Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Біланюк В.І. Практикум із загальної гідрології - файл 1.doc


Біланюк В.І. Практикум із загальної гідрології
скачать (2593 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc2593kb.09.12.2011 01:27скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...
Міністерство освіти і науки України Львівський національний університет імені Івана Франка

ПРАКТИКУМ ІЗ ЗАГАЛЬНОЇ ГІДРОЛОГІЇ

(для студентів географічного факультету)

Львів

Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка

2004

ВСТУП
Науку, яка вивчає гідросферу і процеси та явища, що відбуваються в ній у взаємозв'язку з атмосферою, літосферою і біосферою, називають загальною гідрологією.

Загальну гідрологію поділяють на гідрологію моря (океанологія) і гідрологію суші. В свою чергу гідрологію суші поділяють на гідрологію річок (потамологію), гідрологію озер (лімнологію), гідрологію боліт (болотознавство), гідрологію підземних вод (гідрогеологію), гідрологію льодовиків (гляціологію).

За спрямованістю та методами досліджень гідрологію суші розділяють на такі розділи: регіональну гідрологію або гідрографію – опис водних об'єктів певних територій і виявлення закономірностей їхнього географічного розподілу; гідрометрію (водовимірювання), що розглядає методи та прилади для вимірювання і спостережень, які провадяться з метою вивчення гідрологічного режиму вод; прикладну або інженерну гідрологію, яка розглядає методи розрахунку і прогнозу характеристик гідрологічного режиму для практичних цілей; спеціальні розділи: гідрофізику, гідрохімію, гідробіологію.

Запропонований практикум призначений для студентів географічних факультетів університетів при вивченні ними курсу "Загальна гідрологія". Курс "Загальна гідрологія" має своєю метою вивчення водних об'єктів земної кулі (Світовий океан, річки, озера, підземні води, льодовики, болота), процесів, які протікають у них, взаємодії водних об'єктів з географічним середовищем та їхнє значення у народному господарстві.

Практикум містить ряд вузлових питань, які є базовими для пізнання гідрологічних процесів і особливостей окремих водних об'єктів, а також для засвоєння методів гідрологічних розрахунків.

Завдання практикуму – закріпити теоретичний матеріал з зазначеного курсу шляхом вирішення конкретних гідрологічних завдань і вправ.

У виданні запропоновано вісім лабораторних робіт (відповідно до навчальної програми). Кожна лабораторна робота побудована за такою схемою:

- ключові слова;

- короткий виклад теоретичного матеріалу, необхідного для розкриття теми;

- основні завдання та методика їхнього виконання;

- список рекомендованої літератури.

Наприкінці роботи подано необхідну інформацію у додатках.

^ Лабораторна робота № 1
ВИЗНАЧЕННЯ МОРФОМЕТРИЧНИХІ ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РІКИ ТА її БАСЕЙНУ
Ключові слова: річка; гідрографічна мережа; річкова система; річковий басейн; поверхневий водозбір, підземний водозбір; вододіл; морфометричні характеристики ріки (довжина, звивистість, розгалуженість, густота річкової мережі); морфометричні характеристики басейну ріки (площа, коефіцієнт асиметрії, довжина, ширина, середня висота басейну, середній нахил басейну, довжина вододільної лінії, порізаність контуру басейну); системи кодування водотоків; поздовжній профіль ріки.
^ На допомогу студентові:

Річкою називають водний потік значних розмірів, який живиться атмосферними опадами з свого водозбору і має чітко виражене русло.

Залежно від умов формування та режиму стоку води розрізняють річки рівнинні, гірські, болотні, карстові та озерні. Болотні річки протікають по болоту або мають у межах водозбору значні заболочені простори. Карстові річки живляться цілковито або значною мірою водою з підземних карстових горизонтів. Озерні річки – це річки, які витікають з озер або протікають через них.

Сукупність водотоків та водоймищ у межах будь-якої території називають гідрографічною мережею; до неї зачисляють також озера, болота, канали й джерела. Мережа постійних водотоків утворює річкову мережу.

Сукупність річок, що зливаються разом і виносять свої води загальним потоком, називають річковою системою.

Початок річки, що відповідає місцю, починаючи з якого з'являється постійна течія води в руслі, називають витоком. Впадаючи в іншу річку, озеро або море, річка утворює гирло.

Важливою кількісною характеристикою річкового басейну є порядок головної ріки та приток. Сьогодні відомо декілька систем кодування порядків водотоків (рис. 1.1).


