И продовольствия республики беларусь главное управление образования, науки и кадров



жүктеу 1.08 Mb.
бет1/7
Дата17.06.2016
өлшемі1.08 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ




ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И КАДРОВ




УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»





В.И. Желязко, В.К. Курсаков, Г.Н. Рудковская


ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ

КЛИМАТОЛОГИИ

И ИНЖЕНЕРНОЙ ГИДРОЛОГИИ


ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Для студентов специальности

1-74 04 01 – сельское строительство

и обустройство территорий

Горки 2006

УДК 69:551.58:556(076.5)

ББК 38+26.234.7я7

Ж 52


Желязко В.И., Курсаков В.К., Рудковская Г.Н.

Ж 52 Основы строительной климатологии и инженерной гидрологии: Лабораторный практикум. – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2006. 110 с.


ISBN
Представлены описания конструкций метеорологических и гидрологических приборов и устройств, применяемых при измерении метеорологических величин и гидрологических характеристик водотоков, последовательность проведения опытов, измерений и вычислений, приведены контрольные вопросы.

Для студентов специальности 1 - 74 04 01 – сельское строительство и обустройство территорий.
Таблиц 15. Рисунков 28. Библиогр. 9. Приложений 18.
Рецензенты: А.И. СМОЛЯКОВ, канд. с.-х., начальник агрометеорологической станции Горки; Н.Ф. ГУЛЬКОВ, канд. техн. наук, доцент (БГСХА)






УДК 69:551.58:556(076.5)

ББК 38+26.234.7я7



ISBN



 Составление. В.И. Желязко,

В.К. Курсаков, Г.Н. Рудковская, 2006

Учреждение образования

«Белорусская государственная

сельскохозяйственная академия», 2006



ВВЕДЕНИЕ
Метеорология – наука о земной атмосфере и физических процессах, которые развиваются в ней. Она изучает состав, плотность, температуру и влажность воздуха, лучистую энергию солнца, движение и трансформацию воздушных масс, облака, осадки, ураганы, заморозки, засухи и другие явления, которые происходят в воздушной оболочке Земли во взаимодействии с подстилающей поверхностью. Совокупность этих явлений за короткий промежуток времени характеризуется метеорологическими величинами и называется погодой.

Климатология – наука о климате. Под климатом понимается среднемноголетнее состояние климатической системы (атмосфера –океан – суша) за период времени в несколько десятилетий, характерное для определенной местности и зависимое от географических факторов.

Основным методом исследований, применяемым в метеорологии и климатологии, являются наблюдения, так называемые измерения и качественная оценка атмосферных процессов. Эти процессы отличаются изменчивостью во времени и пространстве, имеют сложный характер взаимодействия с земной поверхностью и космосом. Во всех странах света организованно работает сеть гидрометеорологических наблюдений, которая позволяет беспрерывно следить за состоянием атмосферы на всем земном шаре, у поверхности земли и на различных высотах. Эта сеть состоит из большого количества гидрометеорологических станций, которые проводят регулярные наблюдения по единой глобальной программе при помощи различных приборов.

Современная гидрометеорологическая служба использует различные приборы, которые предназначены для измерения и регистрации физических характеристик земной атмосферы и подстилающей поверхности.

Гидрология – это наука, изучающая гидросферу, ее свойства и протекающие в ней процессы и явления во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой. В зависимости от объектов исследования гидрология суши подразделяется на гидрологию рек, гидрологию озер, гидрологию болот и др.

В гидрологии вод суши выделяют инженерную гидрологию, разрабатывающую методы гидрологических расчетов и прогнозов. При гидрологических расчетах определяются основные гидрологические характеристики реки при наличии, недостаточности или отсутствии натурных гидрометрических данных.

Гидрометрия – самостоятельный раздел гидрологии суши. Это наука о методах и средствах определения величин, характеризующих движение и состояние воды, и режим водных объектов. В задачу гидрометрии входит определение уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; напоров и давлений; параметров волн; гидравлических уклонов; расходов воды; мутности потока; расходов наносов; элементов термического и ледового режимов потоков.

Лабораторные работы по метеорологии, климатологии и гидрологии для специальности 1-74 04 01 – сельское строительство и обустройство территорий позволяют познакомить студентов с организацией гидрометеорологических наблюдений, устройством и работой метеорологических и актинометрических приборов и устройств, методами наблюдений и первичной обработки их результатов.

Кроме того, знание метеорологических величин и явлений позволит учесть их влияние при проектировании, строительстве и эксплуатации различных сельскохозяйственных и водохозяйственных объектов: жилых зданий, животноводческих ферм и комплексов, водонапорных башен, мостов, автомобильных дорог, мелиоративных систем и др.

