Đo lưu lượng nước

Ch−¬ng IV §o l−u l−îng n−íc (*) L−u l−îng n−íc lµ l−îng n−íc ch¶y qua mÆt c¾t ngang vu«ng gãc víi h−íng ch¶y b×nh qu©n trong thêi gian 1 gi©y, ký hiÖu lµ Q (m3/s). C¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng n−íc bao gåm : + Ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch” + Ph−¬ng ph¸p thÓ tÝch + Ph−¬ng ph¸p dïng c¸c c«ng tr×nh ®Ëp trµn + Ph−¬ng ph¸p øng dông c¸c c«ng nghÖ hiÖn ®¹i nh− siªu ©m , phãng x¹ .v.v Trong ®ã ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch” ®−îc sö dông réng r·i ë c¸c tr¹m thuû v¨n. Dïng ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch”®Ó x¸c ®Þnh l−u l−îng n−íc thùc chÊt lµ x¸c ®Þnh 2 yÕu tè thµnh phÇn : Tèc ®é dßng ch¶y vµ diÖn tÝch mÆt c¾t (∗) . Cßn c¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh l−u l−îng kh¸c hoÆc lµ kh«ng thÝch hîp ®èi víi viÖc ®o ®¹c ngoµi s«ng hoÆc ë n−íc ta ch−a cã ®iÒu kiÖn ®Ó phæ cËp dông cô ®o ®¹c . Do ®ã néi dung chñ yÕu cña ch−¬ng nµy sÏ tr×nh bµy kü viÖc x¸c ®Þnh l−u l−îng b»ng ph−¬ng ph¸p “l−u tèc - diÖn tÝch”. § 4-1. C«ng tr×nh vμ m¸y mãc ®o l−u l−îng n−íc I- M¸y ®o l−u tèc ( m¸y l−u tèc ) 1. Nguyªn lý chung cña m¸y l−u tèc : M¸y l−u tèc lµm viÖc dùa vµo nguyªn lý chung sau ®©y: D−íi t¸c dông cña dßng n−íc, bé phËn c¶m øng cña m¸y quay, l−u tèc cµng lín th× m¸y quay cµng nhanh. Nhê c¬ cÊu b¸o vßng quay vµ bé phËn tÝn hiÖu ta biÕt ®−îc tæng vßng quay N cña bé phËn c¶m øng trong thêi gian ®o T. Tõ ®ã tÝnh ®−îc tèc ®é vßng quay trung b×nh n cña bé phËn ph¶n øng. Tõ quan hÖ (n ~ v) cña mçi m¸y ta sÏ cã l−u tèc v tõ gi¸ trÞ n. 2. CÊu t¹o cña mét sè lo¹i m¸y ®o l−u tèc : M¸y ®o l−u tèc cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau cã thÓ ph©n lµm 2 lo¹i chñ yÕu : Lo¹i trôc ®øng vµ lo¹i trôc ngang . Lo¹i trôc ®øng nh− m¸y cèc quay LS68 Lo¹i trôc ngang nh− m¸y c¸nh qu¹t : Ж-3, ΓP-21, ΓP-99, LS25-1A, LS25-3A... Sau ®©y sÏ chØ giíi thiÖu c¸c bé phËn chÝnh cña 2 lo¹i m¸y ®iÓn h×nh : M¸y c¸nh qu¹t Ж-3, vµ m¸y cèc quay LS68. (∗) Trong thùc tÕ viÖc x¸c ®Þnh l−u l−îng n−íc lµ “ §o l−u tèc, ®o diÖn tÝch mÆt c¾t ngang, tÝnh l−u l−îng n−íc” (1). Do ®ã thuËt ng÷ “§o l−u l−îng n−íc” (2) lµ ch−a thËt chÝnh x¸c, ta cã thÓ coi thuËt ng÷ (2) lµ thuËt ng÷ quy −íc, gäi t¾t cho thuËt ng÷ (1) 46 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 22 8 23 65 43 2 1 18 19 20 21 a) b) 17 H×nh 4-1. M¸y ®o l−u tèc Ж-3 a) CÊu t¹o chung; b) bé phËn b¸o vßng quay 1. c¸nh qu¹t; 2. vá æ trôc; 3. khíp nèi; 4. ®Çu d©y kh«ng c¸ch ®iÖn; 5. ®Çu d©y c¸ch ®iÖn víi th©n m¸y; 6. th©n m¸y; 7. æ chøa ®Çu c¾m ®iÖn; 8. ®Çu c¾m ®iÖn; 9. èc h·m; 10. trôc m¸y; 11,16. thanh kÑp ®øng; 12,15. b¨ng kÑp ngoµi æ bi; 13. æ trôc bªn trong; 14. æ trôc ngoµi; 17. èc h·m bi; 18. b¸nh xe r¨ng; 19. chèt c«ng t¾c; 20. c«ng t¾c lß xo; 21. èc gi÷ lß xo; 22. trôc dÉn ®iÖn; 23. ®u«i m¸y a. Bé phËn c¶m øng cña m¸y Ж-3 lµ c¸nh qu¹t, cña m¸y LS68 gåm mét hÖ thèng “phÔu” ghÐp l¹i gäi lµ cèc quay. b. C¬ cÊu b¸o vßng quay cßn gäi lµ c¬ cÊu tÝnh to¸n sè vßng quay bao gåm mét b¸nh xe r¨ng th−êng cã 20 r¨ng. Trªn b¸nh xe cã mét sè ®iÓm tiÕp ®iÖn, cßn gäi lµ chèt c«ng t¾c (xem h×nh 4-1) 9 8 10 7 6 3 4 5 1 2 a) b) H×nh 4-2. a) M¸y cèc quay; b) Bé phËn b¸o vßng quay 1. Cèc quay, 2. Bé phËn b¸o vßng quay; 3. §u«i m¸y; 4. èc c©n ®u«i m¸y; 5. C¸ s¾t; 6. Trôc m¸y; 7. B¸nh xe r¨ng; 8. Chèt c«ng t¾c; 9. C«ng t¾c lß xo; 10. Chèt c¸ch ®iÖn víi th©n m¸y C«ng t¾c cïng víi trôc dÉn ®iÖn sÏ nèi liÒn m¹ch ®iÖn khi tiÕp ®iÓm ®iÖn tiÕp xóc víi c«ng t¾c. Khi lµm viÖc trôc m¸y quay theo bé phËn c¶m øng. Bé phËn c¶m øng quay ®−îc mét vßng th× b¸nh xe dÞch chuyÓn 1 r¨ng. Sè ®iÓm tiÕp ®iÖn cña m¸y Ж-3 lµ mét, cña m¸y 47 LS68 lµ bèn do ®ã c¸nh qu¹t quay ®−îc 20 vßng hoÆc cèc quay quay ®−îc 5 vßng th× cã 1 lÇn m¹ch ®iÖn ®−îc ®ãng kÝn, t−¬ng øng ta sÏ nhËn ®−îc mét tÝn hiÖu (H×nh 4-2). c. Bé phËn tÝn hiÖu 3 1 2 H×nh 4-3. S¬ ®å bé phËn tÝn hiÖu 1. Nguån ®iÖn; 2, §Ìn hoÆc chu«ng; 3. D©y dÉn ®iÖn Bé phËn tÝn hiÖu gåm mét nguån ®iÖn pin 3V÷4,5V, khi m¹ch ®iÖn ®−îc ®ãng kÝn th× chu«ng kªu hoÆc ®Ìn s¸ng. §èi víi mét sè lo¹i m¸y s¶n xuÊt sau nµy th× tiÕp ®iÓm ®iÖn b»ng c«ng t¾c ®−îc thay b»ng tiÕp ®iÓm tõ. Bé phËn b¸o vßng quay ®−îc thay b»ng thiÕt bÞ hiÖn sè. Cßn vÒ nguyªn lý ho¹t ®éng chung cña m¸y kh«ng cã g× thay ®æi so víi c¸c lo¹i m¸y ®· giíi thiÖu (xem h×nh 4-3). 3. C¸c th«ng sè cña m¸y l−u tèc : Qua thùc nghiÖm ng−êi ta ®· x¸c lËp ®−îc quan hÖ gi÷a sè vßng quay cña c¸nh qu¹t (hoÆc cèc quay) vµ l−u tèc cã d¹ng : 22 ovbnanv ++= (4-1) Trong ®ã : a,b - C¸c th«ng sè vo - L−u tèc ban ®Çu - ®é nh¹y cña m¸y n - Sè vßng quay cña c¸nh qu¹t trong mét ®¬n vÞ thêi gian . Trong thùc tÕ quan hÖ (4-1) ®−îc biÓu diÔn nh− h×nh (4-4) Cã thÓ chia quan hÖ ( 4-4) ra lµm 3 ®o¹n : - §o¹n tõ vo ®Õn ®iÓm K : quan hÖ cã d¹ng ®−êng cong theo (4-1) . §iÓm K lµ ®iÓm giíi h¹n d−íi , øng víi ®iÓm K cã l−u tèc giíi h¹n d−íi vK vµ sè vßng quay giíi h¹n d−íi nK - Tõ ®iÓm K ®Õn KB khi ®ã tèc ®é ban ®Çu vo so víi l−u tèc lµ nhá ®o ®ã trong quan hÖ (4-1) cã thÓ bá qua vo vµ viÕt : Knnbabnanv =+=+= )(2 (4-2) VËy quan hÖ v ~ n lµ ®−êng th¼ng. §iÓn KB gäi lµ ®iÓm giíi h¹n trªn, øng víi K B BB lµ l−u tèc cùc ®¹i mµ mçi m¸y cã thÓ ®o ®−îc. - Giai ®o¹n ngoµi KB quan hÖ v ~ n trë nªn phøc t¹p. Trong thùc tÕ kh«ng cho phÐp m¸y ®o víi l−u tèc v−ît qu¸ ®iÓm giíi h¹n trªn cña mçi m¸y. B Trong quan hÖ v ~ n tèc ®é ban ®Çu vo ®Æc tr−ng cho tÝnh n¨ng cña tõng m¸y, ®ã lµ tèc ®é tèi thiÓu cña dßng n−íc võa ®ñ lµm cho bé phËn c¶m øng b¾t ®Çu quay. Th«ng sè vo ®−îc x¸c ®Þnh qua thùc nghiÖm khi s¶n xuÊt m¸y. V(m/s) Vk 0 Vo VkB n k K nkB KB H×nh 4-4. Quan hÖ gi÷a l−u tèc vµ vßng quay cña bé phËn c¶m øng (v~n) 48 Tèc ®é giíi h¹n d−íi vK ®−îc tÝnh theo c«ng thøc : vK = β ov1,7 (4-3) Trong ®ã th«ng sè β ®−îc tÝnh : β = 6,9 vo - 0,06 + 00058,0)055,03,2( 2 +−ov (4-4) Th«ng sè a,b ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau : a = K( 0,99 - β) (4-5) b =(K β)2 (4-6) HÖ sè K trong c¸c c«ng thøc (4-2), (4-5), (4-6) gäi lµ b−íc thuû lùc cña bé phËn c¶m øng. TrÞ sè K ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. NÕu gäi vi lµ l−u tèc cña tuyÕn kiÓm ®Þnh thø i, ni lµ tèc ®é vßng quay cña bé phËn c¶m øng