Рис 1.1. Порівняльний аналіз кодування одного і того ж річкового басейну за схемами: Р.Хортона (а); А.Стралера (б); Н.Ржаншина (в); Р.Шріва (г) (доступно при скачуванні повної версії)
Згідно з системою кодування водотоків (за Р. Хортоном), до першого порядку зачисляють водотоки, які не мають приток. Водотік другого порядку утворюється від злиття двох водотоків першого порядку. Для утворення водотоку третього порядку необхідне злиття двох водотоків другого порядку і т.д. Якщо зустрічаються два водотоки порядку п , води, об'єднавшись, дають початок водотоку порядку п+1. Зазначимо, що злиття різного-рядкових водотоків таких змін не дає. Наприклад, при впадінні в річку четвертого порядку приток першого, другого або третього порядків порядок головної ріки не змінюється. Отже Р. Хортон визначає порядок ріки в її нижній течії. Згодом він окреслює головну ріку й основні її притоки, а потім здійснює перекодування (рис. 1.2). У наслідок цього головна ріка від своїх верхів'їв до нижньої течії не змінює свій порядок.



Рис. 1.2. Кодування порядків приток (за Р.Хортопом): а – дихотомічна система збільшення порядків вниз за течією; б – перший етап кодування Хортона за дихотомічною системою з метою визначення порядку головної ріки; в – перекодування та кінцеве визначення порядків приток у басейні (доступно при скачуванні повної версії)
Річковим басейном (басейном річкової системи) називають територію земної поверхні, у тім числі товщу гірських порід, звідки дана річкова система або окрема річка живиться.

Басейн кожної річки включає в себе поверхневий та підземний водозбори. Поверхневий водозбір - та частина земної поверхні, з якої води надходять у певну річкову систему або окрему річку. Підземний водозбір утворюють товщі гірських порід, з яких вода надходить у річкову мережу.

Басейн підземного живлення може не збігатися із поверхневим. Підземний водозбір ріки, зазвичай, є більшим за поверхневий водозбір. Однак виявити підземний водозбір досить важко.

Поверхневий водозбір кожної річки відокремлений від водозбору сусідньої річки вододілом, який проходить по найвищих точках земної поверхні, розташованої між водозборами сусідніх річок.

Морфометричними характеристиками ріки вважають довжину, звивистість, розгалуженість і густоту річкової мережі. Морфо­метричними характеристиками басейну ріки є площа басейну, коефіцієнт асиметрії, середня висота басейну над рівнем моря, середній нахил басейну, довжина вододільної лінії, порізаність контуру басейну.

Головними характеристиками природних умов басейну ріки є географічне положення, тектонічна та геологічна будова, рельєф, клімат, грунтово-рослинний покрив, наявність і особливість інших водних об'єктів тощо.

Для виконання лабораторної роботи кожен студент отримує: топографічну карту (М 1:200 000) з зазначеним річковим басейном, тематичні карти на територію басейну (геологічну, геоморфо­логічну, грунтів і рослинності).
Завдання 1. Визначити морфометричні характеристики ріки: 1.1. Довжину головної ріки, (L, км). Довжину ріки визначають як віддаль від верхів'я ріки до гирла. Відлік здійснюють від гирла ріки як від більш визначеної точки, ніж верхів'я. Вимірювання довжини провадять на карті курвіметром або циркулем-вимірювачем по всіх звивинах ріки. З цією метою необхідно передусім за масштабом карти визначити кількість кілометрів (чи метрів залежно від масштабу карти), які відповідають одному кроку циркуля, а потім кількість вимірених кроків помножити на довжину одного кроку циркуля-вимірювача за масштабом:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
1.2. Коефіцієнт звивистості ріки – відношення виміряної по всіх звивинах довжини ріки до довжини прямої від витоку до гирла ріки:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
1.3. Коефіцієнт розгалуженості ріки (Крзг) – відношення довжини всіх рукавів і приток ріки до її довжини:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
1.4. Густота річкової мережі (р) – відношення суми довжин усіх рік басейну (чи іншої території), в тім числі пересихаючі тимчасові водотоки, вираженої в км (Zln+L) до площі басейну або території, вираженої в квадратних кілометрах: Eln+L/F (км/км2).
Завдання 2. Побудувати гідрографічну схему ріки, здійснити кодування порядків водотоків за різними системами (авторами).

З цією метою необхідно довжини ріки, її притоки і озера нанести на схему прямими лініями у певному масштабі. Кут з'єднання приток з головною рікою близький до 30°.
Завдання 3. Побудувати поздовжній профіль ріки.

Поздовжнім профілем ріки називають криву, яка показує зміну висоти дна і поверхні ріки від витоку до гирла. Поздовжній профіль ріки характеризує зміну похилів її дна та поверхні води вздовж течії. Похил виражається відношенням різниці позначок висоти (дна чи поверхні води) на початку (Ні) та наприкінці (Н2) досліджуваної ділянки (цю різницю називають падінням) до відстані (І) між початком і кінцем ділянки, тобто:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
З метою побудови поздовжнього профілю по вертикальній осі відкладають висоту рівня води або дна (м), по горизонтальній – віддаль від витоку до гирла (км).
Завдання 4. Визначити морфометричні характеристики басейну ріки.

