И продовольствия республики беларусь главное управление образования, науки и кадров

Для наглядного представления режима ветра в данном месте за месяц, сезон, год по данным повторяемости строится роза ветров (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Роза ветров.

2. Измерить и определить среднюю скорость ветра ручным анемометром.

3. Построить розы ветров по данным метеорологических станций и дать их анализ.

Порядок выполнения работы
Основываясь на литературных данных [1, с. 118…124; 2, с. 79…85; 5, с. 68…74], методических указаниях, метеорологических приборах изучить устройство и принцип работы флюгера, ручного чашечного анемометра и анеморумбометра.

Измеряют скорость ветра ручным чашечным анемометром. Для этого выбирают открытый участок, расположенный на значительном расстоянии от зданий, деревьев, кустарников и других видов препятствий. Последовательность измерений изложена ниже.

1. Перед наблюдением при включенном счетчике записывают начальные показания, т.е. положения всех трех стрелок на циферблатах (тысячи, сотни, десятки, единицы).

2. Для измерения скорости ветра ручной анемометр устанавливают на деревянном столбе необходимой высоты или держат на вытянутой руке. Наблюдатель должен стоять лицом к ветру, а циферблат прибора– повернут к наблюдателю.

3. Включают счетчик анемометра через 1…2 мин, когда скорость вращения вертушки установится.

4. Через 10 мин включают счетчик и записывают новые показания прибора (секундомер включают и выключают одновременно с арретиром анемометра).

5. По разности отсчетов по анемометру до и после наблюдений определяют число делений в 1 с.

6. Пользуясь графиком поверки ручного анемометра, которое прилагается к прибору, определяют среднюю скорость ветра (м/с).

Результаты измерений и вычислений заносят в табл. 6.3.
Т а б л и ц а 6.3. Результаты измерения средней скорости ветра ручным

чашечным анемометром

Место измерений	Время	Отсчеты		Разность отсчетов	Время измерения скорости	Число делений в 1 с	Средняя скорость ветра, м/с
		началь-ный	конеч-ный
1	2	3	4	5	6	7	8

По данным повторяемости и направления ветра, представленным в приложении 9 строится роза ветров для января (I) и июля (VII).

1. Для построения розы ветров из одной точки по направлению восьми основных румбов откладывают отрезки, соответствующие повторяемости направления ветра (%) данного румба в выбранном масштабе.

2. Полученные точки на румбах соединяют прямыми линиями (см. рис. 6.4).

3. В центре розы ветров показывают число штилей.

Пользуясь розами ветров (рис. 6.4), можно сделать вывод, что промышленные предприятия и фермы лучше располагать с южной или северо-восточной стороны от населенных пунктов, лесные полосы должны иметь направление с севера на юг и т. д.

2. Устройство флюгера.

3. В чем заключается последовательность наблюдений по флюгеру?

4. Какие скорости измеряются по флюгеру, оборудованному легкой и тяжелой доской?

5. Устройство и принцип работы ручного чашечного анемометра.

6. Что собой представляют анеморумбометры?

7. Последовательность наблюдений по анеморумбометру.

8. Что такое роза ветров и для каких целей она строится?

Устройство для определения уровня воды в водотоке или водоеме называется водомерным постом. По назначению водомерные посты подразделяются на следующие виды:

– о с н о в н ы е (уровенные), по которым систематически ведут наблюдения за уровнем в определенном пункте;

– г и д р о с т в о р н ы е, устраиваемые в гидрометрическом створе, уровни по которым наблюдаются только при измерении расходов воды;

– г и д р о п р о г н о с т и ч е с к и е, по которым (в дополнение к основным) ведут наблюдения в целях гидрологических прогнозов, т. е. предсказания водного режима;

– у к л о н н ы е (парные), наблюдения по которым позволяют определить падение водотока, т. е. разность отметок поверхности воды;

– с п е ц и а л ь н о г о н а з н а ч е н и я – для изучения русловых процессов, пусковых волн и т. д.

Водомерные посты в зависимости от срока действия бывают:

п о с т о я н н ы е, предназначенные для длительных наблюдений за уровнями воды; в р е м е н н ы е, создаваемые на период изысканий или строительства; п е р е д в и ж н ы е, устанавливаемые в местах стоянок изыскательских партий.

По конструкции водомерные посты можно подразделить на следующие типы:

н е п е р е д а т о ч н ы е, на которых уровень воды отсчитывают непосредственно по делениям рейки, смачиваемой водой; сюда относятся реечные, свайные и реечно-свайные посты; п е р е д а т о ч н ы е, где уровень фиксируется на некотором расстоянии от свободной поверхности воды.

Передаточные посты, в свою очередь, подразделяются на следующие типы: с неавтоматическими отметчиками уровня; с автоматическими отметчиками уровня; с непрерывной регистрацией уровней при помощи приборов, называемых самописцами уровня воды; с дистанционными устройствами, позволяющими измерять уровни на значительном расстоянии от водного объекта.

Сроки измерения уровней воды на водомерных постах, предназначенных для изучения гидрологического режима рек в естественном состоянии, в известной степени нормированы. За основные сроки наблюдений приняты 8.00 и 20.00 часов по местному времени ежесуточно. Частота регистрации уровней увеличивается или уменьшается в зависимости от распределения во времени характеристик гидрологического режима. Оптимальная частота измерений уровней вырабатывается в ходе изучения режима водотока. Существуют основная, статистическая и специальная обработки уровней. В состав основной обработки входят приведение измеренных уровней к нулю графика, вычисление среднесуточных уровней.

Уровни с 1 января по 31 декабря вносят в сводную таблицу «Ежедневные уровни воды» (ЕУВ). Рядом с уровнями условными знаками отмечают явления ледового режима. В этой таблице кроме среднесуточных помещаются также средние, высшие и низшие уровни за каждый месяц и год.

По данным таблицы ЕУВ строят график колебаний уровней воды Н= f (t) с нанесением среднего уровня Н_ср и ледовых фаз.

Для решения ряда практических задач (например, определение периода, в течение которого уровень воды в реке не опускается ниже заданного; значение уровня, ниже которого вода не опускалась в течение определенного числа дней, или определение уровня, чаще всего встречающегося, и т.п.) проводят статистическую обработку уровней. Такая обработка, основанная на принципах и методах математической статистики, выполняется для любых гидрологических величин уровней, расходов воды, стока и т. п. в различные периоды (многолетний, отдельный год, период ледохода и весеннего половодья, межень и т. д.). В результате определяются повторяемость (частота) и продолжительность (обеспеченность), строятся кривые частоты и обеспеченности. Повторяемость уровней представляет число случаев (количество дней или лет) стояния уровней в заданном уровенном интервале. Повторяемость, выраженная в процентах от общего количества дней рассматриваемого периода, называется частотой. Продолжительность стояния уровня – это количество дней или лет, в течение которых наблюдались уровни выше заданного или равные ему. Продолжительность, выраженная в процентах от всего расчетного периода, называется обеспеченностью (Р, %).

2. Запроектировать постовые устройства, провести наблюдения и основную обработку измеренных уровней в течение двух суток.

При определении типа водомерного поста учитывается размер годовой амплитуды колебаний уровня, особенности строения берега реки, наличие мостов и гидротехнических сооружений и другие местные условия.

Реечный водомерный пост устраивают на водотоках и водоемах с крутыми берегами, небольшими (до 2–3 м) годовыми амплитудами колебаний уровней воды, при наличии условий, обеспечивающих сохранность поста от повреждения волнением, ледоходом, при сплаве леса или судами. При больших амплитудах колебаний уровней воды реечные посты применяются в случае наличия возможности прикрепления водомерной рейки к мостовой опоре или гидротехническому сооружению [8].

При умеренной крутизне берегов и малой амплитуде колебаний уровней рейку следует помещать в ковш-котлован, который свободно сообщается с рекой и служит успокоителем для волн. В местах с искусственным укреплением береговых откосов целесообразна установка поста с наклонной рейкой.

Для равнинных рек со значительной амплитудой колебаний уровней наиболее удобен свайный водомерный пост. В скалистых берегах вместо установки свай делаются высечки в виде ступеней с установкой зацементированных в скалу металлических штырей.

Смешанный тип (реечно-свайный) пост устраивается на участках рек, имеющих резкие переломы склонов берега: на крутой части устанавливается рейка, на пологой – сваи.

Передаточные посты устраиваются в тех случаях, когда подход к воде затруднителен из-за отвесных берегов. В зависимости от местных условий применяются передаточные посты как с автоматическими, так и с неавтоматическими отметчиками уровня.

При оборудовании поста самописцем может быть использован островной (когда сооружение с самописцем устанавливается непосредственно в водоеме, реке, озере) или береговой (когда все сооружение устанавливается на берегу в колодце, сообщающемся с водоемом через трубу) типы.

Выбрав конструкцию водомерного поста, приступают к составлению его проекта. На поперечном профиле размещаются постовые устройства, определяется положение нуля графика. Контрольный репер размещается выше возможной границы затопления на расстоянии 15 – 20 м. Головка верхней сваи должна быть на 0,25 – 0,5 м выше наивысшего уровня воды, а головка нижней сваи – на 0,5 м ниже наинизшего уровня. Превышение головок свай над поверхностью земли должно быть не более 0,1 – 0,15 м. Количество устанавливаемых свай определяется исходя из допускаемой разности отметок головок смежных свай, равной 0,7 – 0,8 м, и расстояния между ними не более 50 м (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Схема свайного водомерного поста.

Данные наблюдений за уровнем воды (приложение 11) необходимо привязать к составленному проекту водомерного поста. Учитывая, что в приложении 11 уровни воды указаны для периода весеннего половодья как расстояние до плоскости, расположенной ниже УВВ, а для летней межени – выше УНВ, при заполнении книги водомерных наблюдений необходимо эти данные представить в виде отсчета уровня по соответствующей свае (рейке), используя составленный проект водомерного поста.

При учащенных сроках наблюдений в период паводка следует иметь в виду, что перевод наблюдений с одной сваи на другую должен производиться по двум сваям. Если головка сваи выходит из воды, то наблюдатель должен произвести измерения по данной свае и ближайшей к ней, затопленной водой, в два срока наблюдений.

Для обработки данных наблюдений используются приводки, взятые с профиля водомерного поста. Следует иметь в виду, что приводки, полученные после ремонта, начинают применять с даты ремонта. Если отметка сваи изменилась вследствие выпучивания грунта, вызванного его оттаиванием, то измененную приводку следует отнести на дату наступления положительных температур воздуха. Момент изменения приводок в период ледохода, замерзания и оттаивания почвы может быть установлен с помощью построенного графика связи между значениями уровня воды по выше- и нижерасположенным постам. Нарушение этой связи указывает на момент изменения приводок. Уровень воды над нулем графика (Н, см) определяется как

h – приводка, см.

Вычисление средних суточных уровней производится по данным двухсрочных наблюдений как среднее арифметическое значение. При многосрочных наблюдениях среднесуточный уровень вычисляется как средне взвешенный:

(7.2)
гдe t – время между двумя сроками наблюдений, ч.

Результаты вычислений представляются в табл.7.1.

2. Требования к участку реки при устройстве водомерного поста.

3. Как производятся наблюдения на водомерном посту?

4. Состав камеральной обработки материалов наблюдений водомерного поста

В состав работ по производству измерений глубин воды, кроме измерения самих глубин, входит также определение в плане положения вертикалей для измерения глубин. Вертикали для измерения глубин воды в реках, водохранилищах и других водоемах называют промерными вертикалями.

Водные сечения, в которых измеряют глубины, ориентируют по отношению к направлению движения потока различным образом. Наиболее типичными являются сечения: поперечное, продольное и косое.

Количество промерных вертикалей на поперечнике назначают исходя из цели промерных работ и характера рельефа дна. Для средних условий на реках шириной от 10 до 50 м берут 10 – 20 промерных вертикалей, на реках шириной от 100 до 300 м – 20 – 30 вертикалей и при ширине до 1000 м – 40 – 50 вертикалей. Чем сложнее рельеф дна, тем больше степень сгущения промерных сечений и промерных вертикалей [8].

Промерные работы на участке реки заканчиваются подсчетом основных морфометрических и гидравлических характеристик. Эти характеристики профиля водного сечения реки используются при гидрологических и гидравлических расчетах, вычислениях расходов воды, экстраполяции кривых Q = f (Н).


Задачи лабораторной работы
1. Построить поперечный профиль водотока.

2. Определить основные морфометрические и гидравлические характеристики профиля водного сечения.

При построении поперечного профиля водотока вертикальный масштаб назначается крупнее горизонтального Урезы воды левого и правого берегов на чертеже должны быть слева и справа. Поверхность воды обозначают горизонтальной линией (рис.8.1).

Рис. 8.1. Поперечный профиль реки.

Рис. 8.2. Схема к вычислению площади водного сечения

и длины смоченного периметра.
по формуле

, (8.1)
где _i – площадь водного сечения между промерными вертикалями,м²;

h_{1, 2, 3…n} – глубина воды на промерных вертикалях, м;

h_{1, 2, 3…n} – расстояние между промерными вертикалями, м.

Результаты вычисления площади поперечного сечения сводят в табл. 8.1.

Для равнинных рек, ширина русел которых близка к смоченному периметру (В  ), величина гидравлического радиуса близка к средней глубине (R  h_ср).

Значение интеграла может быть определено графически путем планиметрирования эпюры, h^3/2 = f (В).

При аналитическом способе определения β^* интеграл заменяется суммой произведений h и b, а параметр β^* получается по формуле

. (8.8)
Приближенное значение β* можно получить, используя зависимость между морфометрическим параметром и β^*. Для беспойменных русел эти значения приведены в табл. 8.2.
Т а б л и ц а 8.2. Значения β^* в зависимости от а _h

а h	0,30	0,35	0,40	0,45	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80	1,00
β*	1,47	1,39	1,32	1,26	1,21	1,17	1,13	1,10	1,07	1,04	1,02	1,00

Результаты определения морфометрических и гидравлических характеристик заносят в журнал лабораторных работ.