Разработка способа и приборного обеспечения измерения расхода воды по методу "уклон-площадь" в открытых каналах оросительных систем

• Автор: Ивахненко, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 06.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И АНАЛИЗ СИСТЕМ И СРЕДСТВ ВОДОУЧЕТА, ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
1.1 Характеристика и особенности оросительных систем как объектов применения средств водоучета и водоизмерения
1.2 Анализ современного состояния водоучета и водоизмерения на мелиоративных системах
1.3 Обзор и анализ существующих методов и средств измерения расхода воды в открытых каналах оросительных систем

1.3.1 Прямые методы измерения расходов и объемов воды для открытых русел

1.3.2 Косвенные измерения расходов и объемов воды для открытых водотоков и каналов

1.3.3 Обзор современных средств измерения уровня воды

1.4 Технические требования, предъявляемые к средствам измерения расхода воды с учетом новых условий водопользования

1.5 Конструктивные типы гидрометрических сооружений и особенности их эксплуатации

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ ПО МЕТОДУ «УКЛОН-ПЛОЩАДЬ»
2.1 Теоретическое обоснование метода измерения расхода воды «уклон-площадь» в призматических каналах
2.2 Влияние погрешности определения гидравлического уклона и геометрических измерений канала на определение расхода воды по методу «уклон-площадь»

2.3 Описание конструкции и обоснование технико-технологических параметров приборного обеспечения измерения расходов воды в открытых каналах по методу «уклон-площадь»
3 ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СРЕДСТВ ПРИБОРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАСХОДОМЕРА ДЛЯ ОТКРЫТЫХ КАНАЛОВ
3.1 Программа и методика исследований, описание лабораторной установки
3.2 Исследование гидравлических сопротивлений и методики их определения применительно к методу «уклон-площадь»
3.3 Исследование влияния подпорно-переменного режима течения жидкости на точность измерения расхода воды по предлагаемому способу
3.4 Исследование динамических характеристик устройства измерения перепада уровней как компонента расходомера
4 ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАСХОДОМЕРА ДЛЯ ОТКРЫТЫХ КАНАЛОВ ОРОСИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
4.1 Функциональная схема работы расходомера
4.2 Структурная схема программного обеспечения расходомера
4.3 Конструктивное исполнение расходомера для открытых каналов
и лотков оросительных систем
4.4 Исследования на гидромелиоративных объектах поплавкового уклономера-расходомера-счетчика
4.5 Технологический регламент измерения расхода воды по методу «уклон-площадь» в открытых каналах оросительных систем
5 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. Для контроля за расходом воды в открытых каналах оросительной сети применяются мобильные и стационарные водомерные гидрометрические посты (пункты учёта воды).
Как показал анализ информации, полученной из региональных управлений мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения, в последние годы наблюдается значительное снижение количества и уровня технического состояния пунктов водоучета (ПВ). За период с 1995 по 2005 годы количество пунктов водоучета снизилось в 8,5 раз, с 13086 до 1544 единиц, из них 70 % гидропостов оснащены только гидрометрическими рейками, 4 % имеют измерительные приборы устаревшего типа, остальные вообще не оборудованы средствами измерения. Энергоснабжением обеспечены лишь 17% пунктов водоучета, около 90 % ПВ не имеют автоматизации измерений и элементарной связи с диспетчерским пунктом.
Введение платного водопользования потребует от водохозяйственных организаций оснащения ПВ средствами водоучета, обеспечивающих современный уровень коммерческого водоучета.
В настоящее время в открытых каналах гидромелиоративных систем широко применяется метод измерения расхода воды «скорость-площадь», основанный на вычислении средней скорости водного потока, проходящего через створ гидротехнического сооружения. Вычисление средней скорости потока производится путём последовательного во времени снятия некоторого количества точек значений скорости по створу гидрометрического сооружения и их осреднения. Несовершенство данного метода заключается в следующем:
- применимость только при свободном истечении жидкости и установившемся режиме течения, т.к. при наличии подпорно-переменного режима течения жидкости теряется однозначность зависимости расход-напор;
- за время замера скоростей потока в различных его точках постоянст-

свободном истечении жидкости и установившемся режиме течения. Измерение же обоих параметров (уровня и перепада уровней) необходимо при наличии подпорно-переменного режима течения, что усложняет процесс контроля и требует его автоматизации. Наиболее перспективными здесь могут быть электронные установки и новые, более точные и нетрадиционные способы водоизмерения, с привлечением алгоритмов и формул, полученных из самих уравнений движения потока [47,48, 49, 158, 159].
Метод «уклон-площадь» до настоящего времени применялся в основном для решения ряда задач, связанных с гидрологическими наблюдениями и расчетами на реках [111]. Особенно важными являются данные об уклонах водной поверхности для постов, учитывающих сток воды и расположенных на участках рек с переменным подпором. Переменный подпор может возникать при наличии подпора от водоприемника (основная река, озеро, водохранилище), при неустановившемся движении воды (половодье, паводки, попуски), зажорах и заторах, зарастании русла и пр. При наличии переменного подпора связь между уровнями и расходами воды в реке становится неоднозначной, в этом случае расход зависит не только от уровня, но и от уклона водной поверхности [45, 65, 66, 67, 68, 77].
Для точного определения падения и уклона водной поверхности большое значение имеет расстояние между уклонными постами, которое назначается исходя из минимального падения на изучаемом участке и требуемой точности его определения [86, 87, 89].
Для использования результатов наблюдений за уклоном водной поверхности при вычислении стока воды и экстраполяции кривых расходов значения уклонов должны определяться с погрешностью не более 10-15 %. Такая точность может быть достигнута при условии, что измеряемое падение на равнинной реке будет не менее 10-20 см, а на горной -25-50 см.