Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 6. Часть II. Гидрологические наблюдения и работы на малых реках

Глава V

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ ОБЪЕМНЫМ МЕТОДОМ

§ 143. Устройства для непосредственных измерении расхода воды объемным методом применяются в качестве вспомогательных при тарировании малых лотков и водосливов (тонкостенных или с широким порогом), а также для измерения расходов малых потоков (ключей, родников) с устойчивым расходом. Устройство состоит из преграждающей поток стенки, оборудованной одним или несколькими водоспусками в виде лотков, желобов, труб и пр., и одного или нескольких мерных сосудов (бассейнов), в которые непрерывно или в течение определенных промежутков времени стекает подведенная желобом или лотком вода потока.

Расход потока определяется как отношение объема воды, накопившейся в мерном сосуде-бассейне, к числу секунд, в течение которых происходило наполнение.

§ 144. Для установки выбирается участок потока, наиболее благоприятный для устройства преграждающей стенки, т.е. участок с суженным руслом, большими уклонами, водоупорным грунтом дна и берегов.

Преграждающая поток стенка может быть выполнена в виде перемычки из металла, железобетона или дерева, перехватывающей полностью русловой (поверхностный) и по возможности весь подрусловой сток (воду, текущую в аллювии русла и берегов).

Стенки долговременных, постоянно действующих установок необходимо оборудовать спускными трубами, закладываемыми в нижней части стенки, для пропуска воды и наносов в то время, когда измерения не производятся, и для опорожнения в случае надобности верхнего бьефа установки.

Непосредственное измерение расхода воды объемным методом может производиться в двух вариантах: 1) по времени заполнения мерного сосуда, 2) по приращению уровня воды в мерном бассейне.

§ 145. Способ определения расхода воды по времени заполнения мерного сосуда применяется в случае малых расходов воды (от исчезающе малых до 5 л/с) и устойчивости их во времени, так как непрерывная регистрация расходов не ведется и измерения производятся наблюдателем периодически, в стандартные сроки наблюдений.

Способ заключается в том, что под струю воды подставляют сосуд, объем которого () заранее известен, и одновременно пускают в ход секундомер; по заполнении сосуда до краев или до метки, нанесенной на его стенке, секундомер останавливают; он показывает время заполнения сосуда (). Расход воды равен объему, деленному на время заполнения мерного сосуда,

.

Для получения достаточно точных результатов при обычных условиях измерения (считая, что время отсчитывается по секундомеру с точностью до 0,2 секунды, а объем сосуда измерен с точностью до 0,001) необходимо, чтобы время заполнения мерного сосуда было не меньше 40 секунд. Если это условие не может быть соблюдено, измерение производят несколько раз, и за окончательный результат принимают среднее из всех измерений за вычетом тех, которые дают отклонение от среднего более 5%; такие измерения считаются браком и отбрасываются. Практически при времени заполнения 30 секунд нужно повторить измерение не менее двух раз; при 20 секунд - не менее четырех раз; при 10 секунд - не менее 10 раз.

Объем мерного сосуда зависит от величины расхода воды. Для измерения расходов в несколько миллилитров в секунду применяется мензурка или мерная литровая кружка. Для измерения расходов до 0,5-1,0 л/с применяется обычное ведро, для расходов до 1-2 л/с - специально изготовляемый переносный железный бак объемом 40-50 л. Рекомендуемые размеры цилиндрического бака - высота 50 см, диаметр 30-40 см.

Ведра и баки, применяемые для объемных измерений, предварительно должны быть протарированы не менее двух раз какой-либо точной мерой объема: большой мензуркой, мерной колбой или литровой кружкой.

На посту желательно иметь несколько мерных сосудов различного объема и применять тот или иной из них в зависимости от величины расхода воды.

§ 146. Способ определения расхода по приращению уровня воды в мерном бассейне применяется для расходов до 20 л/с. Он заключается в том, что струя воды отводится по рабочему водоспуску (желобу, лотку) в мерный бассейн-резервуар объемом до 1-2 м, расположенный ниже. По приращению уровня воды в бассейне за время можно определить расход воды. Мерный бассейн должен быть заранее точно протарирован официальными мерами объема, снабженными государственным клеймом. По результатам тарировки составляется тарировочная таблица по форме, приведенной в приложении 7.

Мерные бассейны изготовляются из металла или железобетона. Внутренняя поверхность железобетонного бассейна должна быть тщательно зажелезнена для устранения фильтрации. У дна устраивается закрываемая задвижкой или краном спускная труба, через которую бассейн может быть в любое время опорожнен.

Высота уровня воды в бассейне измеряется с точностью 1 мм крючковой или игольчатой рейкой, укрепленной на стенке бассейна.

Определение расхода воды в зависимости от его величины может быть произведено двумя способами.

В случае больших расходов, когда заполнение бассейна производится в течение нескольких минут, измерения ведутся периодически, в установленные сроки наблюдений. Пример такой установки изображен на рис.V.1. Между сроками наблюдений вода специальным лотком сбрасывается в нижний бьеф, минуя мерный бассейн. Перед измерением производится отсчет уровня воды в бассейне по рейке, затем поднимают лоток, подвешенный на блоке, и вода начинает поступать в бассейн. Спустя некоторое время лоток опускают на прежнее место и на этом измерение заканчивают. Время заполнения отсчитывается по секундомеру, а объем воды определяется по разности отсчетов уровня воды до и после измерения. По окончании измерения бассейн опоражнивается.

Рис.V.1. Схема приспособления для отсечки струи воды при измерениях расхода объемным способом

1 - мерный бассейн; 2 - канат подъемный; 3 - блок; 4 - противовес; 5 - лоток; 6 - шарнир; 7 - труба с задвижкой для сброса воды

В случае малых расходов, когда заполнение бассейна длится не менее нескольких часов, вода потока постоянно направляется в мерный бассейн. В сроки наблюдений наблюдатель отсчитывает высоту уровня воды и в случае надобности спускает воду из бассейна. По разности отсчетов в смежные сроки наблюдений можно определить суммарный объем стока за период между этими сроками, а разделив его на продолжительность периода, - средний расход воды.

Желательно оборудовать подобные установки самописцами уровня воды, непрерывно регистрирующими изменение высоты уровня. В этом случае после соответствующей обработки записи самописца можно определить не только средний расход воды, но и восстановить ход стока во времени между сроками наблюдений.