t−¬ng øng ë tuyÕn kiÓm ®Þnh thø i th× K ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: K = ∑ ∑ = = N i i N i i n v 1 1 (4-7) B¶ng 4-1. §Æc ®iÓm cÊu t¹o vµ tÝnh n¨ng cña mét sè lo¹i m¸y l−u tèc Lo¹i m¸y §−êng kÝnh c¸nh qu¹t (mm) B−íc h×nh häc Kr(mm) Tèc ®é ban ®Çu V0 (m/s) Tèc ®é lín nhÊt Vkβ(m/s) Bé phËn c¶m øng Bé phËn tÝn hiÖu N−íc s¶n xuÊt Ж-3 N- o 1 120 N-o 2 120 250 500 0,04 0,06 5,0 5,0 C¸nh qu¹t Chu«ng (®Ìn) Liªn X« cò BЖM-3 N- o 1 120 N-o 2 120 200 500 0,04 0,06 5,0 5,0 C¸nh qu¹t Chu«ng (®Ìn) Liªn X« cò ΓP-21 N- o 1 120 N-o 2 120 200 0,04 0,06 8,0 5,0 C¸nh qu¹t Chu«ng (®Ìn) Liªn X« cò ΓP- M21 N- o 1 120 N-o 2 120 200 500 0,04 0,06 8,0 5,0 C¸nh qu¹t Chu«ng (®Ìn) Liªn X« cò ΓP- 55 N- o 1 120 N-o 2 120 110 200 0,05 0,06 5,0 5,0 C¸nh qu¹t Chu«ng (®Ìn) Liªn X« cò ΓP-11 N- o 1 120 N-o 2 120 110 200 0,06 0,10 5,0 5,0 C¸nh qu¹t Tæng vßng quay Liªn X« cò ΓP-11M N- o 1 120 N-o 2 120 110 200 0,05 0,08 5,0 5,0 C¸nh qu¹t Tæng vßng quay Liªn X« cò LS 68 N- o 1 120 N-o 2 120 0,04 2,5 Cèc quay Chu«ng (®Ìn) Trung Quèc TS25-1A N-o 1 120 250 0,05 5,0 C¸nh qu¹t HiÖn sè Trung Quèc 3T2 N-o 1 120 180 0,06 5,0 C¸nh qu¹t HiÖn sè Liªn X« cò 49 B¶ng 4-2. Quan hÖ gi÷a vK , vo , β vo(m/s) β vK(m/s) vo(m/s) β vK(m/s) vo(m/s) β vK(m/s) 0,015 0,057 0,371 0,045 0,305 0,571 0,075 0,577 0,695 0,020 0,105 0,427 0,050 0,350 0,594 0,080 0,623 0,714 0,025 0,136 0,470 0,055 0,395 0,615 0,085 0,669 0,732 0,030 0,175 0,500 0,060 0,440 0,636 0,090 0,715 0,750 0,035 0,216 0,527 0,065 0,486 0,656 0,095 0,761 0,768 0,040 0,260 0,549 0,070 0,532 0,676 0,096 0,807 0,785 4. KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc nh»m x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè cña m¸y. C«ng t¸c kiÓm ®Þnh ®−îc tiÕn hµnh sau khi s¶n xuÊt m¸y xong hoÆc sau thêi gian sö dông quy ®Þnh, hoÆc khi thay thÕ c¸c chi tiÕt cña m¸y... ViÖc kiÓm ®Þnh m¸y th−êng do c¬ quan chuyªn ngµnh cã t− c¸ch ph¸p nh©n tiÕn hµnh víi ®Çy ®ñ trang thiÕt bÞ, ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c cÇn thiÕt. Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, khi cÇn kiÓm ®Þnh m¸y th× cã thÓ tiÕn hµnh kiÓm ®Þnh m¸y ë thùc ®Þa. H×nh 4-5. Quan hÖ v~n kiÓm ®Þnh ë thùc ®Þa a. KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc b»ng m¸ng kiÓm ®Þnh. M¸ng kiÓm ®Þnh cã nhiÒu lo¹i: M¸ng dµi, m¸ng trßn, m¸ng hép, lo¹i thø nhÊt vµ thø hai cã thiÕt bÞ g¾n m¸y l−u tèc cÇn kiÓm ®Þnh vµ di chuyÓn trong n−íc ®øng yªn theo c¸c tuyÕn cã tèc ®é kh¸c nhau ®−îc x¸c ®Þnh. Lo¹i thø 3 lµ mét hép kÝn cã thiÕt bÞ b¬m n−íc 50 ch¶y vßng tuÇn hoµn víi l−u tèc thay ®æi ®−îc x¸c ®Þnh, trong khi ®ã m¸y l−u tèc ®−îc g¾n cè ®Þnh trong dßng ch¶y. Lo¹i m¸ng dµi, m¸ng trßn yªu cÇu cã mÆt b»ng x©y dùng réng, lo¹i “hép” nhá gän thÝch hîp cho viÖc kiÓm ®Þnh trong phßng. Ngoµi ra m¸ng kiÓm ®Þnh cßn cã bé phËn ghi nhËn tÝn hiÖu cña m¸y l−u tèc vµ thêi gian mçi tuyÕn kiÓm ®Þnh. Nguyªn t¾c lµm viÖc cña m¸ng kiÓm ®Þnh : Khi m¸ng kiÓm ®Þnh lµm viÖc ë mçi tuyÕn hoÆc mçi cÊp kiÓm ®Þnh ta thu ®−îc tèc ®é chuyÓn ®éng cña thiÕt bÞ kÐo m¸y hoÆc tèc ®é dßng ch¶y vµ xem ®ã lµ l−u