Файл: Методические рекомендации по измерению расходов воды рек аэрометодами..pdf

§3. Учет влияния ветра на скорость перемещения поплавков

ивеличину переходного коэффициента

Наличие ветра в момент измерения расхода воды может при­ вести к серьезным погрешностям, если его влияние не будет устра­ нено путем введения в результат измерения соответствующих по­ правок. Основными из них являются две: поправка, учитывающая влияние ветра на скорость движения поплавков в потоке, и по­ правка, устраняющая искажение величины коэффициента перехода от фиктивного к действительному расходу воды K=QIQ§ под дей­

ствием ветра.

Для расчета величины как первой, так и второй поправки не­ обходимо располагать данными о средних значениях скорости и направления ветра за время измерения.

На аэрогидрометрических створах, совмещенных с действую­ щими гидрологическими постами, определение характеристик ветра должно производиться наблюдателями. В этом случае скорость ветра измеряется с помощью ручного анемометра. Наблюдения производятся непрерывно, в течение всего периода работы само­ лета на данном объекте. Время осреднения показания анемометра 2 мин. Направление ветра фиксируется также через каждые 2 мин с точностью ±10°. Для фиксации направления ветра может быть использовано любое флюгерное устройство.

Для исключения искажающего влияния берега наблюдения за ветром лучше всего производить над водной поверхностью, уста­ навливая анемометр в лодке. В тех случаях, когда это по какимлибо причинам невозможно, для анемометрических наблюдений необходимо выбирать ровный, свободный от растительности уча­ сток берега. Высота установки анемометра во всех случаях должна составлять 1 м.

На гидростворах, не обслуживаемых наблюдателями (равно как и на обслуживаемых наблюдателями, но при наличии широких пойм с кустарниковой растительностью, характеризующихся зна­ чительной трансформацией воздушного потока при прохождении над ними), определение скорости и направления ветра осущест­ вляется с самолета с использованием специальных ветровых по­

плавков.

В основу способа определения скорости и направления ветра с самолета заложены следующие соображения.

На свободно перемещающееся в поверхностном слое воды тело, часть которого выступает над водой, основное влияние оказывают силы, обусловленные течением воды, воздействием ветра и сопро­ тивлением встречного потока воздуха. Из условия равновесия этих сил вытекает следующее равенство:

55

лобовых сопротивлений и площади по миделю соответственно над­ водной и подводной частей тела; ра, рв — плотность воздуха и воды.

Лабораторные исследования и полевые опыты с поплавками различного типа показали, что выражение

есть величина постоянная для данного типа поплавка, не зави­ сящая от скорости ветра. Параметр е называется коэффициентом ветрового дрейфа.

Из выражения (Ш-7) следует, что

Если теперь положить, что величина е установлена для по­ плавка заранее, а скорость перемещения поплавка определена тем или иным путем, то в выражении (Ш-8) остается только два неиз­ вестных члена w и vT.

Очевидно, что в случае одновременного наблюдения за переме­ щением двух поплавков, имеющих различные по величине коэф­ фициенты ветрового дрейфа (е1<ег), будет получена система двух уравнений, в результате решения которой оба неизвестных члена могут быть найдены. В частности,

Таким образом, сущность рассматриваемого способа заключа­ ется в определении с помощью аэрофотосъемки разности в скоро­ стях перемещения в потоке двух групп поплавков, имеющих резко отличную друг от друга парусность.

В предлагаемом ниже способе используются в качестве рабо­ чей пары измерительный поплавок, описанный выше, и специаль­ ный ветровой поплавок.

Ветровой поплавок представляет собой изготовленный из пено­ пласта цилиндр диаметром 150 мм и высотой 70 мм; сверху он покрыт ураниновой пастой.

Сброс ветровых поплавков предшествует сбросу измерительных поплавков. Сброс производится через люк для сбрасывателя, для чего последний на время сброса ветровых поплавков снимается. Линия сброса ветровых поплавков располагается выше сбросного

створа на расстоянии l = vt, где v — средняя поверхностная ско­ рость течения; t — время между моментами сброса измерительных

иветровых поплавков.

Вотличие от измерительных поплавков, сбрасываемых относи­ тельно равномерно по всей ширине потока, ветровые поплавки сбрасываются группами по 3—5 штук. Сбросы групп поплавков приурочиваются к участкам гидроствора, на которых можно ожи­

56

дать наиболее резких изменений скорости и направления ветра (зоны, защищенные кустарником или значительным повышением рельефа и т. и.). При выполнении работ на свободных от кустар­ никовой растительности поймах, а также при работе в русле вет­ ровые поплавки сбрасываются тремя труппами (две у урезов и одна в центре потока). Во всех случаях следует стремиться к тому,, чтобы в пределах участков измерения скорости ветра поперечный градиент поверхностных скоростей течения был минимальным.

В тех случаях, когда по каким-либо причинам определение ветра указанными выше способами выполнить невозможно, огра­ ничиваются визуальной оценкой направления ветра по сносу дыма, распространению волнения, а также направлению растека­ ния ураниновых шлейфов. Данные же о скорости ветра получают с ближайшей к гидроствору метеостанции.

Г Л А В А III

МАРШРУТНАЯ АЭРОФОТОСЪЕМКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕЧЕНИЙ

§ 1. Предполетное планирование аэрофотосъемочных работ

Как уже отмечалось выше, маршрутная аэрофотосъемка может выполняться непосредственно между берегами крупных рек, на отдельных участках гидростворов большой протяженности или од­ новременно на нескольких створах (или их участках), расположен­ ных в пределах расчетного полетного времени, об определении ко­ торого будет указано ниже.

