Классификация силы ветра, волнения на море и видимости — Что такое Классификация силы ветра, волнения на море и видимости? — Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Для того чтобы иметь наглядное представление о ветровых условиях за какой-то промежуток времени (неделю, декаду, месяц, год, в среднемноголетнем исчислении), строят так называемую розу ветров — диаграмму, описывающую режим ветра в данном месте. Для построения розы ветров (рис. 39) применяют различные способы.

Рис. 39. Розы ветров

Наиболее распространенными способами построения розы ветров являются следующие.

Рисунок 4 а:

1. В интересующем нас промежутке времени подсчитывают частоту встречаемости, или повторяемость направления ветра по 8 основным румбам в процентах от общего числа наблюдений в этом промежутке времени (как n·100/N, где n – число случаев с данной характеристикой ветра, N – общее число наблюдений в данном промежутке времени).

2. Из общего центра по 8 основным румбам проводят оси (стрелки), длина которых в принятом масштабе (например, в 1 см – 10 %) соответствует повторяемости ветра данного направления (иногда сам процент повторяемости проставляют в разрыве или на конце стрелок, как это показано на рис. 4 а).

3. Для каждого направления рассчитывают среднюю скорость ветра.

4. К концу стрелок пририсовывают оперение, соответствующее средней скорости ветра данного направления (например, 1перо—1 м/с или 1 балл, или 5 м/с).

5. В кружок в центре розы вписывают процент повторяемости штилей и слабых переменных ветров.

Например, на приведенной розе максимальную повторяемость имел западный ветер (повторяемость 25 %) со средней скоростью 5 м/с (1 перо соответствовало 1 м/с); повторяемость штилей за этот период составила 25 %.

Рисунок 4 б:

1. Результаты наблюдений за скоростью ветра (обычно в м/с) в интересующем нас промежутке времени разбивают на определенные группы (градации). Величина таких групп (градаций) зависит от целей исследований и разброса скоростей ветра. Например:

0—0,5; 0,6—2,0; 2,1—5,0; 5,1—10,0; 10,1—15; свыше 15; или:

0—5,0; 5,1—10,0; 10,1—15,0; 15,1—20,0; 20,1—25; свыше 25.

2. Подсчитывают повторяемость каждой градации скорости по каждому из 8 направлений ветра.

3. Из общего центра по 8 основным румбам проводят оси.

4. На каждой оси в выбранном масштабе отмечают отрезки, длина которых в выбранном масштабе соответствует повторяемости ветра данного направления и градации скорости, а толщина линии – значению самой градации.

5. В кружок в центре розы вписывают процент повторяемости штилей.

Например, на приведенной розе максимальную повторяемость имел юго-восточный ветер с преобладающей скоростью 0 – 5 м/с; повторяемость штилей составила 3 %.

Рисунки 4 в, г:

1. Проводят окружности, расстояние между которыми (ширина кольца) соответствует 10%-ной повторяемости данного ветра.

2. В каждом кольце (рис. 4 г) проставляют соответствующую ему градацию скорости ветра (в м/с).

3. Расстояние от внутреннего кружка до конца луча (рис. 4 в) – повторяемость ветра данного направления (в %).

4. Цифры справа от луча (или над ним) – повторяемость обозначенной внутри соответствующего кольца градации скорости.

5. В центре розы: верхней цифрой показывают повторяемость штилей в %, нижней — число случаев.

Например, на приведенной розе максимальную повторяемость имел восточный ветер с преобладающей скоростью1 – 5 м/с (ее повторяемость 12 %); повторяемость штилей за этот период составила 8 %, штили наблюдались 40 раз (число случаев).

Рисунок 39 д:

1. Из общего центра по 8 основным румбам проводят линии, на которых откладывают отрезки, длина которых в принятом масштабе (например, в 1 см – 10 %) соответствует повторяемости ветра данного направления.

2. Соединяют концы отрезков прямыми линиями.

Например, на приведенной розе максимальную повторяемость имел западный ветер.

Измерение скорости ветра в полевых условиях производят с помощью анемометров различных систем. Анемометры различаются по внешнему виду и характеру приемной части, однако принцип их работы одинаков.

Приемная часть ручного чашечного анемометра состоит из металлической крестовины, на концах которой укреплено четыре полых полyшapия, обращенных выпуклостями в одну сторону (рис. 40).