Гидрометрические измерения и наблюдения на водных объектах позволяют получить сведения и характеристики по гидрологическому режиму водоисточника, необходимые для обоснования проектов водохозяйственного, гидромелиоративного, сельского строительства, а также для составления водного баланса.



Р а б о т а 1. АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Актинометрические наблюдения проводятся для получения сведений о солнечной радиации, необходимой для научного и практического использования в различных отраслях народного хозяйства.

Различают следующие виды лучистой энергии Солнца.



Прямой солнечной радиацией S называется радиация, которая поступает на перпендикулярную поверхность непосредственно от солнечного диска.

Прямая солнечная радиация, которая приходит на горизонтальную поверхность, определяется по формуле


S´ = S ∙ sin h, (1.1)

где h – высота солнца над горизонтом, град.



Рассеянной радиацией D называется часть лучистой энергии солнца, которая поступает на земную поверхность со всего небесного свода.

Сумма прямой S´ и рассеянной D радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, называется суммарной радиацией Q:


Q = S´ + D. (1.2)
Отраженной радиацией Rк называется часть суммарной радиации, которая отражается от земной поверхности.

Отношение отраженной от земной поверхности радиации Rк к суммарной Q называется альбедо А и выражается в процентах:


. (1.3)

Разность между суммарной и отраженной радиацией называется поглощенной Вк или коротковолновой, радиацией:


Вк = Q – Rк . (1.4)

Нагреваясь за счет солнечной радиации, поверхность земли и атмосфера излучают тепло. Это длинноволновая радиация. Разность между излучением земной поверхности Ез и встречным излучением атмосферы Еа называется эффективным излучением Еэф:


Еэф = Ез – Еа. (1.5)

Единицей измерения радиационных излучений является киловатт на квадратный метр (кВт/м2). Часовые и суточные суммы радиационных излучений выражаются в мегоджоулях на квадратный метр (МДж/м2).

Актинометрические измерения обеспечивают определение часовых

и суточных сумм радиационных излучений с точностью до 0,01 МДж/м2. Месячные суммы радиационных излучений вычисляются с точностью до целых, а годовые – до десятков МДж/м2. Для перехода от внесистемных единиц до единиц системы СИ необходимо помнить, что 1 кал = 4,19 Дж; 1 кал/см2мин = 697,8 Вт/м2; 1 Вт/м2 = = 1 Дж/см2; 1 ккал/см2 = 41,9 МДж/м2.

Для проведения актинометрических наблюдений используются следующие актинометрические приборы: актинометр, универсальный пиронометр (походный альбедометр) и балансомер.

Актинометр предназначен для измерения прямой солнечной радиации S.



Термоэлектрический актинометр Савинова -Янишевского состоит из приемной части, в качестве которой служит черный диск, сделанный из серебряной фольги и направленный на Солнце. На противоположной стороне диска приклеены активные спаи термоэлектрической батареи из константана и манганина, которые имеют вид звезды. Пассивные спаи приклеены к медному кольцу, которое закреплено на нижнем конце трубки 7 актинометра (рис. 1.1). Внутри трубки имеются семь диафрагм, которые предохраняют приемную часть от воздействия ветра, рассеянной и отраженной радиации.

Рис. 1.1. Актинометр термоэлектрический.
Для наблюдений актинометр устанавливается так, чтобы его основание 11 и штатив 10 были ориентированы стрелками на север. Затем актинометр устанавливают по широте. Для этого ослабляют винт 2 и ставят сектор широт 9 соответственно широте места. С помощью винтов 3 и 6 направляют трубу 7 на Солнце. Ось 8 штатива и винт 6 располагаются по сторонам света. Можно вращать винт 6 и вести трубку за Солнцем, корректируя ее наклон на оси 4, соответственно магнитному азимуту. Направление трубки на Солнце осуществляется при помощи экрана 5 на нижнем конце трубки, где должна концентрично располагаться тень от оправы на верхнем конце трубки. Колпачок 1 одевается на трубу при определении контроля места нуля. Термобатарея актинометра при помощи электрических проводов соединяется с гальванометром или интегратором.

Универсальный пиранометр (альбедометр) служит для измерения рассеянной радиации (D) при затемнении его темным экраном, суммарной радиации (Q) и отраженной радиации (Rк), что поступает на горизонтальную поверхность.

На практике он применяется главным образом для измерения альбедо деятельной поверхности. Альбедометры бывают двух типов: станционные и походные.

Они состоят из приемника (термоэлектрической батареи) от пиранометра 1, карданного подвеса 2, который способен самоуравновешиваться и рукоятки 3 (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Альбедометр термоэлектрический:

а – положение вверх; б – положение вниз.


