводы, определяя расход воды в них только по площади поперечного сечения. Правда, до Кастелли положение о том, что расход воды равен площади сечения, умноженной на скорость, установил Герон Александрийский на рубеже 2 в. н. э., но оно не привлекло внимания ученых. В настоящее время, чтобы получить площадь поперечного сечения реки при определении ее расхода, измеряют ширину реки и ее глубину на разных расстояниях от берега. Измерить скорость течения значительно сложнее, так как в различных точках сечения она неодинакова - у дна и берегов вода течет медленнее (вследствие трения о дно), посредине реки быстрее. Поэтому приходится измерять скорость не в одной точке речного потока, а на разной глубине и на разных расстояниях от берега по поперечному профилю. Библиотека водника, выпуск 11 6 Скорость измеряют с помощью основного гидрометрического прибора - гидрометрической вертушки. Изобретение этого прибора в конце XVIII в. немецким инженером-гидротехником Р. Вольтманом составило целую эпоху в истории гидрометрии и гидрологии. Основная часть вертушки - винтовая лопасть (пропеллер, ротор), которая приводится в движение (вращается) текущей водой - чем быстрее течение, тем быстрее крутится лопасть, которая соединена со счетчиком оборотов. В первоначальной вертушке Вольтмана механический счетчик оборотов был прикреплен к оси вертушки и находился под водой, поэтому для каждого отсчета скорости течения вертушку приходилось вытаскивать из воды. Современные вертушки снабжены электрическим счетчиком, показания которого передаются на мостик, в лодку или катер, где сидит техник-гидрометр, измеряющий расход воды. Электрический счетчик значительно ускорил измерение расхода воды вертушкой, но все же метод «скорость - площадь» остается еще очень громоздким и трудоемким, в особенности на больших реках, где одно измерение занимает много часов. Например, первое измерение расхода воды Амазонки заняло трое суток, в нем участвовали военные корабли бразильского флота и, не считая бразильских специалистов, работали четыре инженера-гидролога гидрологической службы США. Расход Амазонки был измерен впервые в 1963 г., лишь через 463 года после открытия ее В. Пинсоном! Измерялся расход не в устье, где ширина реки достигает многих километров и определить его почти невозможно, а на суженном участке русла около города Обидус, в нижнем течении (площадь бассейна около 5 млн. км 2 ). Здесь ширина Амазонки составляет «всего» 2,3 км, средняя глубина около 45 м (максимальная превышает 60 м). Средний расход воды у этого города оказался равным 170 тыс. м 3 /с, а отнесенный к устью реки - 220 тыс. м 3 /с Это примерно в 2 раза больше, чем считали до 1963 г., по ориентировочным измерениям поплавками. Расход воды крупнейшей реки Европы - Волги был впервые определен в августе 1700 г. английским инженером Джоном Перри, приглашенным Петром I на работу в Россию. Скорость течения измерялась поплавками. Перри получил величину расхода, близкую к действительной (средней за август), - 6360 м 3 /с. На территории Европы измерения расхода воды крупнейших рек были начаты в 1800-1810 гг., в Северной Америке, Азии и Австралии - в середине 19 в., в Африке и Южной Америке - только в первой четверти 20 в. Вертушку опускают в реку на тросе или на штанге с лодки или катера, установленных на якоре или удерживаемых на натянутом поперек реки тросе. На небольших и очень быстрых реках (например, горных), на которых трудно работать с вертушкой с лодки или вброд, часто применяют гидрометрическую люльку - легкий передвигающийся по тросу, натянутому через реку, подвесной ящик, в котором помещаются один или два наблюдателя-гидрометра с вертушкой. Методы измерения расхода воды на реках и каналах, в напорных трубопроводах насосных станций и оросительных систем 7 Работать в раскачивающейся над бурной рекой люльке, опуская с нее вертушку в пенящуюся воду, довольно рискованное занятие, поэтому в последние годы, в связи с общей установкой на автоматизацию гидрометрических работ, стараются заменить люлечные переправы дистанционной гидрометрической установкой, которой управляют с берега. Вертушку и другие гидрометрические приборы (например, лот для промеров глубины) спускают в воду на блоке с перетянутого поперек реки троса с помощью управляемого с берега электропривода. жүктеу/скачать 4,1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|