Hidrološka merenjahikom.grf.bg.ac.rs/.../KatZaHidr/Predmeti/Hidrologija/2007-03-hidrometrija.pdf · 12 Merenja protoka na velikim rekama Metoda plovila zbrzo merenje protoka zmetoda

1

HidroloHidrološška merenjaka merenja

Merenje nivoa vode / vodostaja

Merenje protoka – hidrometrijadirektno merenje?metoda brzina-površina: merenje polja brzina i integracija po poprečnom presekumetoda razblaživanja traseramerni objekti (prelivi, suženja...)

Merenje Merenje nivoa vode i vodostajanivoa vode i vodostaja

Vodostaj = razlika između nivoa vode i referentne kote (“kote nule”):

H = Z – Z0

nivo vode Z

vodostaj Hkota nule oZ

2

Merenje vodostajaMerenje vodostaja

Može biti pozitivan ili negativan

Izražava se u cm!

nivo vode Z

vodostaj Hkota nule oZ

H > 0

H < 0

Zo


Instrumenti:vodomerna letva

3


Instrumenti:limnigraf


Gasna tehnikadetektuje se hidrostatički pritisak na otvoru creva, a to daje vodostaj gas (najčešće azot) se dovodi iz boceotvor fiksiran u rečnom toku

dovod gasau crevo

zaštitna cev ankeri za nestabilno tlo

otvor creva

4

Merenje protoka (hidrometrija)Merenje protoka (hidrometrija)

Merenje brzina instrument: hidrometrijsko krilo, elektromagnetne i ultrazvučne sonde

Merenje protoka (hidrometrija)Merenje protoka (hidrometrija)

Merenje brzina instrument: hidrometrijsko krilo, elektromagnetne i ultrazvučne sonde

5

HidrometrijaHidrometrija

Načini merenja:ručno, sa mosta, iz žičare, iz čamca


Hidrometrijsko krilo, gaženje reke

reka Studenica, septembar 2006

6

Hidrometrija Hidrometrija

Stanica sa žičarom

Hidrometrija Hidrometrija

Stanica sa žičaromMiločajski Most, Z. Morava

7


Kalibracija hidrometrijskog krila

Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššinaina

Uže razapeto poprečno na vodotok upravno na smer tečenja

Izbor mesta za merenje po širini toka (vertikala)najmanje 10 segmenata, tako da kroz svaki segment ne protiče više od 10% očekivanog protoka

Izbor tačaka za merenje po dubini na svakoj vertikaliza dubine > 1 m, najčešće 5 tačaka: površina, 0.2h, 0.6h, 0.8h i dno

8

Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššina:ina:ProraProraččun protoka na osnovu izmerenih brzinaun protoka na osnovu izmerenih brzina

Protok kroz poprečni presek – integrisanje polja brzina:

gde je:A – površina poprečnog presekax – rastojanje od leve obaleB – širina vodenog ogledalay – dubina merena od površineh(x) – dubina do dna na rastojanju x

∫ ∫∫= =

==B

x

xh

yAdydxyxvdAvQ

0

)(

0),(

Korak 1: integrisanje brzina na vertikali

Elementarni protok ili protok po jedinici širine toka q(x)Srednja brzina na vertikali:


dyyxvxqxh

y∫=

=)(

0),()(

)()()(

xhxqxvv =

q(x)

vv(x)

y

v

h(x)

9


Korak 2: integrisanje elementarnog protoka po širini toka

Srednja brzina u profilu:

dxxqQB

x∫=

=0

)(

AQvsr =

v

y

x

h x( )

q q x( )

B

q x( )vertikala

Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššinainaSkraSkraććeni postupakeni postupak

0.6 dubine

Brzina (m/s)

Profil brzina

Prosečna brzina

Proc

enat

uku

pne

dubi

ne

10


Savremeni pristup: akustičke metodeADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)


