Файл: Быков В.Д. Гидрометрия учебник.pdf

Поскольку ошибка Ц- может быть как положительной, так и отрицательной, то

100 - ^ - = 1 0 0 ^ + ЮО - у - .

Полагая 100-^-=<7%, 1 0 0 ^ = У % и 100 ~=t%, найдем, что

для определения расхода воды с точностью q% при имеющейся возможности определить объем мерного сосуда в литрах с точ­ ностью V% и измерить время в секундах с абсолютной ошибкой dt необходимое время наполнения сосуда составит

,100А1

а необходимый объем мерного бака

V = tQQ.

Например, при <7 = 2%, V=0,l%, dt = 0,2 с

100 • 0,2

2 — 0,1

И

У = HQ л; при <7 = 5%, V=l%, dt = 0,5 с

мом. Измерение уровня в мерном сосуде производится крючковой рейкой с точностью ± 1 мм.

228

бассейна вычисляют по данным точного обмера бассейна и уста­ новленной связи его объема с показаниями водомерной рейки

исамописца уровня.

Пл а н

I

Рис. 17.3. Устройство для измерения расхода воды при водосливной установке.

/ — бассейн; 2 — б у д к а самописца; 3 — подводящий канал; 4 — водо­ слив; 5 — колодец установки самописца; 6 — соединительная труба м е ж д у бассейном н колодцем .

Уход за установкой сводится к периодической очистке бассейна от наносов и поверке связи его объема с показаниями водомерных устройств.

Глава 18

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДОВ ВОДЫ МЕТОДОМ СМЕШЕНИЯ

18.1. Сущность метода смешения

Определение расхода воды методом смешения сводится к сле­ дующему. В поток вводится раствор какого-либо вещества, чаще всего хлористого натрия, известной концентрации, затем на створе, расположенном ниже по течению, после смешения этого вещества с речной водой берутся пробы воды и определяется концентрация

230

вещества после смешения. Величина расхода рассчитывается по формулам в зависимости от изменения концентрации и объема вве­ денного индикатора или его расхода. При этом методе не требу­ ется измерять скорости течения и площадь живого сечения.

Метод смешения применяется преимущественно в потоках с большими скоростями течения и большой степенью турбулент­ ности, с малыми глубинами и сравнительно небольшими расхо­ дами воды. В подобных условиях измерение скоростей вертушкой, а площади живого сечения путем промеров не обеспечивает тре­ буемой точности. Наиболее целесообразно применение метода сме­ шения па горных реках с бурным течением и сложным рельефом дна.

Достаточная точность определения расходов воды методом сме­ шения обеспечивается при условии, что на избранном участке реки отсутствуют боковая приточность, сбросы промышленных, канали­ зационных и оросительных вод, а также отбор воды из реки. Между верхним (пусковым) и нижним (измерительным) створами должно быть обеспечено хорошее естественное перемешивание ра­ створа индикатора с водой реки, чему способствует наличие пово­ ротов реки между створами. На участке не должно быть застойных зон — ям, мертвых пространств, заводей, рукавов.

Известны два варианта метода смешения: 1) способ длитель­ ного пуска раствора индикатора с небольшим расходом, 2) спо­ соб ускоренного пуска раствора индикатора.

18.2. Способ длительного пуска раствора индикатора

На выбранном участке в пусковом створе производят пуск в реку раствора индикатора в одной или нескольких точках с не­ большим п о с т о я н н ы м расходом. Измерительный створ распо­ лагают на таком расстоянии от пускового, чтобы произошло полное смешение индикатора с речной водой; создается у с т а н о в и в ­ ш и й с я режим перемешивания.

Рис. 18.1. Схема к способу длительного пуска.

Если выбранный участок отвечает указанным ранее требова­ ниям, то должно выполняться условие, что весовые расходы веще­ ства индикатора на пусковом створе и на измерительном створе должны быть равны между собой (рис. 18.1). Это можно выра­ зить равенством

231

где Q — расход реки; Со — естественная концентрация вещества индикатора в речной воде; q— расход раствора индикатора; С\ — концентрация раствора индикатора; Со.— концентрация индикатора

известны. Естественная концентрация индикатора в речной воде и концентрация индикатора в измерительном створе должны быть определены.

Для пуска раствора индикатора применяются специальные уст­ ройства, на описании которых мы здесь не останавливаемся. Отме­ тим только, что они достаточно сложны и непортатпвны.