Такое устройство обеспечивает горизонтальное положение приемной части альбедометра в двух положениях: приемником вверх для измерения суммарной и рассеянной радиации (рис. 1.2 а) и приемником вниз (рис. 1.2. б) для измерения отраженной радиации. Для осуществления наблюдений рукоятка 3 прикрепляется к трубке 4. С помощью трубки альбедометру придается соответствующее положение. После определения суммарной и отраженной радиации, вычисляется альбедо по формуле (1.3).

Балансомер термоэлектрический применяется для измерения радиационного баланса (В) деятельной поверхности. Прибор представляет собой круглую плоскую оправу 1 диаметром 100 мм, в середине которой располагается приемник в виде квадратных медных пластинок 2 (рис. 1.3).


Рис. 1.3. Балансомер термоэлектрический:

а – общий вид; б – схема.


Наружная поверхность этих пластинок затемнена. К оправе присоединена рукоятка 3. Между медными пластинами располагаются 10 специальных термобатарей. Каждая батарея представляет медный брусок, который имеет изоляционное покрытие. На это покрытие намотана константовая стружка. Половина каждого витка намотки изолирована, а вторая посеребрена. Все батареи соединены между собой последовательно. Провода от первой и последней батареи через рукоятку 3 выходят наружу. Балансомер в нерабочем состоянии закрывается крышкой 4. В комплект балансомера входит колодка с двумя шарнирами 5. К одному шарниру прикрепляется балансомер, а к другому – теневой экран 6. Последний необходим для затемнения прибора от прямой солнечной радиации. Балансомер устанавливается строго горизонтально и подключается к гальванометру или интегратору.

При измерении днем приемник, который направлен к небосводу, принимает суммарную радиацию Q и встречное излучение атмосферы Еа. Приемник, который направлен к земной поверхности, принимает отраженную радиацию Rк и собственное излучение земной поверхности Ез.

Суммарная радиация и встречное излучение атмосферы представляют собой приходные составляющие, а отраженная радиация и собственное излучение земной поверхности – расходные составляющие радиационного баланса. Днем радиационный баланс положительный, а ночью – отрицательный. Ночью, когда суммарной радиации нет, радиационный баланс равен эффективному излучению (В = Еэф).

Все вышеперечисленные приборы (актинометр, пиранометр, балансомер) по отдельности соединяются с помощью проводов со стрелочным гальванометром ГСА-1 или интегратором, которые предназначены для измерения тока, возникающего в термобатареях актинометрических приборов. Так как гальванометр и интегратор не показывают интенсивность радиации, а дают пропорционально ей силу тока, то для перевода отсчетов в энергетические единицы (кВт/м2, МДж/м2, кал/см2мин). Необходимо умножить эти отсчеты на переводной коэффициент данной пары приборов (цена одного деления гальванометра или интегратора).



Гальванометрами называют приборы, предназначенные для измерения слабых токов ( 10 –5 А и менее). Переводной коэффициент вычисляют путем сравнения приборов с абсолютным прибором или вычисляют на основании данных паспорта актинометрических приборов и гальванометра по формуле
, (1.6)
где апереводной коэффициент;

 – цена деления шкалы гальванометра, мА;



k – чувствительность прибора, мВ  см2 мин/кал;

Rб – сопротивление термобатареи прибора, Ом;

Rг – внутреннее сопротивление гальванометра, Ом;

Rд – дополнительное сопротивление гальванометра, включенное в наружную цепь, Ом.

Величины а, k, Rб, Rг, Rд приводятся в поверочных свидетельствах приборов.

Задачи лабораторной работы
1. Изучить устройство термоэлектрического актинометра, измерить прямую солнечную радиацию и рассчитать интенсивность ее на горизонтальную поверхность.

2. Изучить устройство и принцип работы универсального пиранометра (альбедометра) для измерения рассеянной, суммарной и отраженной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, а также альбедо различных поверхностей.

3. Изучить устройство и принцип работы термоэлектрического балансомера для измерения радиационного баланса деятельной поверхности.
Порядок выполнения работы
1. Знакомятся с устройством и принципом работы актинометрических приборов: актинометра, пиранометра, альбедометра и балансомера [1, с. 39…45; 2, с. 19…28], изучают методические указания.

2. Снимают крышку с трубки актинометра, включают электрическую лампу, имитирующую искусственное солнце и наводят трубку актинометра на лампу. Если солнечный день, то трубку актинометра наводят на солнце.

3. Подключают два выводных провода от актинометра к клеммам гальванометра «+» и «Р» так, чтобы стрелка отклонилась вправо от нуля. Если стрелка отклоняется влево, то провода меняют местами.

