Измерение скорости морских течений

2.2. Измерение скорости течения

Скорость течения на реке-полигоне измеряют для определения скоростей расходов воды и наносов. Измерение скоростей течения производят на однажды выбранном и закрепленном гидростворе. Рассмотрим наиболее употребительные и представляющие производственный интерес средства и методы измерения скоростей – поверхностные поплавки и поплавки-интеграторы.

2.2.1. Определение скорости поверхностными поплавками

Определение скорости поверхностными поплавками широко практикуется на производстве. Поверхностные поплавки изготавливают из подручных материалов: досок, срезов толстых стволов деревьев; в качестве поплавков можно использовать бутылки, частично заполненные водой. При изготовлении поплавков желательно выдерживать определенные размеры, показанные на рис. 5. Рис. 5. Поверхностные поплавки Поплавковые измерения скоростей необходимо производить в безветренную погоду. Для измерения скоростей поверхностными поплавками на реке разбивают три поперечника (створа) на равных расстояниях один от другого (рис. 6). Верхний (В), главный (Г) и нижний (Н) створы закрепляют кольями и около каждого кола ставят вехи. Расстояние между верхним и нижним створами ( L ) назначают из расчета, чтобы поплавок на самом быстром участке реки (стрежне) проходил его за 30–40 с. Если расстояние L принять больше, то это, с одной стороны, вызовет неоправданную затяжку наблюдений и снизит их точность, т. к. путь поплавка в таком случае будет более L (поплавок может плыть не по кратчайшему расстоянию между створами), и, с другой стороны, вычисленное значение скорости будет относиться не к главному, а к какому-то другому неопределенному створу. Уменьшение расстояние между створами нежелательно, т. к. тогда на результатах измерений будут заметно сказываться ошибки фикса- 11

90º β 1 b Рис. 6. Определение скоростей течения поверхностными поплавками: b – расстояние от точки наблюдения до главного створа Для фиксации места прохождения поплавка через главный створ на берегу разбивают базис, с конца которого засекают поплавки, или для этой же цели через реку натягивают размеченный трос. Поплавки пускают с лодки на 5–10 м выше верхнего створа, т. е. с так называемого пускового створа, который обычно на местности не обозначается. В момент, когда поплавок пересекает верхний створ, фиксируется время (пускают секундомер); при прохождении поплавком главного створа вновь отмечается время, и местоположение поплавка определяется засечкой теодолитом или мензулой; при прохождении нижнего створа производят заключительный отсчет, отмечают время до десятых долей секунды (секундомер останавливают). Поскольку скорость речного потока не остается постоянной во времени, для уточнения результатов, после пуска первого поплавка, примерно с того же места пускают еще минимум два, засекают их положение и время прохождения через створы. Кроме того, при этом уменьшается влияние ошибки фиксации времени при прохождении поплавка через створы. Результаты измерений скорости после пуска трех поплавков считают удовлетворительными, если расхождения между результатами трех измерений времени не превышают 10 % от времени хода поплавка между верхним и нижним створами. Закончив измерения на первой точке, переходят на новую, где пускают новую группу поплавков. Так последовательно определяют скорости по всей ширине реки. Погрешность в определении скорости при помощи поверхностных поплавков зависит от величины самой скорости, от характера русла, состояния погоды и составляет 8–15 %. 12

Метод поверхностных поплавков может быть применен почти на всех реках достаточной глубины. Этот метод широко применяется для определения скорости течения во время ледохода. Описанный выше метод позволяет определить поверхностные скорости течения, однако для последующих вычислений или исследований часто требуется знать скорости средние. Переход к средним скоростям, которые обычно меньше поверхностных, может быть совершен при помощи поправочного коэффициента K , который либо специально определяется для места на реке, либо применяется приближенно равным K = 0,80–0,85. В итоге среднюю скорость находят так: U’ ср = U’ пов · K .

2.2.2. Определение скорости поплавками-интеграторами

Поплавки-интеграторы представляют собой простое и оригинальное устройство, позволяющее определять среднюю скорость течения. Это устройство состоит из штанги и рейки с делениями, из небольших шарообразных пустотелых поплавков из пластмассы и устройства (полусферы на шарнире) для удержания поплавка у основания штанги (рис. 7). L h Рис. 7. Поплавки-интеграторы При определении скорости штангу вместе с одним поплавком устанавливают на дно реки; рейку, шарнирно соединенную со штангой, кладут на поверхность воды по направлению течения; при помощи тросика полусферу отводят в сторону и поплавок всплывает. В процессе всплывания поплавок проходит слой воды с разными скоростями и как бы интегрирует их, что в конечном счете дает возможность определить среднюю скорость. 13

Источник

Измерители скорости течения

Измерители скорости течения воды (измерители скорости потока) – специальное оборудование для измерения скорости течения воды в реках, водоемах, определенных морских зонах и т.п.

Среди измерителей скорости течения воды имеется большое разнообразие приборов: от самых маленьких для ручных измерений в небольших водоемах и ручьях – до автоматизированных автономных приборов, предназначенных для глубоководных исследований океанских течений; лабораторные измерители, позволяющие смоделировать эксперименты и другие. Также имеется возможность установить измерители в качестве датчиков на погружные подводные аппараты.

Виды измерителей скорости течения воды

Существует несколько видов измерителей скорости течения.

Акустические измерители скорости течения воды

Такое оборудование работает по принципу эффекта Доплера, основанного на измерении величины смещения частоты отраженного сигнала относительно частоты излученного акустического сигнала. Прибор периодически излучает звуковой сигнал определённой частоты, который отражается от планктона и мелких пузырьков воздуха. Измеряя смещение частоты отражённого сигнала относительно частоты базового сигнала и время его прихода, можно получить оценку скорости течения на определённой глубине.

Приборы механического типа

Приборы измеряют скорость течения на основе измерений скорости вращения спирального винта в воде. Скорость потока воды пропорциональна скорости вращения крыльчатки.

Электромагнитные измерители скорости течения

Измерители работают по принципу Фарадея, генерируя электромагнитное поле, через которое движется проводник (вода). Вода проходя через поле генерирует напряжение, которое считывает датчик. Величина создаваемого проводником напряжения пропорциональна значению скорости течения.

Поставщик измерителей скорости течения

Компания «Итера» занимает поставкой профессионального океанографического и гидрологического оборудования. Среди нашего ассортимента имеются измерители скорости течения, которые вы можете заказать позвонив по телефону 8 (812) 703 67 01, либо обратившись по электронной почте mail [ae] itera.spb.ru .

Источник

Глава XII. Измерение скоростей течения и определение расходов воды

Скорости течения измеряют прежде всего для определения рас­ходов воды. Знание скоростей течения необходимо также для оп­ределения расходов взвешенных наносов и решения ряда других задач, например для оценки воздействия потока на дно и берега реки, для определения скорости хода судов и составов. 129 В водных изысканиях применяют два основных способа из­мерения скоростей: с помощью поплавков и с помощью гид­рометрических вертушек. Поплавок представляет собой взвешенное в воде твердое тело небольшой массы, которое дви­жется вместе с окружающей жидкостью. Гидромеханический ана­лиз показывает, что все плавающие тела движутся несколько бы­стрее окружающей жидкости, однако вследствие малой массы поп- «/«5—1545 лавков соответствующая разность скорости незначительна и при обработке измерений ее не учитывают. Таким образом, зная путь А1, пройденный поплавком за время At, мы можем найти скорость течения по формуле v =Ml М. (104) Скорость v будет осредненной на отрезке А/ траектории по­плавка. Гидрометрическая вертушка ‘представляет собой механический прибор, снабженный лопастью, которая способна вращаться под действием гидродинамического давления набегающей жидкости. Между скоростью течения и угловой скоростью лопасти существу­ет прямая связь. Эту связь устанавливают путем специального испытания вертушки — ее тарирования. Располагая резуль­татами тарирования, можно от известной частоты вращения лопа­сти за время At перейти к скорости течения. Эта скорость будет осредненной за время А^. В последнее время стали применяться в опытном порядке два новых способа измерения скоростей: ультразвуковой и электро­магнитный. Ультразвук, подобно лучам света, может быть собран в пучок. Направив такой пучок по течению, будем иметь скорость распро­странения сигнала ci = v-\~c (с — скорость звука в воде); напра­вив пучок против течения, получим скорость распространения сиг­нала c₂ = v—с. Измерив скорости С\ и можно найти скорость течения по формуле С 1 + С 2 v = —2——. (105) Скорость v будет осреднена по длине пути ультразвукового сиг­нала. Электромагнитный способ основан на законе электромагнит­ной индукции. Вода обладает небольшой электропроводностью и значит поток представляет собой движущийся проводник. Если навести на него магнитное поле, то в воде возникает электродви­жущая сила (э. д. с.) I . Она будет тем больше, чем быстрее дви­жется вода. Следовательно, скорость течения на некоторой глу­бине от поверхности воды можно узнать, измерив разность потен­циалов в двух точках поперечного сечения, расположенных на этой глубине. Полученная скорость будет осреднена по прямой, соединяющей точки измерения. Ультразвуковой способ уже нашел практическое применение на реках и каналах с небольшой амплитудой колебания уров­ней.

§ 52. Поплавки

Основные типы поплавков показаны на рис. 65. Наиболее широко применяются поверхностные поплав­ки. Их обычно изготавливают из дерева в виде отрезанных от дерева кружков диаметром 15—30 см, толщиной около 3—5 см. Для больших рек поплавки изготавливают в виде крестовин из досок или брусков. Длина каждой крестовины 0,5—0,8 м, а тол­щина 4—10 см. Для лучшей видимости поплавок снабжают флаж­ком, а для устойчивости снизу подвешивают грузик. глуб а)

р

л30СМ

Рис. 65. Типы поплавков: а — поверхностные^ б — глубинные 131 i/₄5* Для измерения скорости и направления течения в толще пото­ка применяют глубинные поплавки. Такой поплавок обычно со­стоит из двух связанных тросом или шнуром поплавков, из кото­рых верхний находится на поверхности воды, а нижний — на за­данной глубине. Если верхний поплавок сделать малых размеров по сравнению с нижним, то приближенно можно считать, что вся система будет двигаться со скоростью, равной скорости те­чения на глубине погружения нижнего поплавка. Если же поп­лавки изготовить одинаковой формы и объема, то скорость дви­жения двойного поплавка Уд_В будет равна полусумме поверхност­ной и глубинной скорости течения, т. е. (106) откуда ^глуб — 2 У ЛВ ~ V nOD Значит, определив скорость двойного поплавка и измерив от­дельно поверхностным поплавком поверхностную скорость и_Пов, МОЖНО ВЫЧИСЛИТЬ И Углуб- Основное преимущество измерения скоростей и направления те­чений с помощью поплавков — относительная простота производ­ства работ. Поплавки могут быть легко изготовлены на месте. В качестве дополнительного оборудования на малых реках нужен только секундомер, а на больших, кроме того, угломерный инст­румент и лодка. Поплавки могут применяться как при весьма больших, так и при весьма малых скоростях течения, а также п во время редкого ледохода, когда применение других приборон затруднительно. В этом случае поплавками могут служить отдель­ные льдины. Кроме того, поплавки дают возможность проследить струи течения на довольно большом протяжении, что очень важно при изучении скоростного поля потока на отдельных участках рек. К недостаткам поплавков следует отнести ограниченность их применения в условиях ветреной погоды, меньшую по сравнению с другими приборами точность результатов, оцениваемую возмож­ной ошибкой в 5—10%, и невозможность измерения скоростей те­чения в отдельных точках.

Источник