Файл: Орлова, В. В. Гидрометрия учебник.pdf

затопляемого буя, представляющего собой цилиндрический попла­ вок диаметром 600 мм, внутри которого вварена сквозная труба. Для установки вехи на нужную глубину в верхней части штанги имеется специальная лебедка 10 с тросом, идущим сквозь на­

правляющую штангу и трубу буя к грузу.

Наблюдения по вехе состоят в снятии отсчетов по шкале и под­ ведении указок к движку. После установки определяется отметка нуля вехи и ее положение относительно какого-либо берегового ориентира. Эти определения повторяются не реже одного раза в месяц и после каждого сильного шторма. Повторное определе­ ние нуля вехи производится также после ее опускания или подтя­ гивания. Для определения и проверки нуля вехи нужно измерить глубину в месте ее установки, уровень воды на водомерном посту п произвести отсчет при спокойной поверхности воды деления вехи, против которого стоит уровень воды. Отметка нуля вехи получа­ ется как разность отметки уровня воды и отсчета по вехе.

В ол н о м е р - п е р с п е к т о ме т р И в а н о в а (ГМ-12) служит для измерения элементов волн: высоты, длины, периода, скорости и направления распространения волнения, а кроме того, может использоваться для определения скорости и направления течений и дрейфа льдов и для измерения расстояний до предметов на во­ доеме.

Основной частью волномера является головка (рис. 170 а), со­

держащая два монокуляра от бинокля 68x30. В фокальной пло­ скости правого монокуляра установлена стеклянная сетка (рис. 170 6), на которой нанесены шкалы дальности, высоты волны и наклонные линии, сходящиеся в одной точке на линии истинного горизонта. Шкала дальности расположена в середине поля зре­ ния трубы и предназначена для измерения расстояний на водоеме. Для этого на ней нанесены деления от 0,1 до 2 км для прибора с сеткой Я = 10 м (где Я — высота установки волномера над уров­ нем водоема) и от 0,4 до 5 км для прибора с сеткой Я =40 м. Любое деление шкалы дальности, проектируясь на определенную точку поверхности водоема, указывает расстояние в километрах от при­ бора до этой точки. Деления на шкале дальности неравномерные.

Наклонные линии служат для измерения расстояний на поверх­ ности водоема, перпендикулярных лучу зрения. В конце каждой наклонной линии имеются числовые обозначения, например 5, 10 м. При помощи этих линий можно определять скорости движе­ ния предметов, перемещающихся перпендикулярно лучу зрения.

Волномеры выпускаются с перспективными сетками, рассчитан­ ными на установку прибора на высоте 10 и 40 м над уровнем

где Н ] — высота установки прибора; Н — высота, на которую рас­

считана сетка.

Для производства наблюдений волномер устанавливается на берегу на прочном основании — фундаменте (каменная кладка, деревянный столб). Место для установки прибора должно быть достаточно открытым, чтобы была видна поверхность водоема в различных направлениях. После закрепления прибора на осно­ вании вертикальную ось прибора при помощи подъемных винтов и уровня приводят в строго вертикальное положение. Затем диа­ метральную линию лимба, проходящую через 0 и 180°, распола­ гают в плоскости меридиана, и в таком положении лимб закреп­ ляют стопорным винтом. Ориентировав прибор по меридиану, на­ клоняют его головку так, чтобы верхняя горизонтальная линия сетки совместилась с линией видимого горизонта.

Для определения периода волны головка волномера ориентиру­ ется так, чтобы волны шли на наблюдателя; гребни волн при этом должны совпадать с системой горизонтальных линий сетки. На­ блюдая в монокуляры, замечают, когда один из гребней совпадает с какой-либо горизонтальной линией сетки, и в этот момент вклю­ чают секундомер. Когда через ту же горизонтальную линию сетки пройдет несколько следующих один за другим гребней, секундо­ мер выключают. Чтобы получить период одной волны, нужно время, отсчитанное по секундомеру, разделить на число волн. Например, если в течение 77 с прошло 12 гребней (что соответст­ вует 11 волнам), то период волны будет равен 7 с.

Для определения длины волны по шкале дальности отсчитыва­ ется, сколько делений уложилось между следующими друг за дру­ гом гребнями волн, принимая во внимание непостоянную цену деления. Например, в интервале от 0,1 до 0,3 шкалы между сосед­ ними гребнями уложились три деления; следовательно, длина волны равна 3x10 = 30 м при условии, что прибор стоит на вы­ соте, для которой рассчитана сетка. При другой высоте получен­ ный результат нужно умножить на переходный коэффициент К.

Скорость движения волны определяется по промежутку вре­ мени, в течение которого гребень волны проходит одно или не­ сколько делений на шкале дальности (обычно берется 100 м). ■Скорость движения волны равна расстоянию, пройденному греб­ нем, деленному на время прохождения этого расстояния. При не­ обходимости величина скорости умножается на переходный коэф­ фициент.

Направление движения волн определяется по лимбу в граду­

357

гребнем и подошвой волны. Зная цену одного деления шкалы, вы­ числяют высоту волны. При этом также следует учитывать пере­ ходный коэффициент К, если высота установки прибора не соот­

ветствует расчетной.

Для более детального изучения волнового режима озер и водо­ хранилищ служат специальные приборы — волнографы, непре­ рывно регистрирующие элементу, волны в течение определенного

на кинопленке осциллографа.

Использование электроконтактных вех возможно в сравни­ тельно небольшом удалении от берега, определяемом длиной ка­ беля (обычно до 1—2 км). Для изучения волнения в открытой глу­

станционным прибором, предназначенным для регистрации высот

свободно плавающему на поверхности водоема, п помещенный на

358

глубине, превышающей половину длины наибольшей волны, реги­ стрирует изменения давления, пропорциональные высоте волны.

Волнограф состоит из приемной части, поплавка, груза, ле­ бедки с кабелем и регистрирующей части. К поплавку 1 (рис. 172) на кабеле 2 на глубине, превышающей половину длины наиболь­ шей волны, подвешивается приемная часть прибора 3. Для обес­

печения вертикальности кабеля к нижней части приемника подве­ шивается добавочный груз 4.

Приемная часть волнографа представляет собой датчик давле­ ния, снабженный компенсатором и сальниковым устройством. Чувствительным элементом датчика является гофрированная ме­ мбрана диаметром 52 мм и толщиной 0,2 мм, изготовленная из бериллиевой бронзы. Цен­ тральная часть мембраны жестко связана с центром тензометрической стальной пла­ стинки, на которую с обеих сторон наклеено по два проволочных тензометра, обра­ зующих равноплечий мост. К концам тензо­ метров припаяны более толстые медные вы­ водные проводники, которые подводятся к сальниковому устройству и через него соединяются с проводами пишущей части прибора. Перемещения мембраны вызы­ вают изгиб тензометрической пластинки, а деформации изгиба преобразуются тензо­ метрами в изменения электрического на­ пряжения, пропорциональные высотам волн, которые регистрируются на судне с по­ мощью электронного автоматического потен­ циометра ЭПП-09.

Рис. 172. Забортная часть судового волно­ графа ГМ-16.

Компенсатор представляет собой резиновый воздушный баллон, предназначенный для исключения давления столба воды, находя­ щегося выше того слоя воды, в котором приемник во время ра­ боты совершает вертикальные перемещения; иначе прибор ока­ зался бы малочувствительным. Компенсатор действует следующим образом. По мере погружения датчика давления в воду воздух из баллона под воздействием гидростатического давления вытесня­ ется через небольшое отверстие в полость корпуса датчика. Когда весь воздух выйдет из баллона, отверстие перекрывается оболоч­ кой баллона. Этим прекращается дальнейший воздухообмен между корпусом и баллоном, и при последующем погружении прибора внутреннее давление остается постоянным. Объем бал­ лона рассчитывается таким образом, что перекрытие происходит на заранее заданной глубине. При подъеме датчика по окончании

359

работы компенсатор снова вступает в действие, т. е. воздух из корпуса приемника вытесняется в баллон.

Для придания приемной части волнографа симметричной и удобообтекаемой формы, а также для защиты мембраны от воз­ можных повреждений датчик с компенсирующим и сальниковым устройством помещен в кожух. В средней части датчика имеются три отверстия, через которые давление воды передается на мем­ брану.

Регистрирующая часть состоит из потенциометра ЭПП-09, щитка контроля й управления, разделительного трансформатора и однофазного преобразователя.

Щиток управления и контроля представляет собой металличе­ скую коробку, на лицевой панели которой смонтированы электро­ измерительные контрольные приборы и переключатели.

Датчик давления каждого волнографа тарируется с целью определения величины коэффициента (т. е. масштаба записи волн), по которому при обработке волнограмм высоты волн, вы­ раженные в делениях ленты, переводятся в высоты, выраженные в метрах или сантиметрах. Период волны вычисляется делением расстояния между двумя последовательными гребнями или лож­ бинами, снятыми с ленты, на скорость перемещения ленты потен­ циометра.

Наиболее совершенным методом изучения волнового режима водоемов является с т е р е о ф о т о г р а м м е т р и ч е с к а я съемка волнения, заключающаяся в том, что участок водной поверхности фотографируется во время волнения одновременно двумя аэрофо­ тоаппаратами, расположенными на концах базиса. Съемку можно производить с берега, с судна и с самолета (воздушная стереофотограмметрическая съемка). Два одновременно произведенных фо­ тоснимка создают в специальном приборе — стереокомпараторе или стереопантографе—стереоэффект, в результате чего получа­ ется рельефное изображение водной поверхности, охваченной вол­ нением. Пользуясь этим снимком (планом), можно определить все элементы волн.

§110. Обработка результатов наблюдений

Всостав обработки результатов наблюдений за волнением вхо­ дит: 1) первичная обработка книжек наблюдений и составление месячных таблиц; 2) обработка лент самописца волнения; 3) по­ строение кривых обеспеченности элементов волн; 4) составление соответствующих форм «Материалов наблюдений озерных стан­ ций».

Первичная обработка наблюдений по волномерной вехе произ­ водится наблюдателем сразу по окончании наблюдений и заклю­ чается в вычислении среднего периода волн, наибольшей разности волновых горизонтов, отметок наибольшего и наименьшего волно­ вых горизонтов, наибольшей высоты волны, скорости ветра по

анемометру и отметки высоты уровня воды. Результаты первичной

360