Користуючись топографічними картами, передусім необхідно провести лінії вододілу між басейном досліджуваної ріки і басейнами суміжних рік. Лінію вододілу проводять по найбільших висотах, які обмежують басейн.
4.1. Площа басейну (F, м2, км2). Площу басейну визначають планіметром, палеткою, розбивкою контуру басейну на геометричні фігури. При використанні планіметра необхідно визначити ціну однієї поділки, яку обчислюють для кожної зони, обмеженої двома суміжними паралелями, як частка відділення математичної площі трапеції (взятої в таблицях) на число поділок планіметра. Обводку площі кожного контуру виконують двічі. Різниця в кількості поділок планіметра між двома обводками не повинна перевищувати 1/200 частку їхнього середнього арифметичного. Для площ, що відповідають 50-200 поділкам планіметра, ця різниця не повинна перевищувати 1-2 поділки. Незначні площі обводять планіметром декілька разів (5-6). Число поділок планіметра (різниця відліків) поділена на кількість обводок дає середнє число поділок планіметра. При визначенні значних площ доцільно безпосередньо використовувати геодезичні таблиці.
4.2. Коефіцієнт асиметрії (а) – відношення різниці між площами басейнів лівобережних ( fл ) і правобережних ( fr, ) приток до площі басейну загалом:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Залежно від розташування приток щодо головної ріки розріз­няють симетричні та асиметричні басейни. Мірою асиметричності басейну є коефіцієнт асиметрії.
4.3. Довжина басейну (L, м, км) - пряма, яка з'єднує, гирло і точку на вододілі, що прилягає до витоку річки.

Довжина басейну завжди менша за довжину ріки. Якщо контур басейну вигнутий, то пряма змінюється ламаною, кожний відрізок якої повторює головні вигини русла (рис. 1.3) і довжина басейну дорівнює сумі відрізків.
4.4. Середня ширина басейну (Всер, м, км) відношення площі басейну річки (F) до його довжини (L6):


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
4.5. Максимальна ширина басейну (Вмах, м, км). Максимальну ширину басейну визначають по прямій, перпендикулярній до осі басейну у найширшій його частині.
4.6. Середня висота басейну (Нсер, м). Середню висоту басейну визначають, якщо є карта басейну в горизонталях. Користуючись планіметром, визначають площі між сусідніми горизонталями (f) і середні висоти горизонталей (h), між якими знаходиться площа:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Середню висоту басейну можна визначити також за графіком гіпсометричної кривої басейну.
4.7. Середній нахил поверхні басейну (Ісер) визначають за формулою


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
4.8. Довжину вододільної лінії (S, м, км), вимірюється аналогічно довжині ріки.
4.9. Порізаність контуру басейну або коефіцієнт розвитку довжини вододільної лінії.

Кількісною характеристикою форми річкового басейну є так званий коефіцієнт розвитку довжини лінії m – відношення довжини вододільної лінії до довжини кола, що обмежує рівновелику водозборові площу круга. Обчислюють за формулою:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Величина коефіцієнту m буде тим більша, чим більше форма річкового басейну буде відрізнятися від форми круга.
Завдання 5. Побудувати гіпсографічну криву басейну.

Гіпсометрична крива вказує на відсоток площі басейну, яка перебуває вище певної висоти.

Для побудови гіпсографічної кривої визначають площі Між горизонталями. По горизонтальній осі відкладають ці площі (в квадратних кілометрах або відсотках), а по вертикальній осі – висоти цих площ. Підсумовуючи величини площ кожної висоти в км кв чи % одержимо гіпсометричну криву. З допомогою кривої можна визначити середню висоту басейну над рівнем ріки. З цією метою з середини горизонтальної осі піднімають перпендикуляр до перетину з кривою і опускають перпендикуляр на вісь ординат. Висота, яку відсіче ця лінія, і буде середньою висотою басейну над рівнем моря.
Завдання 6. Визначити фізико-географічні характеристики ба­сейну ріки. Фізико-географічні умови характеризують за таким планом:
6.1. Географічне положення басейну на континенті, яке може бути виражене через віддаленість (в км) від океану, широту і довготу центру і крайніх точок басейну.
6.2. Географічний пояс, природна зона або висотний пояс.
6.3. Тектонічна і геологічна будова, фізичні і водні властивості підстилаючих порід, гідрогеологічні умови.
6.4. Рельєф, який може бути охарактеризований (кількісно) через середню висоту і середній похил поверхні басейну (за формулами 1, 2).
6.5. Клімат (характер циркуляції атмосфери, режим температури і вологості повітря, кількість і режим атмосферних опадів, випа­ровування).
6.6. Ґрунтово-рослинний покрив, який можна охарактеризувати через коефіцієнт лісистості та площею певного типу ґрунту в межах басейну.