tèc (vi). §ång thêi ta ghi ®−îc tæng sè vßng quay Ni cña bé phËn c¶m øng trong thêi gian ti. Tõ ®ã tÝnh ®−îc sè vßng quay ni trong 1 gi©y. Víi nhiÒu tuyÕn kiÓm ®Þnh ta cã v1 , v2 ,.. . vn ; n1, n2,.. . nn, tõ chuçi sè liÖu ®ã ta sÏ x©y dùng ®−îc quan hÖ v ~n cho m¸y l−u tèc. Ngµy nay nhê sù hç trî cña c¸c thiÕt bÞ kü thuËt tiªn tiÕn nªn viÖc ghi nhËn c¸c kÕt qu¶ ®o ®¹c vµ x©y dùng quan hÖ v ~n cã thÓ ®−îc tù ®éng ho¸ vµ cho kÕt qu¶ cã ®é chÝnh x¸c cao h¬n. KÕt qu¶ kiÓm ®Þnh cho mçi m¸y l−u tèc ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ (4-6). H×nh 4-6. Quan hÖ v~n kiÓm ®Þnh ë m¸ng b. KiÓm ®Þnh m¸y l−u tèc ë thùc ®Þa: N¬i kiÓm ®Þnh lµ mét ®o¹n s«ng th¼ng hay hå cã chiÒu dµi tõ 50÷80m cã chiÒu s©u h≥2m, l−u tèc v≈0 (s«ng chÕt), kh«ng cã rong, rªu hay cá mäc. ChiÒu dµi L cña ®o¹n s«ng ®−îc x¸c ®Þnh víi sai sè cho phÐp ≤ ±0,1 m . Khi kiÓm ®Þnh ng−êi ta g¾n m¸y l−u tèc vµo m¹n thuyÒn (gÇn mòi), m¸y ngËp trong n−íc tõ 0,6 ÷1 m. Cho thuyÒn chuyÓn ®éng ®Òu trªn ®o¹n s«ng kiÓm ®Þnh theo c¸c tuyÕn th¼ng. Tèc ®é di chuyÓn cña thuyÒn trªn c¸c tuyÕn thay ®æi n»m trong ph¹m vi sö dông cña m¸y. Sau mçi tuyÕn di chuyÓn cña thuyÒn ng−êi ta thu ®−îc c¸c tµi liÖu sau: - Thêi gian m¸y l−u tèc (thuyÒn) chuyÓn ®éng trªn mçi tuyÕn cã chiÒu dµi L (m) 51 - Thêi gian ®o cña mét sè tÝn hiÖu hoÆc mét sè nhãm tÝn hiÖu khi m¸y l−u tèc lµm viÖc trªn mçi tuyÕn t2 - Tû sè vßng quay cña bé phËn c¶m øng trªn mçi tuyÕn N víi c¸c sè liÖu trªn sÏ x¸c ®Þnh ®−îc l−u tèc b×nh qu©n v vµ tèc ®é vßng quay t−¬ng øng n trªn mçi tuyÕn: v = 1t L (m/s) n = 2t N (vßng/s) Tõ nhiÒu tuyÕn kiÓm ®Þnh ta sÏ thu ®−îc nhiÒu cÆp vi ~ ni (sè cÆp trong mçi lÇn kiÓm ®Þnh tõ 20-30), ta sÏ x¸c ®Þnh ®−îc quan hÖ v ~ n cô thÓ cho tõng m¸y. §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c khi x¸c ®Þnh ®−êng quan hÖ v ~ n cÇn chia sè liÖu ra tõng nhãm. Trong mçi nhãm cè g¾ng chän c¸c tuyÕn kiÓm ®Þnh cã vi, ni xÊp xØ b»ng nhau. Quan hÖ v ~n sÏ ®i qua ®iÓm trung b×nh cña mçi nhãm. §Ó tiÖn cho viÖc sö dông ng−êi ta lËp b¶ng tÝnh s½n quan hÖ v ~ n xem b¶ng (4-5) B¶ng 4-3. Quan hÖ v ~n cña m¸y Ж-3 sè 1825 c¸nh qu¹t sè 1 (kiÓm ®Þnh trong m¸ng) V(m/s) n(v/s) n (v/s) 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,5 0,6 0,7 .. .. .. .. 0.130 0.151 0,175 .. .. .. .. 0,132 0,154 0,178 .. .. .. .. 0,134 0,156 0,180 .. .. .. .. 0,136 0,158 0,182 .. .. .. .. 0,138 0,161 0,185 .. .. .. .. 0.140 0,163 0,188 .. .. .. .. 0,142 0,166 0,190 .. .. .. .. 0,144 0,168 0,192 .. .. .. .. 0,146 0,170 0,194 .. .. .. .. 0,149 0,173 0,197 .. .. .. .. 5. KiÓm tra, b¶o d−ìng vµ söa ch÷a th«ng th−êng m¸y l−u tèc : §Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña tµi liÖu vµ t¨ng tuæi thä cña m¸y l−u tèc cÇn ph¶i kiÓm tra tr−íc khi sö dông vµ b¶o d−ìng th−êng xuyªn. Tr−íc mçi lÇn dïng m¸y ®o l−u tèc nªn tiÕn hµnh kiÓm tra chung c¸c bé phËn cña m¸y nh−: - Thö ®é nh¹y cña bé phËn c¶m øng; - Sù tiÕp xóc gi÷a c¸c ®iÓm tiÕp ®iÖn; - Sù ho¹t ®éng cña bé phËn tÝn hiÖu hoÆc bé phËn hiÖn sè 52 Khi ho¹t ®éng cña toµn bé thiÕt bÞ b×nh th−êng th× míi ®−îc sö dông. Sau mçi lÇn sö dông m¸y xong, dïng v¶i s¹ch lau kh« m¸y vµ ®−a m¸y vÒ nhµ tiÕn hµnh th¸o m¸y röa b»ng x¨ng råi míi tra dÇu vµo c¸c bé phËn cÇn thiÕt . ViÖc th¸o l¾p m¸y ph¶i do ng−êi n¾m ®−îc cÊu t¹o, ®Æc ®iÓm cña m¸y tiÕn hµnh theo b¶n “h−íng dÉn sö dông vµ b¶o qu¶n m¸y l−u tèc” ChÕ ®é b¶o d−ìng m¸y tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña m¸y: Khi ®o vïng n−íc bÈn, n−íc mÆn th× sau mçi lÇn ®o ph¶i lau chïi ngay; khi ®o ë vïng n−íc s¹ch th× cã thÓ sau 2-3 lÇn ®o míi lau kü 1 lÇn. Tr−êng hîp m¸y l−u tèc ®· lµm viÖc hÕt thêi h¹n quy ®Þnh th× ph¶i kiÓm ®Þnh l¹i. NÕu trong khi sö dông m¸y cã x¶y ra h− háng hoÆc cã nghi vÊn vÒ chÊt l−îng m¸y th× ph¶i kiÓm tra ngay. C«ng t¸c kiÓm tra tiÕn hµnh nh− sau: §−a m¸y cÇn kiÓm tra vµ m¸y dù tr÷ (lµm chuÈn) treo vµo 1 c¸i gi¸ n»m ngang, 2 m¸y c¸ch nhau 30÷40cm. §ång thêi ®o l−u tèc t¹i c¸c ®iÓm kh¸c nhau trªn mét sè thuû trùc. Sè ®iÓm ®o kiÓm tra b»ng 15-20 ®iÓm. So s¸nh tµi liÖu l−u tèc gi÷a 2 m¸y, nÕu sai sè qu©n ph−¬ng t−¬ng ®èi cña l−u tèc gi÷a 2 m¸y kh«ng v−ît qu¸ ± 3 % th× m¸y kiÓm tra vÉn sö dông ®−îc, nÕu sai sè trªn lín h¬n ± 3 % th× ph¶i ngõng sö dông vµ ®−a m¸y ®i kiÓm ®Þnh l¹i. Sai sè qu©n ph−¬ng t−¬ng ®èi tÝnh theo c«ng thøc : 1n 1 v v 100%m n 1i 2 i i − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −′ ±= ∑ = (4-8) Trong ®ã : m% - ®é lÖch qu©n ph−¬ng t−¬ng ®èi vi - l−u tèc ®o b»ng m¸y dù tr÷ v’i - l−u tèc ®o b»ng m¸y ®ang dïng n - sè ®iÓm ®o kiÓm tra II. C¸c lo¹i phao ®o l−u tèc 60c m a) b) H×nh 4-7. Mét sè lo¹i phao næi 1. Phao næi Phao næi ®−îc lµm b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu cã tØ träng nhá h¬n n−íc nh− tre, gç, chÊt dÎo. H×nh d¹ng phao cã thÓ lµ h×nh trô, hép ch÷ nhËt... KÝch th−íc võa ®ñ nh×n thÊy phao khi ®o trªn s«ng, cè g¾ng lµm cµng nhá cµng tèt. MÆt ngoµi cña phao (phÇn ch×m) kh«ng nªn tr¬n qu¸ sÏ lµm ¶nh h−ëng tíi ®−êng phao tr«i vµ tèc ®é phao. T¹i mét tr¹m ta nªn dïng thèng nhÊt mét lo¹i 53 phao vÒ c¶ h×nh d¹ng lÉn kÝch th−íc. Tr−êng hîp ®o ®ªm th× trªn phao cÇn cã bé phËn ph¸t s¸ng. 2. Phao ch×m ë nh÷ng n¬i cã l−u tèc nhá d−íi ph¹m vi sö dông cña m¸y l−u tèc (v0,5m th× cã thÓ dïng phao ch×m ®Ó ®o l−u tèc. NÕu trªn mÆt c¾t cã khu vùc cã l−u tèc nhá, cã khu vùc cã l−u tèc ®ñ lín ®Ó dïng m¸y ®o th× cã thÓ kÕt hîp c¶ m¸y vµ phao ch×m ®Ó ®o l−u tèc. VÒ h×nh d¹ng phao ch×m cã nh÷ng lo¹i nh− h×nh (4-8). Phao ch×m ®−îc lµm b»ng c¸c lo¹i vËt liÖu nhÑ, Ýt thÊm n−íc nh− s¸p, chÊt dÎo, nøa, gç tr¸t s¸p ë mÆt ngoµi... hh1 H×nh 4-8. Mét sè lo¹i phao ch×m HiÖn nay phao ch×m hay ®−îc sö dông lµ lo¹i phao cã d¹ng h×nh viªn cÇu, ®−êng kÝnh 2÷3 cm; ®−îc lµm b»ng gç cøng, s¸p, chÊt dÎo. 3. HÖ sè hiÖu chØnh l−u tèc khi ®o phao : Khi phao tr«i do nhiÒu nh©n tè ¶nh h−ëng nªn tèc ®é cña phao kh«ng ph¶n ¸nh ®−îc l−u tèc b×nh qu©n cña thuû trùc mµ phao tr«i qua . Do vËy sau khi tÝnh l−u l−îng n−íc cÇn cã hÖ sè hiÖu chØnh. HÖ sè ®ã kÝ hiÖu lµ P. a. C«ng thøc kinh nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè phao : • C«ng thøc dùa vµo sè Frót : Sè Frót (Fr) lµ th«ng sè ®éng n¨ng cña dßng ch¶y, nã tû lÖ thuËn víi b×nh ph−¬ng l−u tèc vµ cã gi¸ trÞ lín nhÊt t¹i trªn mÆt n−íc ë gi÷a dßng vµ gi¶m dÇn tíi hai bê. Do ®ã hÖ sè phao dïng ®Ó chuyÓn ®æi tõ l−u tèc lín nhÊt gi÷a dßng vµ l−u tèc b×nh qu©n trªn mÆt n−íc vÒ l−u tèc b×nh qu©n mÆt c¾t ngang cã liªn quan tíi hÖ sè Fr. Tõ ®ã ng−êi ta ®· ®−a ra c«ng thøc kinh nghiÖm ®Ó tÝnh hÖ sè phao P1; P2 nh− sau: + Khi phao tr«i r¶i trªn mÆt ngang : 11 Fr/J85,11P −= (4-9) + Khi phao tr«i tËp trung gi÷a dßng : 22 Fr/J60,51P −= (4-10) Trong ®ã : J : ®é dèc mÆt n−íc cña ®o¹n s«ng ®o phao 54 Fr1, Fr2 - HÖ sè Frót ®−îc tÝnh nh− sau : gh VFr 2 mc 1 = ; gh VFr 2 max 2 = Víi : ω= QpVmc ; B h ω= g - Gia tèc träng tr−êng ∑= = = ni 1i imaxmax Vn 1V n lµ sè phao tr«i gi÷a dßng C«ng thøc dùa vµo hÖ sè Cedi: 0,6C C P1 += (4-11) 0,6C34,1 C P2 += (4-12) Trong ®ã C - lµ hÖ sè Cedi C = 1/n hy n - hÖ sè nh¸m y - hÖ sè, theo Pav¬l«pski th× : y = )1,0n(h75,013,0n5,2 −−− Khi h < 1m, y ≈ 1,5 n • b. X¸c ®Þnh hÖ sè hiÖu chØnh b»ng thùc nghiÖm : §©y lµ ph−¬ng ph¸p ®¸ng tin cËy nhÊt v× xuÊt ph¸t tõ tµi liÖu thùc ®o l−u tèc b»ng phao vµ b»ng m¸y p m 1 Q Q P = maxp m 2 Q Q P = (4-13) Trong ®ã Qm - lµ l−u l−îng tÝnh tõ tµi liÖu l−u tèc ®o b»ng m¸y Qp - lµ l−u l−îng tÝnh tõ tµi liÖu l−u tèc ®o b»ng phao P1 - lµ hÖ sè khi phao tr«i r¶i trªn mÆt ngang P2 - lµ hÖ sè khi phao tr«i gi÷a dßng c. X¸c ®Þnh hÖ sè phao b»ng kinh nghiÖm : Qua thùc tÕ ®o ®¹c vµ tÝnh l−u l−îng n−íc ng−êi ta ®· ®−a ra b¶ng hÖ sè ®Ó hiÖu chØnh l−u l−îng khi phao tr«i r¶i trªn mÆt ngang b¶ng (4-4) vµ b¶ng (4-5) 55 B¶ng 4-4. HÖ sè phao toµn mÆt ngang theo kinh nghiÖm dùa vµo ®iÒu kiÖn dßng ch¶y §é s©u (m) T×nh h×nh dßng s«ng vµ ®iÒu kiÖn ch¶y 5,0 S«ng ®ång b»ng ®iÒu kiÖn ch¶y tèt (s«ng võa vµ lín) 0.78-0.86 0.87-0.88 0.89-0.90 S«ng võa vµ lín, ®iÒu kiÖn ch¶y kÐm (cã rong rªu, s«ng cong, ch¶y xiÕt) 0.70-0.77 0.78-0.85 0.86-0.87 S«ng miÒn nói ch¶y xiÕt, cã b·i trµn ®iÒu kiÖn ch¶y xÊu - 0.70-0.79 0.80-0.84 B¶ng 4-5. HÖ sè phao kinh nghiÖm dùa vµo chiÒu giã ChiÒu giã thæi HÖ sè phao P1 Tr−êng hîp lÆng giã 0,85 - 0,90 Tr−êng hîp giã thæi ng−îc dßng 0,90 - 0,95 Tr−êng hîp giã thæi xu«i dßng 0,80 - 0,85 e. KiÓm ®Þnh phao ch×m viªn cÇu Khi ®o l−u tèc b»ng phao ch×m ta dïng gËy ®−a phao xuèng ®é s©u h sau ®ã th¶ phao. Dïng ®ång hå ghi l¹i thêi gian t mµ phao ®· tr«i ®−îc trªn qu·ng ®−êng L, l−u tèc b×nh qu©n ®−îc tÝnh : v = t L NÕu chØ ®o ®−îc ®é s©u thuû trùc h vµ qu·ng ®−êng phao tr«i L, mµ kh«ng ®o ®−îc thêi gian phao tr«i th× cÇn kiÓm ®Þnh tr−íc : C«ng t¸c kiÓm ®Þnh nh− sau : - §o ®é næi cña phao trong n−íc tÜnh, gäi t lµ thêi gian phao næi lªn tõ ®é s©u h th× tèc ®é næi b×nh qu©n cña phao lµ: v’ = t h Khi kiÓm ®Þnh nªn chän h cã gi¸ trÞ kh¸c nhau vµ mçi gi¸ trÞ h lµm 2-3 lÇn, råi lÊy v’ b×nh qu©n cho c¸c cÊp ®é s©u. TrÞ sè v’ tèt nhÊt lµ 0,1-0,2 m/s. Tr−êng hîp khi kiÓm ®Þnh ch−a phï hîp th× ®iÒu chØnh träng l−îng vµ kÝch th−íc phao . NÕu gäi L lµ qu·ng ®−êng phao tr«i khi ®o, TTv lµ l−u tèc b×nh qu©n thuû trùc, h lµ ®é s©u, khi ®ã : v h t thay t L vTT ′== vµo ta cã : 56 L h v v h L vTT ′= ′ = gäi h v′ =C lµ hÖ sè hiÖu chØnh cña phao ch×m Trong thùc tÕ khi ®o ®¹c, l−u tèc ®−îc tÝnh LCvTT = Cã thÓ x©y dùng quan hÖ C ~ h (víi mçi cÊp h = 0,1-0,2 m). C«ng t¸c kiÓm ®Þnh cÇn ®−îc lµm th−êng xuyªn v× tÝnh chÊt cña phao cã sù thay ®æi qua sö dông . III. M¸y ®o h−íng ch¶y M¸y ®o h−íng ch¶y cßn gäi lµ m¸y h¶i l−u, nh− s¬ ®å h×nh (4-9). Sau ®©y giíi thiÖu mét sè bé phËn chÝnh : 1. Bé phËn ghi vßng quay cña c¸nh qu¹t Bé phËn nµy bao gåm mét sè b¸nh r¨ng. B¸nh r¨ng s¬ cÊp liªn hÖ víi trôc cña c¸nh qu¹t vµ mét sè b¸nh r¨ng thø cÊp liªn hÖ víi nhau. Trªn bé phËn ghi vßng quay cã c¸c ®Üa sè ghi 0-100, 100-1.000, 1.000-10.000 (vßng). 2. Hép la bµn Hép la bµn lµ bé phËn chñ yÕu x¸c ®Þnh h−íng dßng ch¶y. Th©n hép la bµn ®−îc g¾n víi th©n m¸y. Nhê ®u«i m¸y mµ trôc c¸nh qu¹t lu«n lu«n h−íng theo chiÒu dßng ch¶y, cßn kim la bµn lµ bé phËn di ®éng lu«n chØ h−íng B¾c-Nam. Trªn kim la bµn cã r·nh (ë nöa kim chØ ph−¬ng B¾c) ®Ó cho bi r¬i khi ®o ®¹c. MÆt hép la bµn ®−îc chia lµm 36 kho¶ng cã sè thø tù tõ 0- 35, mçi kho¶ng øng víi mét gãc b»ng 10o. R·nh cã thø tù 0 ®Æt ë ®u«i m¸y (xem h×nh 4-10) M¸y h¶i l−u võa x¸c ®Þnh l−u tèc th«ng qua quan hÖ v~n nh− 1 2 3 4 5 6 H×nh 4-9. S¬ ®å m¸y h¶i l−u 1. Th©n m¸y; 2.Vßng b¶o vÖ c¸nh qu¹t vµ c¸nh qu¹t; 3.Bé phËn tù ghi vßng quay cña c¸nh qu¹t; 4. Hép la bµn; 5. §u«i m¸y; 6.T¶i träng ®iÒu khiÓn m¸y lóc ®o a cñ l Ö 110 o = α ch gãc ¶ y h c í n g −h 5 1 3 2 5 4 H×nh 4-10. S¬ ®å hép la bµn cña m¸y h¶i l−u 1. Vµnh ®é la bµn; 2. Kim la bµn; 3. bi (r¬i khi ®o); 4. C¸nh qu¹t m¸y; 5. §u«i m¸y 57 m¸y l−u tèc, võa cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc h−íng ch¶y nhê bé phËn la bµn. Do cÊu t¹o mµ khi c¸nh qu¹t quay ®−îc 33 - 34 vßng th× cã 1 viªn bi r¬i vµo r·nh nµo ®ã trªn mÆt la bµn. Gãc bi r¬i lµ gãc hîp bëi gi÷a ph−¬ng b¾c vµ ph−¬ng cña trôc m¸y. §ã lµ gãc lÖch cña h−íng ch¶y hay cßn gäi lµ gãc ph−¬ng vÞ cña h−íng ch¶y. Ngoµi c¸c lo¹i m¸y ®o l−u tèc, ®o h−íng ch¶y th«ng dông ®· giíi thiÖu cßn cã c¸c thiÕt bÞ kh¸c ®Ó x¸c ®Þnh l−u l−îng hoÆc gi¸n tiÕp nh− tµu di ®éng hoÆc ®o trùc tiÕp l−u l−îng b»ng m¸y ADCP. M¸y ®o l−u l−îng ADCP sö dông khoa häc c«ng nghÖ hiÖn ®¹i nªn viÖc ®o ®¹c nhanh chãng, thu thËp ®−îc nhiÒu yÕu tè cña dßng ch¶y nh−ng gi¸ m¸y cao nªn ch−a cã ®iÒu kiÖn ®Ó trang bÞ cho c¸c tr¹m thuû v¨n ë n−íc ta . IV. C«ng tr×nh vµ thiÕt bÞ phôc vô ®o ®¹c 1. C«ng tr×nh ®Þnh vÞ vµ cè ®Þnh thuyÒn ®o VÊn ®Ò x¸c ®Þnh ®óng vÞ trÝ ®o ®¹c trªn tuyÕn ®o lµ mét trong nh÷ng yªu cÇu cÇn thiÕt ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸c cña tµi liÖu. ViÖc ®Þnh vÞ thuyÒn ®o trªn mÆt c¾t cã thÓ dïng c¸c ph−¬ng tiÖn ®· nªu ë ch−¬ng III. Trong ®ã dïng c¸p ®Þnh vÞ vµ hÖ thèng tiªu lµ phæ biÕn h¬n c¶. Khi ®o ®¹c t¹i mçi thuû trùc, thuyÒn ®o cÇn ®−îc cè ®Þnh trong thêi gian ®o. ThuyÒn ®o ®−îc cè ®Þnh b»ng c¸p treo thuyÒn cho ta ®é chÝnh x¸c cao nhÊt. Nh÷ng tr¹m ch−a cã c«ng tr×nh c¸p treo thuyÒn th× cã thÓ cè ®Þnh thuyÒn b»ng søc ®Èy cña ®éng c¬ tµu (ca n«) hoÆc dïng neo. T¹i tr¹m ®o cã l−u tèc kh«ng lín, ®é s©u nhá (vïng s«ng ¶nh h−ëng triÒu) cã thÓ cè ®Þnh thuyÒn b»ng sµo c¾m xuèng ®¸y s«ng. 2. ThiÕt bÞ di chuyÓn vµ cè ®Þnh m¸y ®o §Ó ®−a c¸c m¸y mãc (m¸y ®o l−u tèc, m¸y h¶i l−u, m¸y lÊy mÉu bïn c¸t...) tíi c¸c ®iÓm ®o vµ cè ®Þnh chóng, ta dïng têi, c¸p vµ c¸ s¾t. §èi víi tuyÕn ®o cã ®é réng nhá vµ n«ng (suèi, kªnh) ta cã thÓ léi ®o trùc tiÕp víi thiÕt bÞ treo m¸y lµ gËy. Khi tuyÕn ®o ë gÇn c¸c c«ng tr×nh qua s«ng nh− cÇu, cÇu m¸ng... th× cã thÓ lîi dông chóng lµm c«ng tr×nh ®o ®¹c. § 4-2 §o l−u l−îng t¹i vïng s«ng kh«ng ¶nh h−ëng triÒu I. §o l−u tèc 1. Thuû trùc ®o l−u tèc Sè l−îng thuû trùc ®o l−u tèc trªn mÆt c¾t ngang phô thuéc vµo ®é réng s«ng, sù ph©n bè l−u tèc trªn mÆt c¾t ngang, yªu cÇu cña sè liÖu, tr¹m míi x©y dùng hay ®· qua ho¹t ®éng mét thêi gian mµ bè trÝ. §èi víi tr¹m míi x©y dùng cÇn bè trÝ sè ®−êng thuû trùc nhiÒu h¬n. Sè ®−êng thuû trùc nµy gäi lµ ®−êng thuû trùc ®Çy ®ñ (b¶ng 4-6) 58 B¶ng 4-6. Sè ®−êng thuû trùc ®o l−u tèc ®Çy ®ñ. §é réng B(m) 1000 Sè ®−êng thuû trùc 6-10 10-15 15-20 20-25 25-30 Nh÷ng tr¹m ®· ho¹t ®éng mét thêi gian vµ tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu, cã thÓ gi¶m bít sè ®−êng thuû trùc. Sè ®−êng thuû trùc cßn l¹i gäi lµ ®−êng thuû trùc c¬ b¶n. VÞ trÝ cña thuû trùc c¬ b¶n cÇn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau: ë chñ l−u bè trÝ thuû trùc dµy h¬n b·i vµ hai bê; NÕu bê s«ng dèc ®øng th× c¸ch bê 30-50 cm cÇn cã mét ®−êng thuû trùc; Chç ®Þa h×nh thay ®æi ®ét biÕn, chç ranh giíi n−íc tï vµ n−íc ch¶y cÇn bè trÝ ®−êng thuû trùc. Trong thùc tÕ ta cè g¾ng bè trÝ c¸c ®−êng thuû trùc c¸ch ®Òu nhau ®Ó tiÖn cho viÖc ®o ®¹c vµ tÝnh to¸n. Khi xÐt thÊy kh«ng cÇn thiÕt thay ®æi th× vÞ trÝ ®−êng thuû trùc c¬ b¶n cÇn ®−îc bè trÝ cè ®Þnh trong suèt qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña tr¹m (trõ thuû trùc s¸t bê vµ thuû trùc ë ranh giíi n−íc tï di ®éng hoÆc ®Þa h×nh ®¸y s«ng cã thay ®æi lín). Sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n nh− b¶ng (4-7) d−íi ®©y: B¶ng 4-7. Sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n ®o l−u tèc. §é réng mÆt n−íc (m) 1000 Sè ®−êng TT ®o l−u tèc 3 - 5 5 - 7 7 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 15 Trong mét sè tr−êng hîp sau ®©y cÇn thay ®æi vÞ trÝ ®−êng thuû trùc c¬ b¶n : lßng s«ng thay ®æi khi mùc n−íc thay ®æi lµm cho kho¶ng c¸ch cña thuû trùc s¸t bê v−ît qu¸ giíi h¹n quy ®Þnh. Khi ®o l−u tèc trªn toµn mÆt c¾t ngang, kh«ng ®−îc ®o víi sè ®−êng thuû trùc Ýt h¬n sè ®−êng thuû trùc c¬ b¶n. Nh−ng trong mét sè tr−êng hîp ®Æc biÖt kh«ng ®o ®¹c ®−îc trªn c¸c ®−êng thuû trùc c¬ b¶n th× cã thÓ ®o trªn 1 - 2 ®−êng thuû trùc c¬ b¶n. Sè ®−êng thuû trùc ®ã gäi lµ ®−êng thuû trùc ®¹i biÓu. ViÖc chän vÞ trÝ ®−êng thuû trùc ®¹i biÓu vµ x©y dùng quan hÖ gi÷a V®b ~ Vmc ®−îc tr×nh bµy ë § 4-4. 2. Sè ®iÓm ®o trªn thuû trùc. Sè ®iÓm ®o trªn thuû trùc phô thuéc vµo ®é s©u, vµo sù ph©n bè l−u tèc theo chiÒu s©u, vµo yªu cÇu cña tµi liÖu... Sau ®©y chØ nªu nh÷ng nÐt chung vÒ sè ®iÓm ®o ®Ó lµm c¬ së vËn dông vµo thùc tÕ. - Khi ®é s©u h < 1m th× cã thÓ ®o mét ®iÓm t¹i ®é s©u t−¬ng ®èi lµ 0,2h hoÆc 0,6h. NÕu ph©n bè l−u tèc phøc t¹p th× ®o 2 ®iÓm hoÆc 3 ®iÓm. 59 - Khi ®é s©u h