В качестве индикатора часто применяют поваренную соль из расчета примерно 15 кг на 1 м3 /с расхода воды в реке. Концентра­ цию раствора принимают близкой к насыщению, 200—300 г/л. Кроме поваренной соли, применяют нитрит натрия, бихромат нат­ рия и др., а также красители — флюоресцеии и пр. Основные требо­ вания к веществам-индикаторам: хорошая растворимость в воде, стойкость, химическая стабильность в растворах с водой, полное отсутствие или малое количество в естественных водах, дешевизна и доступность, безвредность для людей, животных и рыб.

Продолжительность пуска раствора индикатора принимается не менее времени добегания воды от пускового до измерительного створа; обычно ее определяют опытным путем.

На измерительном створе пробы воды отбирают в нескольких точках по ширине реки в несколько приемов. Обработку проб для определения концентрации производят в лаборатории. В расчет принимают среднюю величину концентрации из отобранных проб.

При тщательном выполнении работы описанный способ харак­ теризуется довольно высокой точностью измерения расхода воды. Так, по данным французских исследователей, расхождения в изме­ рениях расходов вертушкой и описанным способом не превышали 3% [70]. Расходы воды, определенные этим способом, как правило, несколько больше измеренных вертушкой, так как вертушка не улавливает очень малые скорости, и, кроме того, метод смешения учитывает часть расхода, проходящую в аллювии, в придонных камнях.

К недостаткам способа длительного пуска следует отнести не­ обходимость иметь сложное и, как правило, стационарное обору­ дование для пуска раствора индикатора с постоянным расходом,

232

а также лабораторию для анализа отобранных проб. Кроме того, для измерения расхода воды требуется большое количество веще­ ства-индикатора. Видимо, по этим причинам способ длительного пуска не получил распространения у нас в стране, хотя он и отли­ чается более высокой точностью по сравнению со способом уско­ ренного пуска. В некоторых странах, например во Франции, этот способ получил широкое распространение и развитие.

18.3. Способ ускоренного пуска раствора индикатора

При этом способе пуск раствора индикатора осуществляется не постоянным небольшим расходом, а кратковременным выпуском, путем опрокидывания бака, или с некоторой задержкой. Как пра-

Рнс. 18.2. Схема распространения облака раствора инди­ катора.

вило, это делают на середине реки. При таком приеме не создается установившегося режима перемешивания. Вылитый в реку раствор распространяется вниз по течению в виде облака, увеличивающего при этом свои размеры за счет молекулярной и главным образом турбулентной диффузии (рис.

18.2). Когда облако раствора до­ стигнет измерительного створа, концентрация вещества-индикато­ ра Со в речной воде начнет увели­ чиваться, затем после достижения максимума постепенно уменьшит­ ся до первоначального значения Со или же нулевого — при отсутст­ вии в речной воде этого вещества.

Выведем формулу определения расхода воды для рассматрива­ емого способа. Через элементарную площадку живого сечения dw {рис. 18.3 а) проходит расход воды dQ. Вес вещества-индикатора

233

т, проходящего через эту площадку за время t, можно выразить зависимостью

t

площадь графика изменения концентрации воды во времени на из­ мерительном створе (рис. 18.3 б).

Из формулы (18.8) видно, что для определения расхода воды требуется знать объем введенного в поток раствора, его концентра­ цию, а также по данным наблюдений в измерительном створе по­

измерение концентрации заменяется измерением электропроводно­ сти, что гораздо проще.

Для измерения расхода воды способом ускоренного пуска"ра­

литический измеритель расхода воды (ЭИРВ). Приведем их крат­ кое описание.

234

переменный ток частотой 50 Г/ц, вырабатываемый вибропреобразо­ вателем ВП. Магазин сопротивлений служит для первоначального уравновешивания естественной электропроводности речной воды (до момента введения электролита в поток).

Индикатором при этом уравновешивании служит иульгальванометр НГ. Ток нулевой цепи, прежде чем попасть на нульгальванометр, выпрямляется при помощи того же вибропреобразователя. Линейный реохорд служит для измерения прироста электропровод­ ности воды при прохождении облака электролита. Шкала реохорда рассчитана на измерение относительной электропроводности от —50 до +500%0.

Реохорд

Ячейка

Рис. 18.5. Принципиальная схема электроизмерительного мостика.

Электродная ячейка состоит из двух электродов из нержавею­ щей стали; наружный электрод перфорирован. Поверхность элек­ тродов покрыта активным слоем для поглощения продуктов элек­ тролиза. Электродная ячейка подключается к измерительному мостику посредством двухпроводного шнура.

Мерные баки служат для измерения объема выливаемого в по­

Перед измерением расхода воды на пусковом створе приготов­

236