Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

координат в плане. Для этого создается геодезическая основа. Кроме того, при промерах ведут наблюдения за уровнем воды.

Глубины, измеренные в разное время в одной и топ же точке, могут иметь разное значение, так как уровень воды изменяется. При измерении глубин на значительном протяжении реки проходит много времени, за которое уровень может все время меняться. Это приведет к тому, что глубины, измеренные в разное время, бу­ дут несопоставимы. Для устранения этого в конце работ все изме­ ренные глубины приводят к одному расчетному (условному) уровню, соответствующему определенному моменту времени.

8.2. Методы и приборы для измерения глубин и профилей дна

Существует большое количество методов и приборов для изме­ рения глубин и профилей дна. Здесь мы рассмотрим только наи­ более часто применяемые в гидрометрии и гидрологических иссле­ дованиях вод суши. Для измерения глубин применяют простейшие приспособления, механические приборы и ультразвуковые при­ боры— эхолоты. Применение эхолотов позволяет значительно уско­ рить выполнение промерных работ и повысить точность; для про­ меров глубин в отдельных точках применяют эхолоты со стрелоч­ ным указателем глубин, а для непрерывной записи профиля дна —

(0,5—1,0 кг) погружать наметку в воду и предохраняет ее от рас­ калывания и истирания при ударах о дно. При илистых грунтах на нижнем конце башмака укрепляется поддон. Наметку размечают на десятые доли метра белой и красной масляной краской, нулевое деление должно совпадать с нижней поверхностью башмака.

При измерении глубин наметку выбрасывают нижним концом вперед по ходу промерного судна, а отсчет глубин по ней произво­ дят в тот момент, когда наметка будет стоять на дне водоема вер­

72

стие, через которое пропущена нить отвеса. Край сектора образует желобок, которым угломер прикладывается к тросу, при этом ли­ ния нулевого деления совпадает с направлением троса. Величина угла отсчитывается между направлением троса и линией отвеса.

В случае, когда высота подвеса троса над водой невелика, не превышает 1 м (рис. 8.5 а), глубина h определяется по формуле

При измерении глубин с гидрометрических люлек высота под­ веса может быть большая, особенно на горных реках с обрыви­ стыми берегами. Если высота подвеса превышает 1 м, то поправка определяется следующим образом:

— измеряют расстояние от точки подвеса до поверхности воды

—опускают груз до дна;

—отсчитывают по счетчику глубин расстояние В\С = 1\ (фик­ тивная глубина);

—измеряют угол отклонения троса а.

После этого производят расчет истинной глубины /г, для чего:

— определяют поправку Д[ к длине надводной части троса по

76

(допускается, что надводная часть троса прямолинейна); по при­ веденной формуле составлены таблицы [12];

— определяют длину подводной части троса 1% = 1\— Дь

— для найденной длины подводной части троса /2 находят по­

сов от вибратора-излучателя в водную среду и приеме отраженных от дна импульсов (эха) вибратором-приемником. Промежуток вре­ мени, за который ультразвуковой импульс проходит путь от излу­ чателя до дна и обратно до приемника, пропорционален глубине. Эта зависимость используется для определения глубин, которое осуществляется посредством механических пли электрических раз­ вертывающих устройств.

Скорость распространения ультразвука в воде зависит от ее температуры и солености (при температуре +14° С в пресной воде скорость ультразвука равна 1462 м/с). Для обеспечения необходи­ мой точности измерения глубин перед началом каждого промера производят полевую тарировку эхолота, при этом автоматически осуществляется коррекция показаний эхолота в соответствии с тем­ пературой во время работ и соленостью воды.

Для создания и посылки ультразвуковых колебаний в эхолотах применяются магнитострикционные или пьезоэлектрические вибра­ торы-излучатели. Для приема отраженных от дна сигналов служат вибраторы-приемники тех же типов, при этом используется обрат­ ный магнитострикционный или соответственно пьезоэлектрический эффект. Магнитострикционные вибраторы создают ультразвуковые колебания частотой 40—60 кГц, пьезоэлектрические— 100—• 150 кГц. Посылка ультразвуковых колебаний осуществляется от­ дельными короткими импульсами частотой 36—60 Гц.