Рис. 40. Ручной чашечный анемометр:1 — полушария; 2 — металлическая защита; 3 — арретир; 4-6 — шкалы, 7 – стержень с винтовой нарезкой

Полушария насажены на ось и защищены от механических повреждений специальной рамкой. В нижней части оси имеется червячная (винтовая) нарезка, с помощью которой она соединяется с передающим механизмом, заключенным в пластмассовый или металлический корпус.

На корпусе имеется три циферблата. На одном из них (большом) нанесены деления от 0 до 100, надругом (внизу слева) – сотни, на третьем (внизу справа) – тысячи.

В нижней части корпуса сбоку имеется арретир, (от от фр. Arrêter – останавливать; арретир – приспособление для установки чувствительного прибора в нерабочее положение с целью предохранить его от изнашивания или повреждения в то время, когда прибором не пользуются), с помощью которого выключается или включается счетчик. В первом случае вращение полушарий происходит вхолостую (счетчик отключен), во втором оно передается на стрелки циферблатов (счетчик включен).

Снизу под корпусом имеется стержень с винтовой нарезкой для установки анемометра на деревянном шесте в вертикальном положении.

1. Заносят на бланк указанный на приборе № анемометра.

2. Записывают, в нижнюю (из отведенных для записи наблюдений за ветром) строчку начальный (1-й) отсчет: тысячи (целые значения), сотни (целые значения), десятки и единицы (округляя показания большой стрелки до целых значений). На рис. 40 тысяч 5, сотен 6, десятков и единиц 92 – отсчет 5692. Иногда стрелки на вспомогательных (маленьких) циферблатах устанавливаются так, что трудно бывает определить, перешла грубая (достаточно толстая) маленькая стрелка данную цифру или нет. В этом случае ориентируются по последующим циферблатам: если стрелка еще не перешла эту цифру (рис. 41а), отсчет по следующему циферблату будет максимальным (8 -9 или 80 – 90). И наоборот, если маленькая стрелка не дошла до указанной цифры (рис. 41б), показания на следующем циферблате будут минимальны (1- 2 или 10 – 20). Отсчеты: рис. 41а – 5890; рис. 41б – 5803.

Рис.41. Пример неточного положения стрелок: а – маленькая стрелка (сотни) не перешла к следующей цифре – отсчет 5891; б – маленькая стрелка (сотни) перешла к следующей цифре – отсчет 5804

3. Выводят прибор в указанное место, устанавливая его строго вертикально, большой палец держат на арретире (рис. 42).

Рис. 42. Положение пальцев при работе с анемометром

4. Включают одновременно секундомер (или, при его отсутствии, замечают начало отсчета секунд) и счетчик – с помощью арретира, переводя его в верхнее положение.

5. Через 100 с. Одновременно выключают счетчик анемометра и секундомер;

6. Снимают и записывают на бланк (в верхнюю для ветра строчку) конечный (2-й) отсчет.

1. Вычитают из конечного (2-го) отсчета начальный (1-й) отсчет.

2. Делят полученную разность на число секунд (100) – получают скорость ветра в оборотах (делениях) в секунду.

3. Подбирают по номеру прибора соответствующий сертификат (пример сертификата приведен в табл. 24).

4. По сертификату, путем интерполяции, или по заранее подготовленной таблице переводят скорость ветра из оборотов/с (дел./с) в м/с. Результат округляют до десятых м/с.

5. Пример интерполяции:

Скорость ветра 14,7 дел./с. В сертификате даны значении скорости в м/с для 14,0 и 15,0 дел./с: 13,2 и 14,1 соответственно. 15,0-14,0=1,0, т. е. 10 десятых дел./с и 14,1-13,2=0,9дел/с; делят 0,9 на 10 – получают 0,09, т. е. на каждую десятую дел/с приходится 0,09 м/с. Скорость ветра в дел./с превышает 14,0 на 0,7 (14,7-14,0) дел./с. 0,7, т. е. на 7 десятых. Умножив 0,09 м/с на 7, получают 0,63 (приближенно 0,6) м/с. Итак, скорости 14,0 дел./с соответствует скорость 13,2 м/с, следовательно, скорости 14,7 дел./с будет соответствовать скорость 13,2 0,6=13,8 м/с.

29.4. Вопросы для самопроверки

1. Что такое роза ветров и для чего она служит?

2. Что показывает повторяемость данного явления, в каких единицах она измеряется, как ее найти?

3. Что можно определить с помощью таблицы Бофорта?

4. Как построить розу ветров?

5. Какова продолжительность наблюдения за ветром по ручному анемометру?

