hidrološka...
TRANSCRIPT
1
HidroloHidrološška merenjaka merenja
Merenje nivoa vode / vodostaja
Merenje protoka – hidrometrijadirektno merenje?metoda brzina-površina: merenje polja brzina i integracija po poprečnom presekumetoda razblaživanja traseramerni objekti (prelivi, suženja...)
Merenje Merenje nivoa vode i vodostajanivoa vode i vodostaja
Vodostaj = razlika između nivoa vode i referentne kote (“kote nule”):
H = Z – Z0
nivo vode Z
vodostaj Hkota nule oZ
2
Merenje vodostajaMerenje vodostaja
Može biti pozitivan ili negativan
Izražava se u cm!
nivo vode Z
vodostaj Hkota nule oZ
H > 0
H < 0
Zo
Merenje vodostajaMerenje vodostaja
Instrumenti:vodomerna letva
3
Merenje vodostajaMerenje vodostaja
Instrumenti:limnigraf
Merenje vodostajaMerenje vodostaja
Gasna tehnikadetektuje se hidrostatički pritisak na otvoru creva, a to daje vodostaj gas (najčešće azot) se dovodi iz boceotvor fiksiran u rečnom toku
dovod gasau crevo
zaštitna cev ankeri za nestabilno tlo
otvor creva
4
Merenje protoka (hidrometrija)Merenje protoka (hidrometrija)
Merenje brzina instrument: hidrometrijsko krilo, elektromagnetne i ultrazvučne sonde
Merenje protoka (hidrometrija)Merenje protoka (hidrometrija)
Merenje brzina instrument: hidrometrijsko krilo, elektromagnetne i ultrazvučne sonde
5
HidrometrijaHidrometrija
Načini merenja:ručno, sa mosta, iz žičare, iz čamca
HidrometrijaHidrometrija
Hidrometrijsko krilo, gaženje reke
reka Studenica, septembar 2006
6
Hidrometrija Hidrometrija
Stanica sa žičarom
Hidrometrija Hidrometrija
Stanica sa žičaromMiločajski Most, Z. Morava
7
HidrometrijaHidrometrija
Kalibracija hidrometrijskog krila
Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššinaina
Uže razapeto poprečno na vodotok upravno na smer tečenja
Izbor mesta za merenje po širini toka (vertikala)najmanje 10 segmenata, tako da kroz svaki segment ne protiče više od 10% očekivanog protoka
Izbor tačaka za merenje po dubini na svakoj vertikaliza dubine > 1 m, najčešće 5 tačaka: površina, 0.2h, 0.6h, 0.8h i dno
8
Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššina:ina:ProraProraččun protoka na osnovu izmerenih brzinaun protoka na osnovu izmerenih brzina
Protok kroz poprečni presek – integrisanje polja brzina:
gde je:A – površina poprečnog presekax – rastojanje od leve obaleB – širina vodenog ogledalay – dubina merena od površineh(x) – dubina do dna na rastojanju x
∫ ∫∫= =
==B
x
xh
yAdydxyxvdAvQ
0
)(
0),(
Korak 1: integrisanje brzina na vertikali
Elementarni protok ili protok po jedinici širine toka q(x)Srednja brzina na vertikali:
Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššina:ina:ProraProraččun protoka na osnovu izmerenih brzinaun protoka na osnovu izmerenih brzina
dyyxvxqxh
y∫=
=)(
0),()(
)()()(
xhxqxvv =
q(x)
vv(x)
y
v
h(x)
9
Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššina:ina:ProraProraččun protoka na osnovu izmerenih brzinaun protoka na osnovu izmerenih brzina
Korak 2: integrisanje elementarnog protoka po širini toka
Srednja brzina u profilu:
dxxqQB
x∫=
=0
)(
AQvsr =
v
y
x
h x( )
q q x( )
B
q x( )vertikala
Metoda brzinaMetoda brzina--povrpovrššinainaSkraSkraććeni postupakeni postupak
0.6 dubine
Brzina (m/s)
Profil brzina
Prosečna brzina
Proc
enat
uku
pne
dubi
ne
10
HidrometrijaHidrometrija
Savremeni pristup: akustičke metodeADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)
HidrometrijaHidrometrija
Merenje protoka metodom razblaživanja traseraupuštanje rastvora poznate koncentracije (trasera) u tok
kontinualnotrenutno
pretpostavka o potpunom mešanju trasera po širini toka nizvodno se uzima uzorak sa razblaženim traseromprotok se računa upoređivanjem koncentracije upuštenog traserai nizvodne koncentracije
traseri: so, boje, fluorescentne boje, radioaktivni traseri
11
HidrometrijaHidrometrija
Merenje protoka metodom razblaživanja traseratrenutno upuštanje soli
HidrometrijaHidrometrija
Merenje protoka metodom razblaživanja traseratrenutno upuštanje soli
∫ −=
dtCC
mQ
b
traser
)(
12
Merenja protoka na velikim rekamaMerenja protoka na velikim rekamaMetoda plovila
brzo merenje protokametoda brzina-površina, 30-40 merenja u jednom prolazutokom prelaska reke ehosonderom se snima poprečni profil, a ultrazvučni merač brzina/krilo meri kombinovanu brzinu vode i plovila; pomoću vertikalne ploče koja se pomera u ravcu tečenja vode registruje se i ugao između ploče i pravca kretanja broda. Na osnovu ovih podataka može se sračunati protok u poprečnom profilu
indikator ugla
ehosonder
vertikalna ploča
krilo
Merenje protoka pomoMerenje protoka pomoćću u mernih objekatamernih objekata
Prelivimeri se visina prelivnog mlaza hprotok se računa iz jednačine prelivanja, npr.
Q = CQ (2g)1/2 h5/2
13
Merenje protoka pomoMerenje protoka pomoćću u mernih objekatamernih objekata
Tompsonov (trougaoni) preliv
Merenje protoka pomoMerenje protoka pomoćću u mernih objekatamernih objekata
Široki pravougaoni preliv
14
Merenje protoka pomoMerenje protoka pomoćću u mernih objekatamernih objekata
Suženje za nepotopljeno tečenje meri se samo uzvodna dubina, koja je jednoznačno vezana sa protokom
Zavisnost vodostaja i protoka: Zavisnost vodostaja i protoka: kriva protokakriva protoka
Hidrometrijska merenja se obavljaju pri različitim vodostajima da bi se ustanovila zavisnost vodostaja i protoka
Parovi vrednosti H i Q se nanose na grafik
Definisanje zavisnosti:ručno crtanje krive, ilimatematička formulacija krive (regresiona analiza)jednačine prelivanja, isticanja... (za merne objekte)
kriva protoka
H
Q
15
Zavisnost vodostaja i protoka: Zavisnost vodostaja i protoka: kriva protokakriva protoka
050
60
70
80
90
100
110
120
130
140
1500
0.2
2
0.4
4
0.6
6
0.8
8
1.0
10
1.2
12
1.4
14
Q (m3/s)
Q (m3/s)H (cm)
1975
Legenda:
1976197719781979
Zavisnost vodostaja i protoka: Zavisnost vodostaja i protoka: kriva protokakriva protoka
Matematička formulacija krive (regresiona analiza), u obliku:
bHHaQ )( 0−=
44344214434421321XXY
HHbcHHbaQ )log()log(loglog 00 −+=−+=
16
Zavisnost vodostaja i protoka: Zavisnost vodostaja i protoka: kriva protokakriva protoka
Problemi:nestabilno korito (erozija, zasipanje)neustaljeno tečenje – pojava petlje (histerezis)
protok
vodo
staj
porast nivoa(nailazak talasa)
opadanje nivoa(povlačenje talasa)
Primena krive protokaPrimena krive protoka
H
Q
nivogram
kriva protoka
t
t
H
Q
hidrogram
17
Zavisnost vodostaja i protoka: Zavisnost vodostaja i protoka: kriva protokakriva protoka
Interpolacija i ekstrapolacija krive protoka
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200 250 300 350
Q (m3/s)
H (c
m)
interpolacija
ekstrapolacija
Kriva protokaKriva protoka
Logaritamska ekstrapolacija krive protokanagib linije zavisi od hidrauličkih uslova (npr. za Tompsonov preliv nagib je 5/2)
10
100
1000
1 10 100 1000Q
H -
H0
efektivna dubinahe = H – H0
H0 = H(Q = 0)
18
Kriva protokaKriva protoka
Logaritamska ekstrapolacija krive protokauticaj oblika korita na kriv protoka
Kriva protokaKriva protoka
Ekstrapolacija krive srednjih profilskih brzinaekstrapolacija pomoću brzina i površina (Q = v . A)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
protok Q
vodo
staj
H
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 1 2 3 4 5
brzina v
0
50
00
50
00
50
00
50
00
50
0 20 40 60 80 100
površina profila A
v = Q / Av = Q / A
Q = v . AQ = v . A
19
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 100 200 300 400
protok Q
vodo
staj
H
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 50 100 150 200
geometrijska karakteristika Ah 2/3
vodo
staj
H
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 0.5 1 1.5 2
J 1/2 / n = Q / Ah 2/3
vodo
staj
H
Kriva protokaKriva protoka
Ekstrapolacija pomoću Maningove jednačine3/23/21
srAhnIIAR
nQ ≈= hsr = A/B
( )3/2srAh
nIQ ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
3/2srAh
QnI=
Obrada podataka o vodostajima Obrada podataka o vodostajima i protocimai protocima
Unutargodišnji režim vodostaja/protokadnevne vrednostisrednji mesečni vodostaji/protoci
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec
H (c
m)
20
Obrada podataka o vodostajima Obrada podataka o vodostajima i protocimai protocima
Unutargodišnji režim vodostaja/protokaekstremni mesečni vodostaji/protoci
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
jan feb mar apr maj jun jul avg sep okt nov dec
Q (m
3 /s)
sredmaxmin
Obrada podataka o vodostajima Obrada podataka o vodostajima i protocimai protocima
Kontrola protoka
0
10
20
30
40
50
60
jan
feb
mar ap
r
maj jun jul
avg
sep
okt
nov
dec
nedelja u godini
Q (m
3 /s)
DevićiMlančaUšće
reka Studenica, 2005.
21
Kriva trajanja/zastupljenostiKriva trajanja/zastupljenosti
Trajanje/zastupljenostbroj dana sa H ili Q većim ili jednakim od posmatrane vrednosti
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0 50 100 150 200 250 300 350 400
H il
i Q
dani
broj dana sa H ≥ 100: 25 dana
broj dana sa H ≥ 50: 135 dana
Kriva trajanja/zastupljenostiKriva trajanja/zastupljenosti
Metod 1: podela na klase
Metod 2: sortiranje u opadajući niz
Primer
22
Kriva trajanja/zastupljenostiKriva trajanja/zastupljenosti
Kriva učestalosti i kriva trajanja
10
30
50
70
90
110
130
150
170
190
0 50 100 150 200 250 300 350 400dani
H (c
m)
Hmax = 171
Hmin = 15
sortiranje
po klasama
Kriva trajanja/zastupljenostiKriva trajanja/zastupljenosti
Kriva zastupljenosti
10
30
50
70
90
110
130
150
170
190
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%zastupljenost
H (c
m)
23
Sumarna linija zapremineSumarna linija zapremine
Kumulativna zapremina vode protekle kroz profil do posmatranog trenutka
dobija se iz hidrograma
tQQ
dtQV iit
ti
i
i
Δ+
≈=Δ −∫−
21
1 0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 6 12 18 24 30 36 42
t (h)
Q (m
3 /s)
ΔV1
ΔV2 ΔV3 ΔV4 ΔV5 ΔV6
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 6 12 18 24 30 36 42
t (h)
V (1
06 m3 )
V1 = ΔV1
V2 = V1 + ΔV2
V3 = V2 + ΔV3
V6 = V5 + ΔV6
ii
t
i VVdtQVi
Δ+== −∫ 10
hidrogram
sumarna linija zapremine
Sumarna linija zapremineSumarna linija zapremine
Primer proračuna na osnovu srednjih mesečnih protoka
mesec Qsr,mes (m3/s) Tmes (dani) Vmes (miliona m3) Σ Vmes (miliona m3)1 6.96 31 18.64 18.64
2 7.47 28 18.07 36.71
3 29.54 31 79.11 115.82
4 21.26 30 55.10 170.92
5 10.07 31 26.97 197.89
6 8.35 30 21.63 219.52
7 3.24 31 8.68 228.20
8 1.70 31 4.55 232.75
9 2.17 30 5.62 238.36
10 2.14 31 5.73 244.10
11 4.16 30 10.77 254.87
12 6.22 31 16.67 271.54
Vgod
24
Sumarna linija zapremineSumarna linija zapremine
Kumulativna zapremina vode protekle kroz profil do posmatranog trenutka
0
50
100
150
200
250
300
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12meseci
V (m
ilion
a m
3 )
V3
Vgod
nagib odslikava
protok