Merenje protoka metodom razblaživanja traseraupuštanje rastvora poznate koncentracije (trasera) u tok

kontinualnotrenutno

pretpostavka o potpunom mešanju trasera po širini toka nizvodno se uzima uzorak sa razblaženim traseromprotok se računa upoređivanjem koncentracije upuštenog traserai nizvodne koncentracije

traseri: so, boje, fluorescentne boje, radioaktivni traseri

11


Merenje protoka metodom razblaživanja traseratrenutno upuštanje soli


Merenje protoka metodom razblaživanja traseratrenutno upuštanje soli

∫ −=

dtCC

mQ

b

traser

)(

12

Merenja protoka na velikim rekamaMerenja protoka na velikim rekamaMetoda plovila

brzo merenje protokametoda brzina-površina, 30-40 merenja u jednom prolazutokom prelaska reke ehosonderom se snima poprečni profil, a ultrazvučni merač brzina/krilo meri kombinovanu brzinu vode i plovila; pomoću vertikalne ploče koja se pomera u ravcu tečenja vode registruje se i ugao između ploče i pravca kretanja broda. Na osnovu ovih podataka može se sračunati protok u poprečnom profilu

indikator ugla

ehosonder

vertikalna ploča

krilo

Merenje protoka pomoMerenje protoka pomoćću u mernih objekatamernih objekata

Prelivimeri se visina prelivnog mlaza hprotok se računa iz jednačine prelivanja, npr.

Q = CQ (2g)1/2 h5/2

13


Tompsonov (trougaoni) preliv


Široki pravougaoni preliv

14


Suženje za nepotopljeno tečenje meri se samo uzvodna dubina, koja je jednoznačno vezana sa protokom

Zavisnost vodostaja i protoka: Zavisnost vodostaja i protoka: kriva protokakriva protoka

Hidrometrijska merenja se obavljaju pri različitim vodostajima da bi se ustanovila zavisnost vodostaja i protoka

Parovi vrednosti H i Q se nanose na grafik

Definisanje zavisnosti:ručno crtanje krive, ilimatematička formulacija krive (regresiona analiza)jednačine prelivanja, isticanja... (za merne objekte)

kriva protoka

H

Q

15


050

60

70

80

90

100

110

120

130

140

1500

0.2

2

0.4

4

0.6

6

0.8

8

1.0

10

1.2

12

1.4

14

Q (m3/s)

Q (m3/s)H (cm)

1975

Legenda:

1976197719781979


Matematička formulacija krive (regresiona analiza), u obliku:

bHHaQ )( 0−=

44344214434421321XXY

HHbcHHbaQ )log()log(loglog 00 −+=−+=

16


Problemi:nestabilno korito (erozija, zasipanje)neustaljeno tečenje – pojava petlje (histerezis)

protok

vodo

staj

porast nivoa(nailazak talasa)

opadanje nivoa(povlačenje talasa)

Primena krive protokaPrimena krive protoka

H

Q

nivogram

kriva protoka

t

t

H

Q

hidrogram

17


Interpolacija i ekstrapolacija krive protoka

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200 250 300 350

Q (m3/s)

H (c

m)

interpolacija

ekstrapolacija

Kriva protokaKriva protoka

Logaritamska ekstrapolacija krive protokanagib linije zavisi od hidrauličkih uslova (npr. za Tompsonov preliv nagib je 5/2)

10

100

1000

1 10 100 1000Q

H -

H0

efektivna dubinahe = H – H0

H0 = H(Q = 0)

18


Logaritamska ekstrapolacija krive protokauticaj oblika korita na kriv protoka


Ekstrapolacija krive srednjih profilskih brzinaekstrapolacija pomoću brzina i površina (Q = v . A)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 100 200 300 400

protok Q

vodo

staj

H

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0 1 2 3 4 5

brzina v

0

50

00

50

00

50

00

50

00

50

0 20 40 60 80 100

površina profila A

v = Q / Av = Q / A

Q = v . AQ = v . A

19

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 100 200 300 400

protok Q

vodo

staj

H

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 50 100 150 200

geometrijska karakteristika Ah 2/3

vodo

staj

H

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 0.5 1 1.5 2

J 1/2 / n = Q / Ah 2/3

vodo

staj

H


Ekstrapolacija pomoću Maningove jednačine3/23/21

srAhnIIAR

nQ ≈= hsr = A/B

( )3/2srAh

nIQ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

3/2srAh

QnI=

Obrada podataka o vodostajima Obrada podataka o vodostajima i protocimai protocima

Unutargodišnji režim vodostaja/protokadnevne vrednostisrednji mesečni vodostaji/protoci

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec

H (c

m)

20


Unutargodišnji režim vodostaja/protokaekstremni mesečni vodostaji/protoci

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec

Q (m

3 /s)

sredmaxmin


Kontrola protoka

0

10

20

30

40

50

60

jan

feb

mar ap

r

maj jun jul

avg

sep

okt

nov

dec

nedelja u godini

Q (m

3 /s)

DevićiMlančaUšće

reka Studenica, 2005.

21

Kriva trajanja/zastupljenostiKriva trajanja/zastupljenosti

Trajanje/zastupljenostbroj dana sa H ili Q većim ili jednakim od posmatrane vrednosti

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250 300 350 400

H il

i Q

dani

broj dana sa H ≥ 100: 25 dana

broj dana sa H ≥ 50: 135 dana


Metod 1: podela na klase

Metod 2: sortiranje u opadajući niz

Primer

22


Kriva učestalosti i kriva trajanja

10

30

50

70

90

110

130

150

170

190

0 50 100 150 200 250 300 350 400dani

H (c

m)

Hmax = 171

Hmin = 15

sortiranje

po klasama


Kriva zastupljenosti

10

30

50

70

90

110

130

150

170

190

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%zastupljenost

H (c

m)

23

Sumarna linija zapremineSumarna linija zapremine

Kumulativna zapremina vode protekle kroz profil do posmatranog trenutka

dobija se iz hidrograma

tQQ

dtQV iit

ti

i

i

Δ+

≈=Δ −∫−

21

1 0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 6 12 18 24 30 36 42

t (h)

Q (m

3 /s)

ΔV1

ΔV2 ΔV3 ΔV4 ΔV5 ΔV6

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

0 6 12 18 24 30 36 42

t (h)

V (1

06 m3 )

V1 = ΔV1

V2 = V1 + ΔV2

V3 = V2 + ΔV3

V6 = V5 + ΔV6

ii

t

i VVdtQVi

Δ+== −∫ 10

hidrogram

sumarna linija zapremine


Primer proračuna na osnovu srednjih mesečnih protoka

mesec Qsr,mes (m3/s) Tmes (dani) Vmes (miliona m3) Σ Vmes (miliona m3)1 6.96 31 18.64 18.64

2 7.47 28 18.07 36.71

3 29.54 31 79.11 115.82

4 21.26 30 55.10 170.92

5 10.07 31 26.97 197.89

6 8.35 30 21.63 219.52

7 3.24 31 8.68 228.20

8 1.70 31 4.55 232.75

9 2.17 30 5.62 238.36

10 2.14 31 5.73 244.10

11 4.16 30 10.77 254.87

12 6.22 31 16.67 271.54

Vgod

24


Kumulativna zapremina vode protekle kroz profil do posmatranog trenutka

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12meseci

V (m

ilion

a m

3 )

V3

Vgod

nagib odslikava

protok

Documents

Hidrološka merenjahikom.grf.bg.ac.rs/.../KatZaHidr/Predmeti/Hidrologija/2007-03-hidrometrija.pdf · 12 Merenja protoka na velikim rekama Metoda plovila zbrzo merenje protoka zmetoda