Отчет

Отчет оформляют в тетради по лабораторным работам по образцу, приведенному в табл. 25.

Лабораторная работа № 30. Приборы для измерения температуры воды

Измерение температуры воды производят с помощью ртутных термометров, электротермометров и самописцев температуры различных систем. При работе с ртутными термометрами сложность состоит в том, как сохранить показание термометра при его подъеме с заданного горизонта и снятии отсчета.

Поверхностный (родниковый) термометр – это срочный ртутный термометр.

Резервуар термометра находится в металлическом или пластмассовом стакане. В этом стакане при подъеме термометра из воды и снятии отсчета остается вода, которая некоторое время сохраняет значение температуры на заданном горизонте (рис. 43 а). Поскольку объем воды небольшой, показания термометра не могут сохраняться долго. Кроме того, при подъеме термометра с какой-то глубины вода в стакане неоднократно меняется. При этом, если термометр проходит слои с разной температурой, вода в стакане будет иметь температуру, отличную от той, какая была на заданном горизонте. Следовательно, поверхностный термометр можно использовать только для измерения температуры воды на поверхности, в гомотермном слое, на мелководье и в реках, где вода перемешана по всей глубине.

Цена делениятермометра 0,2 °С, следовательно, отсчет с термометра снимают с точностью до 0,1 °С.

Глубоководный опрокидывающийся термометр (рис. 43 б) используют для измерения температуры на разных горизонтах.

Он представляет собой стеклянную герметичную трубку (стеклянный корпус), внутри которойукреплены два ртутных термометра: основной и вспомогательный.

Основной термометр устроен так, что при его опрокидывании часть ртути, вышедшей на заданном горизонте из ртутного резервуара в капилляр, отрывается и стекает в специальное расширение на конце этого капилляра (приемник капилляра). Размеры этого расширения зависят от объема ртути – волюма (от лат. volume — объем), отрывающегося при 0 ºС (значение волюма указано на самом термометре и в сертификате к нему). Таким образом, показания термометра при поднятии его с заданного горизонта сохраняются. В то же время при подъеме термометра и прохождении им слоев с разной температурой длина оторвавшейся части ртути изменяется. Если на поверхности теплее, длина ртути увеличится, если холоднее уменьшится.

Вспомогательный термометр служит для измерения собственной (т. е. температуры внутри герметичной стеклянной трубки) температуры термометра при снятии отсчета. Знание этой температуры необходимо, чтобы учесть величину изменения длины оторвавшегося столбика ртути при подъеме термометра и выхода его из воды (т. е. ввести поправку на изменение этой длины).

Цена деления термометров:

Основного: 0,1 или 0,01 °С, точность отсчетов — 0,01 или 0,001°С;

Вспомогательного: 0,2 или 0,5 °С, точность отсчетов – 0,1 °С.

Перед началом работ на воде проверяют, не разбит ли термометр, не протекает ли ртуть через пробку, надежно ли в стеклянной трубке закреплены основной и вспомогательный термометры, не болтаются ли они, нет ли в ртути пузырьков воздуха, разрывов (столбик ртути осматривают в лупу). Опрокидывая термометр, смотрят, правильно, ли происходит отрыв столбика ртути, который должен отрываться точно у основания глухого отростка, при этом ртуть из отростка должна полностью выливаться и заполнять приемник капилляра. При свободном (без встряхивания или постукивания) опрокидывании термометра в исходное положение ртуть должна полностью вытечь из приемника капилляра, заполнить глухой отросток и соединиться с основной массой ртути без каких бы то ни было просветов.

Хранить и перевозить термометры можно только в вертикальном положении ртутным резервуаром вниз.

Рис. 43. Термометры для измерения температуры воды: а – поверхностный, б – глубоководный (1 – оправа, 2 – стакан, 3 – термометр, 4 – основной термометр, 5 – вспомогательный термометр, 6- внешний стеклянный корпус, 7 – слепой отросток, 8 – приемник капилляра)

Рис. 44. Посыльный грузик

1. Обработка показаний термометра производится на бланке, расчерченному по образцу таблицы в Приложении 10.

На специальный бланк для обработки показаний глубоководного опрокидывающегося термометра (Приложение 10) выписывают:

в графу 1 — время наблюдений;

в графу 2 — горизонт наблюдений;

в графу 3 — номера термометров;

в графу 4 — волюм (Vol°), т. е. объем (от фр. volum — объем) ртути в верхнем расширении основного опрокидывающегося термометра до деления 0°, выраженный в объеме градусов шкалы основного термометра (иными словами, это объем ртути в градусах шкалы, отрывающийся при 0 °С).

в графы 5 и 6 — показания вспомогательного (t) и основного (Т) термометров — 1-й отсчет;

в графы 7 и 8 – показания вспомогательного (t) и основного (Т) термометров — 2-й отсчет;

2. Из сертификатов термометров (приложение 9) по показаниям 2-го отсчета выбирают инструментальные поправки термометров:

вспомогательного (Δt) — с точностью до 0,1° (записывают в графу 9);

основного (ΔТ) — с точностью до 0,01° (записывают в графу 10).

3. Находят исправленные значения 2-го отсчета по вспомогательному, t Δt, (записывают в графу 11) и основному, T ΔТ, (записывают в графу 12) термометрам как алгебраическую сумму отсчетов и поправок.

4. Рассчитывают:

разность исправленных показаний основного и вспомогательного термометров (Т— t), т. е.: гр. 12—гр. 11 (результат записывают в графу 13);

сумму исправленного показания основного термометра и волюма (Т Vol⁰), т. е.: гр. 12 гp. 4 (результат записывают в графу 14).

5. Находят (с точностью до 0,01) редукционную поправку (К), выбирая ее из табл. 1 [7] редукционных поправок глубоководного опрокидывающегося термометра по (Т—t) и (T Vol⁰). Результат записывают в графу 15.

6. Определяют знак редукционной поправки, который соответствует знаку разности (T—t). Это объясняется следующим. Если на заданном горизонте было теплее, чем на поверхности при снятии отчета (т. е. Т>t, следовательно, разность (Т — t) положительна), до момента отсчета произошло уменьшение объема оторвавшейся части ртути — редукционную поправку K следует прибавить к полученному отсчету, чтобы исправить эту ошибку; и наоборот, если на заданном горизонте было холоднее, чем на поверхности при снятии отчета (т. е. Т<t, следовательно, разность (Т — t) отрицательна), произошло увеличение объема ртути от «момента отрыва» до «момента отсчета» — редукционная поправка К должна быть отрицательной; наконец, если показания основного и вспомогательного термометров одинаковы, то изменения объема ртути от «момента отрыва» до «момента отсчета» не произошло — редакционная поправка К равна нулю.

7. Находят истинное значение температуры по каждому из термометров как алгебраическую сумму исправленного показания основного-термометра и редукционной поправки (гр. 12 гр. 15). Результат записывают в гр. 16.

8. Для каждого горизонта с точностью до 0,01° определяют принятую температуру (графа 17):

как среднее арифметическое между исправленными значениями температуры по левому и правому основным термометрам на данном горизонте, если их значения отличаются не более чем на 0,05°;

если исправленные значения температуры по левому и правому термометрам отличаются друг от друга более чем на 0,05 °С, «принятую температуру» на данном горизонте выбирают по одному из термометров (левому или правому на данном горизонте), показаниям которого мы больше доверяем. В этом случае принятую температуру записывают со знаком *, указывая в графе «Примечание» (графа 18) номер этого термометра.

Пример обработки показании глубоководных опрокидывающихся термометров дан в Приложении 10.

Вопросы для самопроверки

1. Как найти инструментальную поправку к поверхностному термометру?

2. Что такое волюм?

3. Что такое редукционная поправка? За счет чего она возникает?

4. Как определить знак редукционной поправки?

5. Как найти исправленные значения показаний правого и левого термометров?

6. Как найти принятую температуру?

Отчет

Отчет оформляется в тетради по лабораторным работам по образцу, приведенному в табл. 27 (обработка показаний глубоководных термометров производится на специальных бланках – приложение 10).

Лабораторная работа № 31. Измерение расхода воды в реке

Урез реки – след от пересечения поверхности воды с откосами русла, т. е. сама кромка речной воды.Глубина на урезе воды составляет 0,0 м.

Ширина реки (В, м) – расстояние по водной поверхности между урезами реки (в метрах).

Поперечное сечение получают пересечением русла реки плоскостью, перпендикулярной направлению потока.

Водное сечение (F) — часть поперечного сечения, заполненная водой.

Живое сечение (ω) — часть водного сечения, в которой скорость течения выше аналитического нуля (аналитический нуль – значение измеряемой характеристики, не воспринимаемое данным прибором или методом анализа).

Мертвое пространство (МП) — часть водного сечения, в которой течение отсутствует (скорость равна нулю). Границу мертвого пространства определяют поверхностными поплавками.

Расход воды в реке (расход реки) показывает, какой объем воды в м³ протекает через живое сечение реки за 1 с. Обычно обозначается как Q м³/с (л/с).

Гидрометрический створ — линия, перпендикулярная среднему направлению течения, вдоль которой производят работы, связанные с измерением расхода воды в реке (в качестве временного гидрометрического створа удобно использовать мост).

Постоянное начало – так или иначе закрепленное на местности начало измерений вдоль гидрометрического створа (по ширине реки); при работе с моста (на временном гидрометрическом створе) за постоянное начало удобно принимать край моста или крайнюю стойку перил (желательно на правом берегу реки для удобства последующего построения графика).

Промерная вертикаль – точка на гидрометрическом створе, в которой измеряется глубина.

Скоростная вертикаль — точка на гидрометрическом створе, в которой измеряется скорость течения (она может совпадать и не совпадать с промерной вертикалью).

Площадь живого сечения рассчитывают по результатам промеров глубин.

Методы измерения расхода реки можно подразделить на две группы: объемные и косвенные.

Объемный метод предполагает измерение расхода воды непосредственно с помощью мерных сосудов (емкостей с известным объемом), подставляемых под струю воды на определенное время. Этот метод применяется на небольших водотоках (лоток, труба), позволяющих подставить мерный сосуд под всю струю сразу, собрав воду без потерь. Расход (дм³/с) вычислят делением собранного объема воды (л) на время выдержки сосуда под струей воды (с).

Косвенные методы (методы «сечение — скорость»),так или иначе, сводятся к измерению скорости течения и площади сечения потока. Скорость течения измеряют в разных точках потока с помощью гидрометрической вертушки или (реже) поплавков.

Расход воды в общем случае получают перемножением площади живого сечения и средней скорости потока.

Гидрометрические вертушки бывают разных типов, но каждая из них имеет следующие основные части (рис. 45): рабочие лопасти, воспринимающие движение воды, ось, счетно-контактный механизм, корпус, стабилизатор направления (хвостовое оперение).

Счетно-контактный механизм фиксирует число оборотов, совершаемых лопастями вертушки. Через определенное количество оборотов (вертушка Жестовского — обычно через 20) происходит замыкание электрической цепи и подается сигнал: звуковой (электрическим звонком) или световой (электрической лампочкой).

Счетно-контактное устройство находится в специальной водонепроницаемой камере в корпусе вертушки.

Стабилизатор направления (хвостовое оперение) необходим для установки вертушки лопастным винтом против течения, что особенно важно, при опускании вертушки в поток на тросе (лотлине).

Чтобы вертушку не относило течением, снизу с помощью специального устройства (вертлюга) подвешивают концевой гидрометрический груз, массу которого подбирают в зависимости от скорости течения.

Рис. 45. Гидрометрическая вертушка: а – общий вид, б – на тросе с грузом, в – основные части (1 – рабочие лопасти, 2 – счетно-контактный механизм, 3 — стабилизатор направления – хвостовое оперение)

После работы вертушку тщательно прочищают, высушивают и укладывают в сухой вентилируемый ящик.

Измерение расхода воды поверхностными поплавками по наибольшей поверхностной скорости течения является наиболее простым и быстрым способом, однако, применение его по ряду причин ограничено.

Расходы воды поверхностными поплавками измеряют в исключительных случаях:

-при отсутствии гидрометрической вертушки,

-при аварийном состоянии оборудования гидрометрического створа,

-во время ледохода,

-при рекогносцировочных работах для получения приближенного значения расхода воды.

Порядок работы с поплавками следующий:

1. Поперек реки, помимо основного (главного), разбивают еще два створа (верхний и нижний) и дважды, чтобы избежать возможных ошибок, измеряют расстояние между ними (рис. 46).

Рис. 46. Расположение створов

2. Отметив тем или иным способом выбранные створы, по очереди забрасывают в реку 10 поплавков.

3. Наблюдатели, стоящие у верхнего и нижнего створов по секундомеру определяют время прохождения каждым поплавком расстояния между створами.

4. Получаемые результаты записывают на специальный бланк (Приложение 14) в графу 1.

1. Выписывают в подготовленную таблицу (по образцу таблицы из приложения 10) из приложения 11 исходные данные в соответствии с вариантом задания:

1.1. №№ промерных и скоростных вертикалей (графы 1, 2, 16, 17);

1.2. Расстояние от постоянного начала, м (графа 3), — с точностью до первых трех значащих цифр, но не точнее 0,01.

Значащие цифры в приближенных вычислениях — все цифры числа, начиная с первой слева, отличной от нуля, до последней, за правильность которой можно ручаться; например, в числе 0,789 м цифры 7, 8, 9 значащие — с учетом вышеприведенного правила, расстояние следует округлить до 0,79 м; в числе 28,13 м все цифры значащие – результат следует округлить до 28,1 м;

1.3. Результаты промеров глубин (в метрах) от уреза правого берега (урез ПБ) до уреза левого берега (урез ЛБ) включительно (графы 4, 5);

1.4. Полученное число сигналов (графа 9);

1.5. Конечный отсчет по секундомеру (графа 10).

2. Рассчитывают:

2.1. Среднюю (средне-арифметическую) глубину на вертикали (графа 6);

2.2. Глубину опускания вертушки (горизонт): в долях глубины (в зависимости от средней глубины вертикали в соответствии с табл. 28 и в метрах (графы 7, 8); чтобы найти горизонт (в сантиметрах или метрах), на который должна быть опущена вертушка, глубину соответствующей рабочей вертикали (h) надо умножить на выбранную из табл. 13 долю этой глубины. Например, если глубина рабочей вертикали (h) равна 2 м, вертушку опускают на 0,40 м (2 м 0,2) и на 1,60м (2 м 0,8). Значения горизонтов в метрах в зависимости от рабочей глубины вертикали обычно приводятся на задней обложке водомерной книжки.

2.3. Сумму оборотов – как произведение числа сигналов на количество оборотов между сигналами (графа 11);

2.4. Скорость вертушки в оборотах в секунду – путем деления суммы оборотов (графа 11) на отсчет по секундомеру (графа 10);

2.5. Глубину между вертикалями – как среднюю арифметическую из глубин двух соседних вертикалей (графа 19); получаемые результаты для большей наглядности и удобства дальнейших расчетов целесообразно записывать между соответствующими строчками;

2.6. Расстояние между вертикалями – как разность расстояний до соответствующих вертикалей (графа 20); получаемые результаты, как и средние глубины между вертикалями, целесообразно записывать между соответствующими строчками.

3. Составляют, в случае необходимости, тарировочную таблицу вертушки (Приложение 13, табл. А) — от слова «тара»; изначально – проверка показаний весов; отсюда – проверка показаний прибора путем сравнения с эталонными или точно определенными значениями:

3.1. В графу 1 Приложения 13, табл. А через 0,1 выписывают значения п (число оборотов в секунду) от 0 до максимального значения при тарировании (или, исходя из диапазона измеренных скоростей). Сотые доли п указывают в верхней строке (над оцифровкой граф).

3.2. Снимают с тарировочных кривых (Приложение 13, Рис.) опорные значения скорости (графа 2):

— с кривой укрупненного масштаба (верхней) на начальном участке с хорошо заметной кривизной — через 0,05 п; на участке с малой кривизной — через 0,1 дм³;

— с кривой мелкого масштаба — только два опорных значения: одно, соответствующее наибольшему значению на кривой укрупненного масштаба, — с конца закругленного участка этой кривой (значения скорости, снятые с той и другой кривых, должны совпасть), второе — для максимального значения скорости (с конца тарировочной кривой).

3.3. Выбирают из тарировочного свидетельства начальную скорость вертушки (м/с), при которой начинает вращаться лопастный винт — первое число верхней строки в графе 2 (0,036).

3.4. По опорным значениям заполняют графы 3—11, вычисляя путем интерполяции недостающие значения скорости течения для всех значений п (через 0,01). Средние приращения скорости Δυ между опорными значениями, соответствующие приращению Δn=0,01, вычисляют делением разности соседних пар скорости (υ₂—υ₁): на 10, если опорные скорости получены через 0,1 n, и на 5, если скорости сняты через 0,05 n.

3.5. Промежуточные значения скорости получают последовательным суммированием Δυ, округляя их до 0,001 м/с при υ< 1,000 м/с и до 0,01 м/с при υ>1,000 м/с.

Предпочтительнее и проще составить тарировочную таблицу (Приложение 13, табл. Б) путем компьютерной обработки тарировочного свидетельства (сертификата) данной вертушки (именно так составлена таблица в Приложении 13, табл. Б).

4. Находят скорость течения реки:

4.1. Переводят (используя тарировочную таблицу для данной вертушки) скорость на горизонтах, выраженную в оборотах в секунду (дел./с), в м/с (графа 13);

4.2. Вычисляют среднюю скорость течения на каждой скоростной вертикали(графа. 14) по формулам:

При измерении скорости на двух горизонтах — как среднеарифметическую:

При измерении на одном горизонте

При заросшем русле и измерении скорости на одном горизонте

При заросшем русле и измерении скорости на трех горизонтах

где

v_ср – средняя скорость течения реки, м/с;

v_n – скорость течение реки, м/с, измеренная соответственно на 0,2; 0,5 и т.д. рабочей глубины вертикали.

Если скорость на вертикали измерена в двух точках, получаемые результаты целесообразно записывать между соответствующими строчками.

4.3. Рассчитывают последовательно среднюю (среднеарифметическую) скорость между каждой парой скоростных вертикалей, включая урезы реки (графа 15); получаемые результаты целесообразно записывать между соответствующими строчками;

4.4. Получаемые результаты округляют до первых трех значащих цифр, но не точнее 0,01м/с.

5. Вычерчивают на листе миллиметровой бумаги формата А4 (в середине листа) профиль реки по гидрометрическому створу рис. 46 для этого:

5.1. Разбивают координатные оси: вертикальную — ось глубин (масштаб: в 1 см — 1 м) и горизонтальную — ось расстояний по ширине реки (масштабы: в 1 см – 0,5 м). Ось глубин (уровней) проводят вдоль короткого края листа. Урезы берегов правого (УрПБ) и левого (УрЛБ) обычно располагают так, чтобы течение реки было «на себя».

5.2. На горизонтальной оси размечают положение промерных (их порядковый номер указывают над вертикалью) и скоростных (отмечая их флажками с порядковыми номерами над ними) вертикалей.

5.3. Из полученных таким образом точек опускают перпендикуляры, откладывая на них отрезки, длина которых (в принятом вертикальном масштабе) соответствует рабочей глубине вертикали; концы отрезков соединяют ломаной линией.

5.4. Отмечают, если они есть, границы мертвого пространства (МП) и высоту уровня в момент наблюдений (_▼H, см).

5.5. В таблице под графиком в соответствующей строке подписывают:

· значения расстояний каждой вертикали от постоянного начала;

· рабочую глубину вертикали.

5.6. Левее графика расчерчивают табличку, в которую впоследствии вписывают принятые значения расхода (Q) в м³/с, площади живого сечения (ω) в м², ширины реки (В)в м, максимальной (Н_тaх) и средней (H_ср) глубины реки в м.

Рис. 46. Профиль реки по гидрометрическому створу

6. Определяют площади водного сечения реки между промерными вертикалями (м²), руководствуясь следующими рассуждениями (см. рис. 46). Сечение между промерными вертикалями образует трапецию; промерные вертикали – ее основания, расстояние между ними – высота. Площадь трапеции, как известно, равна полусумме оснований, умноженной на высоту. Полусумма оснований (промерных вертикалей) — это средняя глубина между вертикалями (графа 19). Крайние площади у левого и правого урезов – прямоугольные треугольники, площадь которых равна произведению половины основания (глубины крайней вертикали) на высоту (расстояние от уреза до крайней вертикали). Следовательно:

6.1. Умножая среднюю глубину между вертикалями (м) на расстояние между ними (м), получают площадь живого сечения (м²) между промерными вертикалями (графа 21);

6.2. Суммируя площади водного сечения между промерными вертикалями, получают площадь водного сечения реки (F, м²); результат записывают под гр. 21

7. Находят, в соответствии с рис. 46, площади живого сечения между скоростными вертикалями:

7.1. Если скоростные вертикали совпадают с промерными, площади между ними, естественно, будут одинаковы – их просто переписывают из гр. 21 в гр. 22;

7.2. Если скоростные вертикали намечены через одну и более промерных (рис. 45), площадь между ними находят суммированием площадей по гр. 21 между соответствующими скоростными вертикалями – в этом случае результаты в гр. 22 записывают между соответствующими вертикалями (например, на рис. 46 площадь живого сечения между1-ой и 2-ой скоростными вертикалями равна сумме площадей между промерными вертикалями соответственно 1-ой и 2-ой и 2-ой и 3-ей);

7.3. Суммируя площади живого сечения между скоростными вертикалями (по гр. 22), находят площадь живого сечения реки (ω); результат записывают под гр. 22; при отсутствии мертвого пространства результаты суммирования по гр. 21, 22 должны сойтись; если этого не произошло, следует проверить все предыдущие расчеты, чтобы устранить ошибку.

8. Рассчитывают расход воды в реке (Q, м³/с):

8.1. В соответствующие строчки в гр. 23 переписывают из гр. 15 значения средних скоростей реки между скоростными вертикалями;

8.2. Находят частные, или элементарные расходы воды между скоростными вертикалями (q, м³/с), перемножая соответствующие площади (м²) в гр.22 и скорости течения реки (м/с) в гр. 23; результаты записывают в соответствующие строчки в гр. 24.

8.3. Расход реки (Q, м³/с) находят суммированием по гр. 24 элементарных расходов (q, м³/с); результат записывают под гр.24.

8.4. Результаты округляют до трех первых значащих цифр, если их значение не превышает 0,01. В последнем случае округляют до сотых.

9. Находят:

9.1. Максимальную скорость течения, м/с (υ_mаx) — выбирая из всех измеренных скоростей течения;

9.2. Максимальную глубину, м (h_max) —выбирая из всех измеренных глубин.

10. Вычисляют:

10.1. Ширину реки по уровню воды, м (В,м) – как разность между расстояниями до урезов левого и правого берегов:

10.2. Среднюю скорость, м/с (υ_ср) — делением величины расхода воды (Q м³/с) на величину площади водного сечения (м²):

10.3. Среднюю глубину, м (h_ср) — делением величины площади водного сечения на ширину реки:

10.4. Часовой объем стока (W_час), м³ или тыс. м³ – умножив полученный расход (м³/с) на число секунд в часе (3600 с);

10.5. Модуль стока (л·с/км²) — по формуле:

где:

Q – полученный расход, м³/с,

F – площадь бассейна реки (дается преподавателем или снимается с карты), км²

1000 – коэффициент для перевода м³ в литры.

10. Полученные результаты после проверки преподавателем переносят втабличку «Принятые данные» на рис. 46, значения W_час, м³ или тыс. м³ и М,л·с/км² аккуратно выписывают под таблицей.

Пример обработки приведен в Приложении 11.

1. Выписывают в подготовленную таблицу (по образцу таблицы Приложение 14) из Приложения 15 исходные данные (расстояние между створами и время движения всех 10-ти поплавков) в соответствии с вариантом задания.

2. Рассчитывают наибольшую скорость течения, для чего:

2.1. Находят среднее (истинное) расстояние между створами (L) как среднее арифметическое из 2-х измерений (м);

2.2. Из 10 поплавков, выпущенных в реку (табл. 15, графа 1), выбирают три самых скорых, т. е. показавших наименьшую продолжительность хода (t) между створами (графа 2);

2.3. Для каждого из трех выбранных поплавков рассчитывают скорость (v_попл.), м/с (графа 3):

2.4. Определяют среднюю (как среднее арифметическое) наибольшую скорость движения этих 3-х поплавков (v_max), м/с (графа 4):

3. Вычисляют площадь живого сечения (или выписывают ω, м², рассчитанную при обработке расходов, измеренных одновременно с помощью вертушки).

4. Рассчитывают так называемый фиктивный (максимальный) расход (м³/с), перемножая среднюю наибольшую скорость (м/с) и площадь живого сечения (м²). Ход расчета показывают в графе 5.

5. Выписывают истинный расход (графа 6), измеренный с помощью гидрометрической вертушки.

6. Находят переходный коэффициент К_расч. — для перехода от фиктивного расхода к истинному. Этот коэффициент получают опытным путем на основании 3—5 ранее измеренных вертушкой (истинных) расходов воды при уровнях, близких к тем, при которых измерен расход воды поплавками (или на основании одновременных измерений расхода вертушкой и поплавками):

6.1. Делят среднюю скорость, измеренную вертушкой, на наибольшую скорость, полученную с помощью поплавков.

6.2. Делят истинный расход на фиктивный расход.

7. Ход расчетов показывают в графе 7. Полученные в обоих случаях результаты должны быть одинаковыми.

Пример обработки приведен в Приложении 14.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое живое сечение реки, гидрометрический створ промерная и скоростная вертикали?

2. Что такое водомерный пост и какого его назначение?

3. Что такое расход воды в реке?

4. Как можно измерить расход воды в реке?

5. Как организовать промерные работы?

6. Как организовать измерение расхода воды основным н поплавочным методом?

7. Как измерить уровень воды?

8. Какие наблюдения сопровождают работы по измерению расхода воды?

9. Почему расход, измеренный с помощью поверхностных поплавков, является максимальным?