Коефіцієнт лісистості – це відношення площі лісів, розташованих в басейні, до загальної площі басейну:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Коефіцієнт лісистості визначають у відсотках, або в частках від одиниці. Його можна обчислити як для водозбору загалом, так і для окремих ділянок.
6.7. Наявність і особливість інших водних об'єктів – озер, боліт, льодовиків та ін.

Коефіцієнт озерності (Коз) – це відношення площі озер, розташований у басейні, до загальної площі басейну:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Коефіцієнг заболоченості (К бол) – це відношення площі боліт, що знаходяться в басейні, до загальної площі басейну:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Контрольні запитання
1. Що таке річка та річкова мережа?

2. Що таке річковий басейн?

3. Що називають витоком і гирлом ріки?

4. Що таке дельта?

5. Перелічіть складові частини річкової долини.

6. Проаналізуйте різні системи кодування водотоків.

7. Як класифікують ріки?

8. Назвіть і проаналізуйте основні морфометричні характерис­тики ріки.

9. Проаналізуйте морфометричні характеристики басейну ріки.

10. Назвіть типи поздовжнього профілю річки?

11. Назвіть основні фізико-географічні характеристики басейну.

12. Що таке похил і падіння ріки?
Список літератури

1. Гіпсометрична карта світу.

2. Давыдов Л.К., Дмитриева А А, Конкина Я.Г. Общая гидроло­гия. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 22-30.

3. Железняков Г.В. Гидрология и гидрометрия: учебник для студентов дорожностроительных вузов.- М.: Высш. школа, 1981.-С. 40-48.

^ 4. Михайлов В.Н., Добровольский АД. Общая гидрология: Учеб. для геогр. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1991. - С. 120-133.

5. Навчальні топографічні карти.

6. Чеботарев АН. Общая гидрология (воды суши).- Л.: Гидрометеоиздат, 1975.- С. 208-236.
Лабораторна робота № 2
^ ТЕМА: ПОБУДОВА ПРОФІЛЮ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕРІЗУ РУСЛА РІЧКИ ТА ОБЧИСЛЕННЯ ЙОГО ОСНОВНИХ МОРФОМЕТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Ключові слова: поперечний переріз русла, площа живого перерізу, площа мертвого простору морфометричні елемеїпи водного перерву: площа, змочений периметр, ширина русла, гідрав­лічний радіус, максимальна глибина, середня глибина.
^ На допомогу студентові:
Поперечний переріз русла – площина, перпендикулярна до напряму течії потоку у певному пункті. Ця площа обмежена знизу дном, лінією горизонту води, а по боках - схилами русла. Кожному рівню води в річці відповідає свій водний переріз. При льодовому покриві верхньою межею площі поперечного перерізу вважають лінію рівня води в ополонках. Поперечний переріз русла визначає пропускну здатність річки і впливає на розподіл швидкостей, похилів, напрямів течії та інші гідравлічні елементи потоку. Розрізняють площу живого перерізу і площу мертвих просторів.

Площа живого перерізу - це та частина площі водного перерізу русла, де швидкості течії більші від нуля або від чутливості приладу, яким вимірюють швидкості. Площа мертвих просторів – це та частина площі водного перерізу русла, в якій течії відсутні або їхні швидкості нижчі від початкової швидкості гідрометричної вер­тушки.

Дані для побудови поперечного перерізу отримують унаслідок виконання промірних робіт на водомірних постах.

Відповідно обладнане місце виконання систематичних промірних робіт для визначення морфометричних характеристик поперечного перерізу і гідрологічних характеристик водного потоку називають водомірним постом.

Промірні роботи потрібно виконувати у місці впадання річкового потоку, басейн якого обстежується, до основної річки. Бажано, щоб ділянка річки в місці розміщення поста мала характерний для цього району гідрологічний режим, була дещо прямолінійною, доступною для виконання спостережень, з харак­терними берегами і без завалів у руслі.
Виконання промірних робіт
Промірювання глибин здійснюють вздовж ліній обраного поперечного профілю. З цією метою вздовж одного з берегів річки прокладають мірні "магістралі". Перпендику­лярно до магістралі розбивають поперечники.

Промірні пункти (вертикалі) на кожному поперечнику визначають через рівні відстані; їхня кількість залежить від завдання промірних робіт і ширини ріки, рельєфу дна річки. На обраних поперечних перерізах натягують троси. Трос або шнур закріплюють на глибоко забитих кілках по лінії створу так, щоб він не провисав над водою і не торкався поверхні води. Промірні пункти позначають на тросі через 20 см, 50 см чи інші проміжки.

Після розбивки розпочинають промірювання глибин ріки по лінії профілю мірною рейкою. З цією метою обирають (визначають) постійний початок (Пп) — нерухому точку, від якої відбуватиметься відлік при промірних роботах і яка не буде змінювати місце положення під час виконання промірних робіт (репер, дерево, великий камінь). В останній точці проміру, яку називають урізом води, зазначають її віддаль від найближчої точки промірювання. Промірювання глибин виконують два рази: від постійного початку до урізу ріки, і навпаки. Під час промірів глибин визначають характер грунту дна річки. Дані промірів записують у заздалегідь підготовлену таблицю.
Основними морфометричними елементами водного перерізу є:

1. Площа водного перерізу (S, м кв.)

2. Змочений периметр (Р, м).

3. Гідравлічний радіус (R, м).

4. Ширина русла (В, м)

5. Максимальна глибина (hмаx, м)

6. Середня глибина (hcep= S/B, м).
Оскільки в річкових руслах ширина значно (у десятки і сотні разів) перевищує глибину, середня глибина практично дорівнює величині гідравлічного радіуса.

Важливою характеристикою поперечного перерізу русла є його форма. Якщо форма близька до параболи, то в руслі спостерігається рівномірний рух води. Якщо ж у межах поперечного перерізу русла є виступи дна, або поглиблення, створюються вири, обернені течії, зони застою води. В таких умовах порушуються співвідношення між нахилам и водної поверхні, глибинами і швидкостями течії.
Завдання 1. Побудувати поперечний (водний) переріз русла ріки (дані для побудови даються викладачем кожному студентові у вигляді таблички (табл. 2.1.).
Таблиця 2.1

№ промірних і швидкісних вертикалей

Відстань від пос­тійного початку (м)

Глибини (м)

Швидкість течії (м/с) в точках на швидкісних вертикалях

Поверхня (0.1 м)

0.2Н

0.6Н

0.8Н

Дно (0.1 м

від дна)

(доступно при скачуванні повної версії)
На міліметровому папері по горшонгалі відкласти віддалі від постійного початку промірів, а по вертикалі – глибини. Горизонтальний масштаб (ширина ріки) беруть у 2, 5, 10, 20 разів менше вертикального (глибина ріки), щоб такий профіль помістився на міліметровому папері. Точки дна з 'єднують прямими лініями.
Завдання 2. Обчислюй основні морфометричні елсменги русла ріки:

2.1. Площу поперечного перерізу (S, м2). Вираховується як сума площ прямокутників і трикутників, на які поділяється водний переріз русла промірними вертикалям и глибин (рис.4).


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
2.2. Ширину русла (В, м). Ширина русла ріки визначається як різниця віддалі від постійного початку до урізу лівого берега і віддалі від постійного початку до урізу правого берега:
В = 1 ур.л.б. - 1 ур.п.б.
2.3. Довжину змоченого периметру Р. Змочений периметр – це довжина підводного контуру водного перерізу, визначається як сума гіпотенуз уявних трикутників, які утворюють лінію дна (С1, С2, ..., Сn):


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
2.4. Середню глибину (hcep м). Визначається за формулою: hcep= S/B.
2.5. Максимальну глибину (hMax, м). Визначається безпосередньо з промірів глибин.
2.6. Гідравлічний радіус (R, м) виражається відношенням площі водного перерізу (S ) до змоченого периметра (Р).
Визначається за формулою: R=S/P.
Контрольні запитання
1. Що називають поперечним перерізом річки?

2. Як отримують дані для побудови профілю поперечного перерізу?

3. Що таке живий переріз?

4. Що таке мертвий простір?

5. Назвіть основні морфометричні елементи водного перерізу.

6. Що таке змочений периметр і як його обчислити?

7. Як обчислити гідравлічний радіус?

8. Як визначити максимальну і середню глибини водного перерізу?

9. Як обчислити ширину русла?
Список літератури
^ 1. Біланюк В., Кукурудза М. Методичні вказівки з проходження гідрологічного розділу комплексної фізико-економіко-географічної практики для студентів географічного факультету, Львів, 2003. -31с.

^ 2. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидроло­гия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973.- С. 228-230.

3. Загальна гідрологія. Підручник / За ред. СМ. Лисогора. - К.: Фітосоціоцентр, 2000, С. 47-89.

А. Михайлов В.Н., Добровольский АД. Общая гидрология: Учеб. для геогр. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1991 - С. 133-135


Лабораторна робота №3
^ ТЕМА: РОЗПОДІЛ ШВИДКОСТЕЙ У РІЧКОВОМУ ПОТОЦІ. ПОБУДОВА ІЗОТАХ У ВОДНОМУ ПЕРЕРІЗІ.
Ключові слова: Миттєва швидкість, середня швидкість, епюри швидкостей, ізотахи, швидкісна вертикаль, гідрометричний млинок, гідрометричні поплавки, витрата води (часткова, цілковита).
^ На допомогу студентові.
Визначення швидкостей течії води необхідне для обчислення витрат води, а також для будівництва мостів і гідротехнічних споруд, потреб судноплавства і лісосплаву.
Для вимірювання швидкостей течії води застосовують методи і прилади, дія яких грунтується на фізичних принципах:

1. Метод, який ґрунтується на реєстрації кількості обертів лопатевого гвинта (ротора). Головним приладом для вимірювання Швидкості течії у цьому випадку с гідрометричний млинок.

2. Метод, який ґрунтується на реєстрації швидкості пливучого тіла. Для вимірювання швидкості застосовують різні кострукції поплавків: поверхневі, глибинні, інтегратори, а також гідрометричні жердини.

3. Метод, який ґрунтується на реєстрації кута повороту пластинки, яку відхиляє потік. Швидкість течії у цьому випадку вимірюють гідрометричним флюгером.

4. Метод, який ґрунтується на реєстрації швидкісного напору. До цього типу приладів належать гідрометричні трубки різної конструкції.

5. Метод, який ґрунтується на принципі теплообміну. Швидкість течії у цьому випадку вимірюють прилади, які називають гідрокатазондамн (термогідрометрами).

6. Метод, який ґрунтується на вимірюванні об'єму води, яка потрапила у прилад під час спостереження. Таким приладом є батометр-тахіметр.

7. Метод, який ґрунтується на застосуванні ультразвуку. Швидкість течії при цьому вимірюють за допомогою так званих ультразвукових вимірників швидкості.
Найчастіше при виконанні гідрометричних робіт на річках, озерах, водосховищах і каналах вимірювання швидкостей течії здійснюють гідрометричними млинками. Рідше застосовують гідрометричні поплавки. Батометрами-тахіметрами для вимірювання швидкостей течії тепер майже не користуються. Гідрометричні трубки, термогідрометри, ультразвукові вимірники використовують переважно під час виконання науково-дослідних робіт у лабораторних умовах.

Принцип вимірювання швидкостей течії води гідрометричним млинком полягає у тому, що лопатевий гвинт (ротор) млинка під впливом течії води обертається зі швидкістю, пропорційною швидкості течії. При вимірюванні швидкості течії визначають кількість обертів лопатевого гвинта за певний проміжок часу, що дає змогу обчислити кількість обертів за одну секунду і за тарувальним графіком млинка визначити швидкість течії води.

Поплавки сприймають швидкість води, що рухає їх, а тому принцип вимірювання ними швидкостей течії полягає у визначенні часу t, за який проходить поплавок разом з водою певну відстань L. Швидкість течії при цьому обчислюють за формулою:
V=L/t
Розглянемо будову гідрометричного млинка. Він є найточнішим приладом для вимірювання швидкостей течії води. Існує чимало різних типів гідрометричних млинків, які відрізняються між собою розташуванням осі, будовою контактного і лічильного механізмів, способом встановлення на точку та ін. Найбільшого поширення для вимірювання швидкості течії води сьогодні набули млинки Гр-21, Гр-21М і Гр-55.

Гідрометричний млинок Гр-21 (Рис. 3.1.) налічує такі головні частини: корпус, хвостове оперення, ходову частину з контактним механізмом і лопатевим гвинтом, сигнальний пристрій.


а) Гідрометричний млинок ГР-21: 1 – лопатевий гвинт, 2 – корпус, 3 – клема, 4 – хвостове оперення


б) Гідрометричний млинок ГР-55: 1 – ходова частина, 2 – корпус, 3 – затискні гвинти, 4 – хвостове оперення
Рис. 3.1. Будова гідрометричних млинків: а) ГР-21, б) ГР-55 (доступно при скачуванні повної версії)
Корпус призначений для з'єднання окремих частин вертушки. У передній частині корпусу є порожнина, в яку встановлюється і закріплюється стопорним гвинтом вісь ходової частини. Зверху на корпусі є дві клеми для підключення проводів сигналізації. У тильній частині корпус має вертикальний отвір для кріплення млинка на штанзі або на вертлюзі (у випадках роботи з троса). До тильної частини корпусу гвинтом прикріплюють хвостове оперення, призначене для того, щоб утримувати лопату млинка проти течії. Хвостове оперення складається із штоку і двох симетричних пластин увігнутої форми.

Ходова частина млинка складається з лопатевого гвинта діаметром 120 мм, осі з контактним механізмом, двох шарикопідшипників, внутрішньої і зовнішньої втулок і осьової гайки. Ходова частина встановлюється в циліндричну порожнину лопаті, запов­нену трансформаторним маслом, і кріпиться в ній муфтою. При обертанні лопатевого гвинта вісь ходової частини залишається нерухомого.