4. Медленно поворачивают трубку актинометра в вертикальной и горизонтальной плоскости, добиваясь максимального отклонения стрелки гальванометра вправо.

5. Закрывают трубку актинометра крышкой, не нарушая его положения, и через 1 минуту берут отсчет по шкале гальванометра с точностью до 0,1. Это нулевое положение стрелки N10, называемое еще «место нуля», записывают в табл. 1.1.
Т а б л и ц а 1.1. Результаты вычислений прямой солнечной радиации S

по показаниям актинометра и гальванометра


Место нуля

Отсчеты по гальванометру

Сред-ний отсчет

Nср



Поправка к гальванометру

ΔN


Исправ-ленный отсчет

Nиспр.



Фактическое отклонение стрелки гальванометра

N


Переводной коэф-фициент

а

Интенсивность радиации S, кал/см2мин

N10

N20

Nср0

N1

N2

N3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12




































6. Снимают крышку с трубки актинометра и по истечении 1 мин берут первый отсчет по шкале гальванометра N1, затем с интервалом 10…15 с берут еще два отсчета N2 и N3. Отсчеты производят в целых и десятых долях делений (десятые доли отсчитываются на глаз) и записывают в табл. 1.1.

7. Закрывают крышкой актинометр и выжидают 1...2 мин отсчитывают нулевое положение стрелки N20 гальванометра после измерений.

8. Определяют среднее значение места нуля по зависимости
(1.7)
и средний отсчет по гальванометру
. (1.8)
9. По поверочному свидетельству, в зависимости от величины среднего отсчета Nср , определяют поправку на шкалу гальванометра N и температурную поправку Nt и находят исправленную величину среднего отсчета Nиспр по формуле
Nиспр = Nср  N + Nt. (1.9)
10. Определяют величину фактического отклонения стрелки гальванометра N по разности между исправленным отсчетом Nиспр и средним местом нуля Nср0:

N = Nиспр – Nср0. (1.10)


11. Вычисляют интенсивность прямой солнечной радиации S в кал/см2мин путем умножения фактического отклонения стрелки гальванометра N на переводной коэффициент прибора, который дается в поверочном свидетельстве или определяется по формуле (1.6)
S = а  N. (1.11)
Результаты вычислений заносят в табл. 1.1. Поправки на шкалу гальванометра N представлены в табл. 1.2.
Т а б л и ц а 1.2. Шкаловые поправки к гальванометру N


Деление шкалы

5

10

15

20

30

40

Поправка N

– 0,7

0,0

0,1

0,0

0,1

0,2

Контрольные вопросы
1. Что называется солнечной радиацией?

2. В каких единицах измеряется интенсивность лучистой энергии?

3. Что понимают под прямой, рассеянной, суммарной и отраженной радиацией?

4. Что такое излучение Земли, атмосферы и эффективное излучение?

5. Что такое альбедо, от чего зависит его величина?

6. Что такое радиационный баланс земной поверхности и как записывается уравнение баланса для дня и ночи?

7. Какие приборы используются для измерения прямой солнечной радиации? Их устройство и принцип работы.

8. Устройство и принцип работы приборов, которые используются для измерения суммарной, отраженной радиации и радиационного баланса.


Р а б о т а 2. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЧВЫ

И ВОЗДУХА
На метеорологических станциях измеряют температуру воздуха, почвы, воды и снега. Температура является одной из основных характеристик погоды и климата. Для измерения температуры используют различные типы термометров: жидкостные, термоэлектрические, электротермометры сопротивления и деформационные термометры.

Наиболее распространены жидкостные термометры. Принцип действия жидкостных термометров основан на изменении объема жидкости в зависимости от повышения или понижения температуры. В качестве жидкости в таких термометрах используется ртуть, спирт и толуол. По своему строению жидкостные термометры делятся на два типа: со вставной шкалой и палочные. В последнем термометре шкала нанесена непосредственно на наружную сторону капиллярной трубки. Отсчеты во всех термометрах делают с точностью 0,1 С.

Температура по Международной практической шкале (МПШ) выражается в градусах Цельсия (С). Интервал между точками плавления льда (0С) и кипения воды (100 С) разделен на 100 равных частей; 1/100 часть соответствует 1С. Для оценки термодинамического состояния атмосферы используется термодинамическая температурная шкала (ТТШ) – Кельвина (ТК). Шкалы отличаются одна от другой началом отсчета. Переход от практической шкалы к термодинамической шкале Кельвина выражается следующим уравнением:
ТК = 273,2 + tС. (2.1)

  1   2   3   4   5   6   7


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет