HIDROMETRIA VITEZELOR SI A DEBITELOR IN RAURI

Fundamentarea teoretica

In albiile deschise naturale si artificiale (canale), viteza medie a intregii sectiuni pline rezulta din multimea de viteze punctuale distribuite in tot cuprinsul sectiunii.

Pentru masurarea vitezei locale in cursurile de apa de suprafata se pot folosi : flotorul, batometrul-tahimetru, tubul Pitot, sisteme laser si morisca hidrometrica.

Aparatul cel mai utilizat, in prezent, pentru masurarea vitezelor locale in rauri, este morisca hidrometrica, datorita preciziei si comoditatii in utilizare. Partile componente ale unei moristi hidrometrice sunt: rotorul (elicea), corpul, coada de dirijare si dispozitivul de semnalizare si inregistrare. Aparatul este astfel conceput incat la o singura rotatie a axului sau, elicea sa se invarteasca de N ori; odata cu axul se roteste o singura data si rotita dintata a dispozitivului de semnalizare, angrenata printr-un ghivent elicoidal, care prin cuiul de contact restabileste in circuit curentul electric alimentat din baterii. In acest mod, de fiecare data a contactului se produce semnalul care poate fi acustic (sonerie electrica) sau optic (bec).

Aparatul introdus in curentul de apa transforma prin intermediul elicei, viteza orizontala a firelor de curent in viteza de rotatie. Intre viteza locala v a apei si numarul de rotatii n al elicei in unitatea de timp, exista o relatie liniara, care prin tararea moristii in conditii speciale de laborator, este data sub forma:

v = a + n b

unde a si b sunt doua constante ale aparatului.

Daca intr-un punct al curentului s-au inregistrat S semnale in timpul cronometrat T, atunci turatia n din ecuatia anterioara este data de formula :

[rot/sec]

De exemplu, in patru minute si 30 de secunde inregistrate pe cronometru, soneria a dat 15 semnale la fiecare N=20 rotatii; din relatia anterioara se obtine turatia:

rot/sec

Moristile normale pot inregistra viteze de 0,05÷4,0 m/s, montand una sau alta din cele doua elice ale aparatului, dupa instructiunile furnizate de constructor.

Indiferent de tip, moristile hidrometrice pot fi cu tija sau suspendate. Utilizarea moristilor cu tija se face pana la adancimi ale apei de 3,5 m, iar pentru adancimi mai mari se folosesc moristi suspendate. Pentru albii accesibile cu o barca sau de pe o punte, se recurge la morisca cu tija care se introduce in apa vertical. Cand accesul se realizeaza pe bacuri, vase sau poduri, morisca se suspenda de un cablu, iar pentru masuratori sistematice de lunga durata se construiesc teleferice cu cabina.

Masurarea vitezelor locale se face pe cateva verticale intr-o sectiune transversala a curentului de apa. Numarul verticalelor se considera in functie de latimea albiei, recomandandu-se: cinci verticale pentru latimi sub 100 metri, sapte pentru 100÷300 m, noua pentru 300÷600 m etc.

In ceea ce priveste numarul si pozitia punctelor pe o verticala, in mod curent, se fac masuratori in cinci puncte pentru care se indica pozitiile: la suprafata curentului, la 0,2h la 0,6h la 0,8 h si in apropierea fundului albiei.

Relatiile de calcul pentru obtinerea vitezelor medii pe verticala sunt date in tabelul 10.1.

Tabelul Calculul vitezelor medii pe verticale

Exemple de calcul

La un post hidrometric trebuie efectuata o masuratoare de debit. Determinarea debitului trebuie precedata de o masuratoare de viteze cu ajutorul moristii hidrometrice.

Datele privind profilul transversal al albiei se prezinta in tabelul 10.2.

Tabelul 10.2 Elemente ale sectiunii transversale a raului

Vitezele masurate in sectiunea transversala in verticalele stabilite sunt date in tabelul 10.3.

Tabelul 10.3 Vitezele masurate in verticale

Calculul vitezelor medii pentru fiecare verticala

In functie de adancimea in dreptul fiecarei verticale si utilizand formulele din tabelul 10.1 se obtin urmatoarele valori pentru vitezele medii de pe verticale:

Calculul suprafetelor medii situate intre verticale si a

suprafetei totale a sectiunii udate

Pentru   calculul acestor suprafete se intocmeste un profil transversal al sectiunii analizate utilizand datele din tabelul 10.2.

Suprafetele partiale cuprinse intre verticalele sectiunii, se determina cu ajutorul acestui profil transversal utilizand formule geometrice pentru arii si anume:

Trasarea hodografului vitezelor

Pentru sectiunea transversala analizata se poate trasa un grafic al evolutiei vitezelor pe fiecare verticala, adica hodograful vitezelor (figura 10.3)

h [m]

(verticala)

MS I II III IV V VI VII MD

Adancimea [m]

Distante partiale dintre verticale [m]

Distante cumulate dintre verticale [m]

Figura 10.3 Hodograful vitezelor ( scara vitezelor este = 1 m/s)

Calculul debitelor partiale care se scurg intre verticale

Debitele partiale dintre verticale se obtin inmultind suprafetele dintre aceste verticale cu viteza medie pe acea portiune din sectiune.

 

Calculul vitezei medii pe sectiune

Aceasta viteza se poate determina raportand debitul total scurs la suprafata totala a sectiunii, adica:

Calculul debitului total prin procedeul debitelor pe unitatea de

latime de rau

Pe fiecare verticala din sectiune se poate calcula debitul pe unitatea de latime cu formula:

Astfel pentru datele din tabelul 10.3 se obtine:

Cu valorile astfel obtinute se poate trasa curba debitelor unitare pe latime a raului (figura 10.4). Din punct de vedere fizic suprafata acestui grafic reprezinta debitul total. Ca atare debitele partiale sunt egale cu suprafetele cuprinse intre verticalele corespunzatoare.

Rezulta:

 

q [m²/s]

Figura 10 Curba debitelor unitare

Intre cele doua procedee se inregistreaza diferente si de aceea se calculeaza eroarea cu urmatoarea formula:

Concluzii

a) Stabilirea vitezei de curgere a apei printr-o sectiune transversala a unui rau este prima etapa in determinarea debitului lichid care tranziteaza aceasta sectiune.

b) Morisca hidrometrica este instrumentul cel mai utilizat pentru masurarea vitezei locale in rauri. c) Masurarea punctuala a adancimii apei ajuta la trasarea sectiunii transversale si la determinarea sectiunii udate.

c) Produsul dintre sectiunea udata si viteza medie pe sectiune determina debitul scurs prin sectiune.

d) Debitele lichide masurate, corespund unui nivel citit la mira hidrometrica.