Речные промерные эхолоты можно разделить по виду регистра­ ции глубин на два основных типа: 1) эхолоты с самописцем, 2) эхо­ лоты с указателем глубин. Оба указанных типа применяются в вод­ ных изысканиях и, по-видимому, должны в ближайшее время по­ лучить широкое применение в гидрологии.

Рассмотрим кратко действие эхолотов с самописцем на примере речного эхолота ИРЭЛ, показанного на рис. 8.6 [13].

Эхолот позволяет измерять глубину от 0,2 до 20 м, при этом за­ пись глубин производится в виде непрерывного профиля на бу­ мажной ленте типа ЭТБ-2 электротермическим способом. Верхний белый слой бумаги при прохождении электрического тока прожига­ ется, в результате получается запись линии дна в виде черной ли­ нии на белом фоне. Точность измерения глубин составляет: при глубинах 0,5—5 м — 0,1 м, при больших глубинах — 2% измеряе­ мой глубины. Масштаб записи глубин 1 : 100.

77

металлической линейкой (пишущая линейка). При вращении барабана точка кон­ такта перемещается вдоль линейки, образуя скользящий контакт.

При вращении барабана происходят замыкания цепи конденсатора и обмотки вибратора-излучателя, при этом создается колебательный контур. При разряде конденсатора в контуре возникает колебательный процесс и при этом никелевый пакет вибратора-излучателя посылает ультразвуковые импульсы. Отраженный от дна импульс воздействует механически на никелевый пакет вибратора-приемника, вследствие чего в его обмотке возникает слабый электрический ток. Возбужден­ ный в обмотке импульс поступает в усилитель, а усиленное напряжение подается на пишущую линейку.

За время от момента посылки ультразвукового импульса до поступления уси­ ленного импульса на пишущую линейку точка контакта линейки со струной пе­ реместится на расстояние, пропорциональное глубине. В этом месте происходит прожог белого слоя бумаги. Через каждый оборот барабана в момент прохож­ дения точки контакта линейки со струной через нуль шкалы происходит следую­ щая посылка импульса. В течение работы эхолота на ленте получается ряд то­ чек, образующих сплошную линию, соответствующую профилю дна.

Скорость вращения барабана должна быть согласована со скоростью уль­ тразвука в воде. Это достигается в процессе полевой тарировки с помощью ре­ гулировочных винтов (см. рис. 8.6.).

Э х о л о т ы с у к а з а т е л е м г л у б и н делаются двух типов — стрелочного и страбоскопического. Стрелочный указатель имеет шкалу, по которой непосредственно берется отсчет глубины. Страбоскопический указатель имеет круговую шкалу, отсчет глубин по которой производится по вспышкам неоновой лампочки, укреплен­ ной на вращающемся диске; первая вспышка соответствует нуле­ вому отсчету, вторая—-указывает глубину.

Рассмотрим действие эхолота со стрелочным указателем на примере полупроводникового одновибраторного эхолота ЭПО-10, измеряющего глубины до Ю м [32]. Комплект эхолота состоит из центрального прибора, указателя и вибратора. В качестве источ­

и функции приемника отраженных от дна ультразвуковых коле­ бании. Вибратор монтируется в забортном устройстве, которое де­ лается двух типов: в виде навесного вибратора для моторных ло­

тельных температурах ниже указанной нарушаются свойства ви­ братора.

энергию которого поглощает акустический преобразователь-вибратор 3. Ультра­ звуковая посылка распространяется в направлении дна, отражается и вновь по­ ступает на вибратор.

Одновременно с излучением импульса происходит запуск каскада подавле­ ния нулевой помехи 6, в результате чего триггер 7 перебрасывается в исходное положение. Отраженный от дна импульс проходит через входную цепь 4, уси­ литель 5, детектор 8 и поступает на второй вход триггера 7, вызывая его опро-

79