Программа летно-съемочных работ может предусматривать сле­ дующие варианты съемок:

1)полную съемку створа одним маршрутом. Самолет произ­ водит последовательно сброс поплавков, первую и вторую съемку только на выбранном створе;

2)сброс поплавков и первая съемка производится поочередно на нескольких створах или участках створа, после чего в той же последовательности выполняется вторая съемка;

3)сброс поплавков производится поочередно на нескольких створах (или участках одного створа), а затем в той же последова­ тельности выполняется первая и вторая съемки.

Выбор варианта съемки течений, допустимой длины маршрутов

ипараметров аэросъемки определяется техническими условиями съемки и физико-географическими особенностями района работ.

Многообразие исходных условий исключает возможность фор­ мулировки исчерпывающих рекомендаций для составления опти­ мальной программы аэросъемочных работ для всех случаев прак­ тики. Поэтому дальше, в настоящем разделе, изложена только

общая схема, которой рекомендуется придерживаться при

57'

производстве расчетов и составлении программы работ в конкрет­ ных случаях. Обычно задача решается последовательными прибли­ жениями, путем подбора и многократного согласования парамет­ ров аэросъемки и схемы залетов с требованиями технического за­ дания и точностью получения векторов течения.

Планирование летно-съемочных работ следует начинать с опре­ деления протяженности маршрутов съемки (створов или их от­ дельных участков) S, на которых должны быть выполнены изме­ рения поверхностных скоростей течений, их удаленности друг от друга, частоты точек измерений и допустимой относительной ошибки определения скоростей течений Аип: va в отдельных точках

гидроствора.

По литературным данным или материалам предыдущих изме­ рений устанавливается примерное значение скорости течения и вы­ ясняются наиболее вероятные гидрометеорологические условия района работ. Намечается предварительный масштаб съемок. При этом учитывается, что изображения пятен красителя на аэросним­ ках должны иметь размеры не менее 3 мм. При принятом устрой­ стве поплавков это условие соблюдается при съемках в масштабах не меньше 1 : 15 000. Мелкий масштаб аэрофотосъемки (1 : 10 000— 1 : 15000) при прочих равных условиях предпочтительней, так как в этом случае достигается некоторое повышение точности опре­ деления векторов течения. Однако следует учесть и другое обстоя­ тельство: при съемке в мелком масштабе число съемочных летных дней может значительно сократиться из-за низкой облачности.

Учитывая выбранный масштаб, длины маршрутов S, предвари­ тельные значения vn, заданное значение Аип, а также имеющиеся технические средства для выполнения аэрофотосъемки, произво­ дят расчет интервала времени At между двумя аэрофотосъемками одного и того же маршрута. Расчет выполняется для предполагае­ мой средней поверхностной скорости течения на участке с по­ мощью номограммы, приведенной в приложении 4. В этом же при­ ложении даны пояснения по применению номограммы и приведены необходимые для этого примеры.

Если первоначально рассчитанное значение At оказывается по­ чему-либо неприемлемым, то его изменяют и по нему с помощью номограммы находят новые значения допустимых длин маршрутов. В процессе расчетов, если это возможно по техническим условиям, может корректироваться и точность определения скорости течения. Используя полученные данные, вычерчивается схема облета аэрофотосъемочных маршрутов.

Затем устанавливается последовательность производства аэро­ съемки отдельных участков с таким расчетом, чтобы самолет, вы­ полняя съемку через заданный интервал времени At, совершал минимум холостых .полетов. При этом учитывается, что при вы­ полнении аэрофотосъемки по отдельному маршруту, первая аэро­ фотосъемка после сброса поплавков может производиться в любом направлении по маршруту, а повторная съемка должна произво­ диться только в том же направлении, что и первая.

.58

Для расчета числа маршрутов, аэрофотосъемку которых можно> выполнять в один прием, может быть использована следующая зависимость:

длина маршрутов, съемка по которым производится в один прием; 2 S'. — суммарная длина маршрутов, по которым самолет совер­

шает холостой пролет или контрольную съемку (съемка при холо­ стом пролете самолета по маршруту, используемая только для контроля прямолинейности движения поплавка); 2 — суммар­ ная длина пути самолета при переходе от одного маршрута к дру­ гому; р — число разворотов на маршрутах в данном приеме в про­ цессе выполнения первой аэрофотосъемки; Atv— время, необходи­ мое для выполнения одного разворота.

Значение р и сумм, входящих в формулу (III-10), определяется непосредственным подсчетом их по схеме расположения маршру­ тов с учетом предварительно принятой очередности выполнения аэросъемки.

Значения Wc и Д^р известны для данного типа самолета. Значе­ ние At, стоящее в левой части формулы (IИ-10), приравнивается принятому интервалу времени между аэрофотосъемками, после чего подбираются маршруты, съемка которых возможна в один прием. При этом большей частью приходится вновь корректиро­ вать ранее принятые значения At, S, Av : v, решая задачу последо­ вательными приближениями.

В приложении 5 приведены примеры, иллюстрирующие приме­ нение формулы (III-10).

На основании результатов приведенных расчетов уточняется схема расположения маршрутов, подсчитывается общее число лет­ ных часов, составляется план выполнения залетов, устанавлива­ ется необходимое летно-съемочное снаряжение, подсчитывается нужное число поплавков, аэрофотопленки, а также составляется объяснительная записка к проекту работ, в которой отражается все указанные выше данные.

Необходимое число поплавков п для надежного обеспечения

где 5 — длина маршрута; т — знаменатель численного масштаба аэрофотосъемки; d — минимальное расстояние между изображе­ ниями поплавков на аэроснимках, принимаемое обычно равным

36 мм.

1 Число поплавков п может не совпадать с количеством вертикалей на створе и может быть значительно больше.

59