Контактний механізм млинка замикає електричне коло через 20 обертів лопатевого гвинта.

^ Сигнальний пристрій складається з клемної панелі, дзвоника, сигнального проводу і призначений для перетворення електричного імпульсу в звуковий сигнал.

При використанні млинка ГР-21 точки вимірювання швидкостей визначають по вертикалі у такій послідовності:
Таблиця (доступно при скачуванні повної версії)

Глибина по вертикалях, м

Розподіл точок по вертикалі




Понад 1.00

0.60 - 1.00

0.40 - 0.60

0.20 - 0.40

0.15 - 0.20

На поверхні: 0.2h; 0.6h; 0.8h: на дні

0.2h; 0.6h; 0.8h;

0.2h; 0.8h;

0.6h;

0.5h





Млинок ГР-21 М (модернізований) відрізняються від млинка ГР-21 лише конструкцією окремих деталей ходової частини, а загалом це млинки одного класу.

Гідрометричний млинок ГР-55 складається з тих же основних частин, що й млинки ГР-21 і ГР-21М, і відрізняється від них лише меншими розмірами, а тому цей млинок називають малогабаритним. Млинок ГР-55 має два лопатеві гвинти діаметром 70 мм: гвинт №1 застосовують при швидкостях течії від 0,55 до 2,5 м/с, гвинт №2 – від 2,5 до 5,0 м/с. Унаслідок малих розмірів зазначений млинок зручний для роботи у водотоках з невеликими глибинами.

^ Тарування млинка – це спеціальне випробування млинка, під час якого визначається емпірична залежність між швидкістю течії води і кількістю обертів лопатевого гвинта за одну секунду. Перше тарування вертушки виконують після її виготовлення. Подальше тарування за нормальних умов її експлуатації провадять один раз на два роки. У випадку пошкодження млинка необхідно його негайно відремонтувати і здійснити тарування.
Для вимірювання швидкості течії води також використовують гідрометричні поплавки. Залежно від будови і призначення поплавки поділяють на поверхневі і глибинні.

Поверхневі поплавки застосовують для вимірювання швидкості і напряму течії у поверхневому шарі води. Як поверхневі поплавки можна використовувати дерев'яні кружки діаметром 10-30 см і 3-5 см завтовшки; дві дошки, скріплені навхрест; пляшки, частково заповнені водою. Для кращої видимості поплавків з берега до них прикріплюють яскраві прапорці. Обов'язковою умовою для вимірювання швидкостей течії поверхневими поплавками є затишна погода. При вітрі швидкістю 6 м/с незалежно від його напряму застосовувати поверхневих поплавків недоцільно.

Глибинні поплавки використовують для вимірювання швидкості і напряму течії на певній глибині. Глибинний поплавок складається із двох зв'язаних тонким шнуром поплавків: верхнього (поверхневого) і нижнього (глибинного), зануреного у воду на певну глибину. Верхній поплавок виготовляється із корка, дошки, пінопласту, а нижній – з провареної в олії дерев'яної кульки або кульки зі скла. За розміром верхній поплавок роблять набагато меншим від нижнього. Тому швидкість руху системи таких поплавків приблизно дорівнює швидкості течії на глибині занурення поплавка. Поверхневий поплавок є у такому випадку показником ходу глибинного поплавка. Глибинні поплавки використовують переважно для вимірювання малих швидкостей течії (до 0,15 м/с), які недостатньо точно можуть бути виміряні гідрометричним млинком.
Швидкість течії у ріках неоднакова на різних проміжках потоку і змінюється, як по ширині, так і по вертикалі водного перерізу. Сучасні прилади (осцилограф) дають змогу виміряти і записати пульсаційні зміни швидкості течії в часі, тому розрізняють миттєву швидкість і середню швидкість, яку часто називають місцевою швидкістю у точці потоку.

Миттєва швидкість (М) – швидкість у певній точці потоку в дану мить. Вона змінюється в часі за величиною і напрямом.

Зазвичай у гідрометрії частіше визначають середню швидкість.

Розподіл швидкостей течії води в ріці залежить від типу ріки, морфологічних особливостей, нахилу водної поверхні, нерівності русла. У водному перерізі русла по вертикалі найменші швидкості спостерігаються біля дна (вплив нерівностей русла), а до поверхні спочатку спостерігається зростання швидкості, а потім упо­вільнення. Максимальна швидкість у ріках спостерігається поблизу поверхні, або на віддалі 0.2 Н (Н - глибина вертикалі) від поверхні. Якщо на вертикалі відкласти величини швидкостей і з'єднати їх плавною лінією, то одержана лінія буде профілем швидкостей по вертикалі. Такі криві зміни швидкостей по вертикалі називають годографами або епюрами швидкостей (рис. 3.2.)


Рис. 3.2. Розподіл швидкостей у водному перерізі (доступно при скачуванні повної версії)
Якщо виміряти площу епюри швидкостей і поділити її на глибину вертикалі, то одержимо величину середньої швидкості на вертикалі. Встановлено, що здебільшого середня швидкість на вертикалі водного перерізу спостерігається на глибині від поверхні – 0,2Н. Епюри швидкостей змінюються по довжині ріки, передусім при переході від плеса до перекату. Наявність льодового покриву та льодових утворень впливає на розподіл максимальної швидкості по вертикалі. Наприклад, за наявності льодового покриву та шуги під ним максимальна швидкість зміщується до 0,6Н – 0,7Н вертикалі і глибше.

На розподіл швидкостей у водному перерізі по ширині потоку вказують лінії, які з'єднують точки з однаковими швидкостями у водному перерізі, – ізотахи. Здебільшого ізотахи мають вид плавних кривих, які не замикаються в межах водного перерізу. При наявності льодового покриву частина ізотах утворює замкнуті криві.
Завдання 1. У водному перерізі (з попереднього завдання) провести ізотахи – лінії однакових швидкостей, користуючись даним и таблиць (табл. № 2.1).

На профілі водного перерізу нанести икидкісні вертикалі, на яких у відповідних точках вимірів виписують значення швидкості: поверхня води (0, 10 м), 0.2Н, 0.6Н, 0.8Н, дно (0.10м від дна).

Точки однакових швидкостей з'єднують плавними кривими шляхом інтерполяції між швидкостями в точках вертикалі. Ізотахи проводять через 0.1 м/с. Якщо максимальна швидкість – 1 м/с, то ізотах буде 10.
Завдання 2. Побудувати епюри швидкостей за даними вимірю­вання на швидкісних вертикалях.

Будують епюри швидкостей таким чином: по вертикалі відкла­дають загальну глибину вертикалі і зазначають точки вимірювання швидкостей. Від цих точок вправо відкладають горизонтальні лінії, що дорівнюють показникам швидкостей у зазначених точках. Кінці ліній з'єднують плавною лінією і одержують епюри швидкостей на вертикалях.
Завдання 3. Визначити середню швидкість по швидкісних вер­тикалях.

Середня швидкість визначається за такими емпіричними фор­мулами:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
З метою визначення середньої швидкості між врізом берега і крайньою вертикаллю необхідно помножити швидкість крайньої вертикалі на коефіцієнт: 0,7 – при пологому березі; 0,8 – ігри обривистому, 0,5 – при наявності мертвого простору.
Завдання 4. Обчислиш витрати води (часткові, повні).

^ Витрата води - це кількість води, що протікає через попереч­ний переріз за одиницю часу (м куб/с).

Найпоширенішим і найпростішим способом визначення втрати води є гідрометричний спосіб, який ґрунтується на обчисленнях площі поперечного перерізу ріки і швидкості течії в різних частинах цього перерізу.

Часткові або елементарні витрати води (g) між швидкісними вертикалями обчислюють шляхом множення середніх швидкостей між вертикалями на площу поперечного перерізу між ними:


Формула (доступно при скачуванні повної версії)
Повну витрату (Q) обчислюють шляхом сумування часткових або елементарних витрат. Дані обчислень записують у таблицю.
Контрольні запитання
1. Для чого визначають швидкість течії?

2. Які методи вимірювання швидкості течії Ви знаєте?

3. Яка будова і принцип роботи гідрометричного млинка?

4. Принцип визначення швидкості води гідрометричними поплавками.

5. Що таке миттєва швидкість?

6. Що таке середня швидкість?

7. Як змінюється швидкість у водному перерізі?

8. Що таке швидкісні вертикалі?

9. Що таке егаори швидкостей?

10. Що таке ізотахи?

11. Як побудувати епюри?

12. Як проводять ізотахи у водному перерізі?

13. Що таке витрата води, для чого її обчислюють?

14. Як обчислити часткову і повну витрати води?
Список літератури
^ 1. .Літовченко О.В., Сорокін В.Г. Гідрологія і гідрометрія. - К.. 1985.-С. 179-196.

2. Железняков Г.В. Гидрология и гидрометрия. - М: Высш. школа, 1981, С. 109-170.

^ 3. Кузник И.А.,Луконин Е.И., Пилипенко В.Д. Гидрология и гидрометрия. Лининірад, 1974, 280с.

4. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология: Учеб. для геогр. спец. вузов.- М.: Высш. шк., 1991.- С.133-135.

^ 5. Муха Б.П., Проць ГЛ. Методичні вказівки до проходження польової практики з гідрології та кліматології для студентів географічного факультету. Львів: ЛДУ ім. Івана Франка, 1982. -16 с.
Лабораторна робота № 4
  1   2   3   4



Скачать файл (2593 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации