ężeniem przepływu ę ść ł ą - wbanach/dydaktyka/.../cwiczenia/pomiary_  · 1 Przepływ

  • View
    215

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of ężeniem przepływu ę ść ł ą - wbanach/dydaktyka/.../cwiczenia/pomiary_  · 1 Przepływ

1

Przepyw

Nateniem przepywu nazywamy objto wody przepywajcej przez dany przekrj

poprzeczny cieku w jednostce czasu. Jednostkami natenia przepywu s m3/s, l/s.

tVQ=

gdzie:

V objto przepywajcej wody [m3, dcm3],

t czas [s, min].

Rozrnia si dwie grupy metod pomiarowych:

A. Metody jednoparametrowe nazywane rwnie bezporednimi, polegaj na pomiarze

jednej zmiennej funkcji opisujcej przepyw, np. wysoko strumienia wody przelewaj-

cej si przez przelew.

B. Metody wieloparametrowe nazywane porednimi polegaj na pomiarze kilku zmiennych

majcych wpyw na wielko przepywu, takich jak prdko rednia, powierzchnia prze-

kroju hydrometrycznego i inne.

W zalenoci od sposobu okrelania prdkoci rozrnia si trzy rodzaje metod:

metody polegajce na pomiarze powierzchni przekroju poprzecznego i prdkoci punkto-

wej w tym przekroju,

metody polegajce na pomiarze prdkoci wody na pewnym odcinku (pomiary odcinko-

we) i powierzchni przekroju przecitnego na tym odcinku cieku,

metody polegajce na pomiarze przekroju poprzecznego i spadku zwierciada wody w tym

przekroju.

2

A. Metody jednoparametrowe

1. Pomiar za pomoc podstawionego naczynia

Jest to najprostsza metoda polegajca na pomiarze iloci wody dopywajcej do pod-

stawionego wycechowanego naczynia. Znajc objto naczynia V i czas jego napenienia t

moemy obliczy natenie przepywu. Jest to metoda najdokadniejsza, lecz moliwo jej

stosowania ogranicza si do ciekw o bardzo maym przepywie.

tVQ=

Pomiar za pomoc podstawionego naczynia (zdj. M. Bodziony)

3

2. Pomiar za pomoc przeleww

Metoda wymaga zainstalowania w przekroju pomiarowym przelewu, ktrego ksztat

jest zaleny od amplitudy zmian przepywu. Przepyw obliczamy ze wzorw, mierzc wyso-

ko warstwy przelewajcej si wody h w odlegoci co najmniej 3h od przelewu z uwagi na

krzywizn zwierciada wody nad przelewem.

Pomiar napenienia na przelewie

4

Najczciej stosowanymi przelewami s:

a) przelew Ponceleta - jest to przelew prostoktny ze zweniem bocznym i dolnym.

Przelew Ponceleta

gh2h32Q 3/2=

gdzie: Q przepyw [m3/s],

b szeroko przelewajcej si wody [m], h wysoko warstwy wody [m], B szeroko zwierciada wody przed przelewem [m],

p odlego od dna do dolnej krawdzi przelewu [m], wspczynnik wydatku przelewu:

+

+

+

+=

phh

Bb5.01

6.1hBb3615.3

Bb037.0578.0

4

2

2

5

b) przelew Thomsona - jest to przelew trjktny ze zweniem bocznym.

Przelew Thomsona

5.2hkQ=

gdzie: k = -0.000191 h + 0.014325

Dla o90= oraz 40 < h < 250 mm 5.2h014.0Q=

Wartoci napenienia i przepywu dla przelewu Thomsona Napenienie h

[mm] Przepyw Q

[l/s]

40 60 80 100

- 160 200 250

0.448 1.235 2.534 4.427

- 14.336 23.044 43.750

6

Przelew Thomsona zainstalowany w korycie potoku (zdj. M. Bodziony)

7

3. Metoda kolorymetryczna

Znajduje ona zastosowanie dla maych potokw grskich charakteryzujcych si du

burzliwoci ruchu, co zapewnia dobre wymieszanie dawki wskanika z pync wod. Me-tod t stosuje si w zakresie przepyww od 0.02 do 4.00 m3/s.

Polega ona na wprowadzeniu do wody pyncej korytem potoku roztworu znacznika (barwnika) o znanym steniu, przy czym wprowadzenie to moe odbywa si poprzez do-zowanie cige z wydatkiem q lub zrzut jednorazowy.

Metoda kolorymetryczna

W przekroju kontrolnym pobiera si prbki wody zabarwione znacznikiem, ktrych

stenie mierzy si przyrzdem zwanym kolorymetrem zaopatrzonym w fotokomrk. Przez badan prbk zabarwionej wody przepuszcza si wizk wiata, ktra wpada do fotokomr-ki poczonej z galwanometrem o duej czuoci. Metoda jednorazowego zrzutu znacznika polega na punktowym wprowadzeniu caej objtoci roztworu znacznika w krtkim czasie. Wskutek zjawiska dyspersji wytworzy si fala znaczni-ka, ktrej przejcie przez przekrj kontrolny zarejestrowane jest jako krzywa ste w funkcji czasu.

Dugo odcinka L ustala si, wlewajc roztwr fluoresceiny w przekroju 0 i obserwujc miejsce, w ktrym fluoresceina zabarwi wod na caej szerokoci rzeki, wynosi zazwyczaj:

l6l3L =

8

Kolorymetr

9

Kolorymetr

Krzywa tarowania

10

Przepyw fali znacznika przez przekrj kontrolny

Midzy stopniem rozcieczenia barwnika, a wskazaniami galwanometru istnieje zwi-

zek, ktry pozwala na obliczenie wielkoci przepywu:

dtCMQ

Tp

=

gdzie: M - masa wprowadzonego znacznika [mg], cpdt - pole pod krzyw ste, wykrelon na podstawie wskaza kolorymetru

[mg s/l]. Poprawne wyniki pomiaru mona uzyska, gdy: - przepyw Q jest stay podczas trwania pomiaru, - nie ma strat znacznika przy przejciu od przekroju dozowania do przekroju kontrolnego,

- caka dtCT

p ma warto sta w poszczeglnych punktach przekroju, - odcinek pomiarowy pozbawiony bocznych dopyww jest zwarty bez szerokich rozlewisk

i martwych zastoisk wodnych. Jego dugo oraz warunki przepywu powinny gwaranto-wa zupene wymieszanie wprowadzonego roztworu wskanika z wod w rzece.

11

Metoda kolorymetryczna - pomiary

12

B. Metody wieloparametrowe

Metody wieloparametrowe dzielimy na punktowe i odcinkowe.

Metody punktowe polegaj na mierzeniu prdkoci w wybranych punktach przekroju

poprzecznego. Przekrj wybrany do pomiaru prdkoci, zwany przekrojem hydrometrycznym

winien spenia nastpujce warunki: powinien si znajdowa na prostym odcinku rzeki, po-

winien by jednodzielny, zwarty i regularny. W tak wybranym przekroju najpierw przepro-

wadzamy sondowanie gbokoci od dna do zwierciada wody, a nastpnie w wybranych pio-

nach hydrometrycznych, ktre powinny znajdowa si w charakterystycznych miejscach

przekroju poprzecznego, wykonujemy pomiar punktowy prdkoci na rnych gbokociach.

Pomiary te wykonuje si przy uyciu mynka hydrometrycznego, odpowiednio dobranego do

istniejcych warunkw Szybko obrotw skrzydeek mynka zaley wprost od prdkoci

wody.

13

Mynek hydrometryczny zasada dziaania

1 skrzydeka,

2 o ze limacznic,

3 spryna stykowa izolowania,

4 trzpie stykowy na kku zbatym,

5 dzwonek.

14

Zasady rozmieszczenia sondowa i pionw hydrometrycznych w przekroju poprzecznym

(wg IMGW) Rozmieszczenie sondowa Rozmieszczenie pionw hydrometrycznych Lp.

przy szerokoci rzeki do nie rzadziej jak co przy szerokoci rzeki do liczba pionw

1 2 m 0.2 m 2 m minimum 3

2 10 m 0.5 m 10 m 4 6

3 30 m 1.0 m 30 m do 8

4 80 m 2.0 m 80 m do 10

5 200 m 5.0 m 200 m do 12

6 ponad 200 m 10.0 m ponad 200 m ponad 15

Rozmieszczenie punktw pomiarowych w pionie hydrometrycznym (wg IMGW) Przy przepywie swobodnym Przy pokrywie lodowej lub zarastaniu koryta Gboko

h [cm] Rozmieszczenie punktw

pomiarowych

Liczba punktw

pomiarowych

Rozmieszczenie punktw

pomiarowych

Liczba punk-

tw pomiaro-

wych

< 20 0.4 h 1 0.5 h 1

20 60 0.2 h

0.4 h

0.8 h

3 0.15 h

0.5 h

0.85 h

3

> 60 przy dnie

0.2 h

0.4 h

0.8 h

przy powierzchni

5 przy dnie

0.2 h

0.4 h

0.8 h

przy powierzchni

6

15

Metoda punktowa sondowanie przekroju oraz pomiar za pomoc mynka hydrometrycznego

16

Istnieje zwizek w postaci:

nV +=

gdzie: , stae mynka okrelone na podstawie tarowania przyrzdu,

V prdko wody [m/s],

n ilo obrotw mynka na sekund [obr/s].

Obliczenie prdkoci punktowej

17

Wyniki pomiarw prdkoci w poszczeglnych pionach hydrometrycznych su do wykre-

lania tachoid krzywych rozkadu prdkoci w pionie hydrometrycznym.

vr

Tachoida

18

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej po wprowadzeniu techniki komputerowej

do obliczenia objtoci przepywu stosuje rwnie metod rachunkow, ale w nieco innej

postaci, ktra nie wymaga rysowania tachoid.

rednie prdkoci w pionach hydrologicznych vr obliczone s wg poniej podanych

wzorw:

- jeli pomiar prdkoci wykonano w 1 punkcie pionu hydrometrycznego

h4.0sr nv +=

- jeli pomiar prdkoci wykonano w 3 punktach pionu hydrometrycznego

( )h8.0h4.0h2.0sr nn2n25.0v +++=

- jeli pomiar prdkoci wykonano w 5 punktach pionu hydrometrycznego,

( )ph8.0h4.0h2.0dsr nn3n3n2n1.0v +++++=

Wzory te stosuje si do obliczenia rednich prdkoci w pionach wolnych od rolinnoci i

pokrywy lodowej.

Objto przepywu w przekroju poprzecznym wyliczana jest ze wzoru:

nnsr1n1nsr22sr11sr

FvFv...FvFvQ ++++= gdzie:

Q - przepyw [m3/s], F1, F2, ..., Fn - powierzchnie zawarte midzy pionami hydrometrycznymi lub brzegiem

a pionem [m2], vr 1, vr 2, ..., vr n - rednie prdkoci w polach midzy pionami hydrometrycznymi

(15) [m/s], - wspczynnik redukcyjny redniej prdkoci w skrajnych polach czynnego prze-

kroju. Warto tego wspczynnika zalena jest od szorstkoci obwodu zwilone-go brzegw koryta. Dla brzegu agodnie nachylonego o gadkim podou 7.0= , dla brzegu naturalnego o podou gliniastym, w