Методи вимірювання площі.

Вивчення приладів для визначення витрат води та їх розрахунок

Витрати води Q₁ м ^з/_с – це кількість води, яка протікає за одиницю часу в певному місці чи у водотоці в цілому.

Витрата води є однією з основних характеристик річки, що визначає інші її елементи – рівень води, швидкість течії, похил водної поверхні, кількість наносів тощо. Вона є однією із основних характеристик гідрологічного режиму водостоку, з нею пов’язані рівень води, швидкість течії, похил водної поверхні тощо. ЇЇ можна встановити за залежністю від рівня води або безпосереднім вимірюванням.

Існуючі методи визначення витрати води можна розділити на дві групи: безпосереднє вимірювання і опосередкове визначення. До першої групи належить так званий об’ємний метод, за якого витрата вимірюється за допомогою мірних посудин з фіксацією часу їхнього наповнення. При використанні методів другої групи вимірюється не сама витрата, а окремі елементи потоку. До таких методів належить:

1. визначення витрати за виміряними швидкостями течії і площею поперечного перерізу річки, який скорочено називається методом «швидкість-площа»

2. визначення витрат за допомогою мірних пристроїв: гідрометричних лотків, водозливів. В даному випадку вимірюють напір на водозливу або на вхідній частині лотка, а витрату обчислюють за гідравлічними залежностями;

3. метод змішування, який має кілька різновидів – електролітичний, тепловий, калориметричний. На практиці застосовують в основному електролітичний метод, за якого витрата води визначається в залежності від зміни електропровідності введеного у потік розчину електроліту при змішуванні його з

водною масою.

методи вимірювання площі.

Метод «швидкість - площа»Суть метода «швидкість - площа» полягає у визначенні об’єму моделі витрати, тобто водяного тіла об’ємом, що дорівнює витраті води через поперечний переріз потоку. Розглянемо поперечний переріз потоку (рис. 1). Виділимо на ньому елементарну площадку. Витрату води через цю площадку, з урахуванням того, що вектор місцевої швидкості може бути направлений під кутом до нормалі, виразимо залежністю:

dQ = u cosαdω ,

де u – швидкість в межах елементарної площадки, α – кут між напрямком швидкості і нормаллю, dω – величина елементарної площадки. ∫ Витрата води через всю площу поперечного перерізу становитиме

Q = ∫u cosαdω = ∫ ∫u cosαdxdy .

Рис.1. Поперечний переріз потоку

У водогосподарчій практиці визначають середньорічну витрату, а також максимальну і мінімальну витрати та об’єм згону за певний необхідний період часу. Використовується величина витрати води при проектуванні і експлуатації водогосподарчих об’єктів (систем зрошених та осушених і т.д.) Визначається витрата води гідрометричним, гідравлічним і об’ємним способами.

Гідрометричний спосіб – при ньому вимірюється площа живого перерізу єєє і швидкість течії, він ще називається спосіб «швидкість-площа». Швидкість при ньому вимірюється гідрометричною вертушкою або поплавками.

Гідравлічний спосіб – полягає у визначені витрати за допомогою гідравліки за похилом водної поверхні, площею живого перерізу за іншими елементами потоку.

Об’ємний спосіб – застосовують для вимірювання витрат води малих водотоків (струмів, джерел) а також для таруванні малих потоків і водозливів. У місті вимірювання витрати потік перегороджують вертикальною стіною з лотоком або трубою, через які вода надходить у мірну посуду (або басейн).

Залежно від величини потоку об’ємний спосіб може застосовуватись у двох варіантах:

1) вимірювання часу заповнення мірної посудини;

2) визначення приросту рівняння у мірному басейні.

Перший варіант застосовується при малих витратах, до 5 л/с. У цьому випадку витрати потоку Q визначають як відношення мірної посудини W до тривалості часу t його заповнення

Як мірний посуд використовують мензурки, колби, кухлі, відра, баки. Для одержання досить точних результатів вимірювання необхідно, щоб час заповнення мірної посудини був не менш ніж 40с.

Другий варіант об’ємного способу застосовується при витратах води до 20 л/с. У цьому випадку води потоку відводять у мірний басейн (об’ємом 1-2 м3), який заздалегідь протаровано при різних рівнях води, виміряних гачковою або голчастою рейками. За даним приросту рівня води в басейні ∆H за час t визначають витрати води.

Можна визначити не об’єм води, що надійшла у мірний посуд за певний час, а її масу. Тоді витрати обчислюють як відношення маси цієї води до тривалості часу, протягом якого вона назбиралася в посудині. Такий спосіб вимірювання називають ваговим. При застосуванні його нема потреби в таруванні мірного посуду.

Вимірювання витрат води гідрометричними млинками ведеться в гідрометричному створі, який представляє собою закріплений на місцевості поперечник через річку, перпендикулярний до середнього напрямку течії потоку. На місцевості він закріпляється міцними стовпами – реперами або кілками. Безпосередньо створ закріплюється різними способами, залежно від тривалості вимірювань та ширини річки (підвісною люлькою, перекидним містком або тросами чи мотузкою). Звичайно, найпростішим способом є закріплення створу тросом. На ньому пронумерованими марками намічаються швидкісні вертикалі, по них і ведеться вимірювання швидкостей течії води. Площа живого перерізу визначається за даними промірів глибин, а швидкості вимірюються гідрометричними млинками в 5 , або 10 точках на кожній швидкісній вертикалі.

При вимірюванні швидкості в точці «біля поверхні» млинок занурюється на глибину 0,15 м.

Вимірювання витрат води поплавками здійснюється за спеціальною методикою з нею поперек річки намічаються три створи (верхній, середній і нижній) на поверхню запускається декілька поплавків і фіксується час їх проходження між верхнім і нижнім створами.