Hydrometrické vrtule a měření s nimi

Transkript

1 Ing. Danel Mattas, CSc. Hydrometrcké vrtle a měření s nm (ČSN EN ISO 748 aj.) Danel Mattas 013 ČKSVV 013

2 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Obsah Hydrometrcká měřdla a jejch údržba ČSN ISO 537, zejména čl. 8 údržba údržba vrtle typ Ott C- údržba vrtle typ Ott C-31 údržba jných typů měřdel Měření s hydrometrcko vrtlí (ČSN EN ISO 748) prncp metody měření volba a vymezení místa měření zaměření příčného profl měření rychlost výpočet průtok nejstoty měření průtok Bezpečnost práce

3 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Hydrometrcká měřdla Hydrometrcké vrtle propelerového typ malé vrtle (typ Ott C- apod.) velké vrtle (typ Ott C-31 apod.) jné typy se svslo oso Elektromagnetcká (ndkční) měřdla Akstcká měřdla 3

4 Hydrometrcké vrtle a měření s nm ČSN ISO 537 a 3455 ČSN ISO 537 Měření průtok kapaln v otevřených korytech Vodoměrné vrtle s rotačním prvkem ČSN ISO 3455 Měření průtoků kapaln v otevřených korytech Kalbrace vodoměrných vrtlí s rotačním prvkem v přímých otevřených nádržích ISO 3455:007 Hydrometry. Calbraton of crrent-meters n straght open tanks (tato poslední verze ještě nezahrnta do ČSN) 4

5 Hydrometrcké vrtle a měření s nm ČSN ISO 537 (a 3455) obecné požadavky na hydrometrcko vrtl (čl. 4-6) čl. 7 - Kalbrace: V prax se vrtlí kalbrovaných ndvdálně provádí překalbrování v pravdelných ntervalech nebo po 300 hodnách provoz podle toho, které z obo období je kratší (čl. 7.6) V případě ndvdálního kalbrování je žádocí, aby kalbrace byla prováděna př stejném způsob zavěšení a se stejným typem závaží, jako se předpokládá př měření (čl. 7.7) ČSN ISO 3455 ještě v čl. 5.1: Instrkce pro kalbrování msí zahrnovat: b) detalní pops pevnění vrtle; např. profly a rozměry nosných tyčí,, typ a hmotnost přídavného závaží, poloha vrtle vzhledem k pevňovacím zařízení, atd. 5

6 Hydrometrcké vrtle a měření s nm ČSN ISO 537 čl. 8 - Údržba: Zběžná prohlídka (čl ) před po měření poškození ložsek, propeler, deformace osy, fnkce kontaktů Kontrola sgnál (čl ) pomal se otáčí rotorem a počet otáček se porovná s počtem obdržených mplsů Zkoška otáčení (čl. 8..1) rko se roztočí rotor, sledje se doběh rotor zastavení náhlé (chybně) nebo plynlé (dobře). Mnmální doba otáčení dodržet! Čštění a mazání (čl. 8.3) po každém měření průtok, př rozsáhlých měřeních častěj 6

7 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Všechny vrtle doporčená procedra Údržba: vždy po končení měření (konec pracovního dne) vrtl omýt v čsté vodě a osšt provést zběžno prohlídk (vz předchozí slde) zkontrolovat průchod osy do těla vrtle, resp. styk pohyblvé a pevné část na přítomnost vlákntých nečstot a případně je odstrant zkontrolovat stav kontaktů, v případě ntnost očstt olej nemá zůstat ve vrtl déle než ca 1 týden (vz návod k C-) vrtle se skladje vyčštěná a bez oleje př čštění a výměně oleje provést zkošk otáčení (vz předchozí slde) občas provést kontrol sgnál (vz předchozí slde) provést kontrol časové základny počtadla požívat poze olej doporčený/dodávaný výrobcem 7

8 příprava pro měření Hydrometrcké vrtle a měření s nm Vrtle Ott C- Údržba: klíčem 1 vyšrobovat matc 14, vyjmot sestav osy vylít olej z dtny těla, vypláchnot technckým benzínem sestav osy vložt do (plastové) lahvčky částečně naplněné benzínem, důkladně protřepat, vyjmot, nechat oschnot znov sestavt před měřením do dtny těla nalít olej (do ca ½ výšky), př vsntí osy a zašrobování matce by měl poněkd přetéc olej nemá zůstat v těle vrtle déle než ca 1 týden (vz návod) schéma vrtle Schém a 8

9 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Vrtle Ott C-31 Údržba: povolt šrob 9 na těle vrtle, tahem za propeler vyjmot sestav propeler a jeho osy s propeler odšrobovat rýhovano matc vytáhnot sestav osy vylít olej z dtny propeler a dtn vypláchnot tech. benzínem sejmot rkáv osy 3, omýt benzínem rozebrat sestav osy (odšrobováním matce 11) schéma vrtle jednotlvé díly sestavy osy omýt benzínem, ložska důkladně protřepat v lahvčce s benzínem, vše nechat oschnot celé složt zpět před měřením do dtny propeler nalít přměřené množství oleje (msí nepatrně přetéc) 9

10 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Jné typy měřdel typ hydrometrcké vrtle (např. FP101 aj.) Údržba: dle návod/ pokynů výrobce v případě měřdel s vlastní vyhodnocovací jednotko nenechávat v loženém přístroj batere (nebezpečí jejch vytečení) elektromagnetcká měřdla (např. Ott Natls 000, FloMate aj.) Údržba: dle návod/ pokynů výrobce elektrody pravdelně odmašťovat (perchlor, tech. benzín, líh) a nedotýkat se jch nenechávat v loženém přístroj batere (nebezpečí jejch vytečení) pravdelná kalbrace (podle ISO 3455:007 každý rok když se nepožívá) 10

11 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Měření průtoků (rychlost plocha) Založeno na vztah Q S ds Protože rozdělení rychlost po ploše průtočného profl zpravdla neznáme, měří se v řadě bodů po ploše S a horní vztah se řeší nmercky. Algortmy řešení vycházejí ze dvo základních přístpů: podle Clmana řeší se zotachy a z nch průtok (téměř se nepožívá) podle Harlachera hořejší vztah se pravje na Q S ds f ( x, y) takže se měří v řadě bodů rozmístěných v několka svslcích v každé svslc se ze změřených bodových rychlostí rčí (střední) svslcová rychlost v s, z ní specfcký průtok q. y h B B B dydx vsh dx x S - průtokové těleso q dx 11

12 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 5 Volba a vymezení místa měření koryto co možná prsmatcké; přímá délka koryta prot prod alespoň dvojnásobkem délky po prod směry prodění ve všech bodech vzájemně rovnoběžné a kolmé k profl dno a břehy stablní a dobře rčené př všech vodních stavech vyločt místa s víry, vratným prody a stojato vodo profl v celé šířce přehledný a bez stromů, vodních rostln a jných překážek př měření z most s plíř každý mostní otvor měřt samostatně hlobka vody v profl př všech vodních stavech dostatečná vyločt místa s bfrkací nebo spojením prodů měrný profl kolmý ke středním směr prodění, vytyčt na obo březích jasně vdtelným a snadno dentfkovatelným značkam stav vody odečítat z vodočt v ntervalech po celo dob měření 1

13 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 6 Měření plochy příčného průřez profl msí být stanoven z dostatečného počt bodů ke stanovení tvar dna; poloha každého bod je stanovena měřením jeho vodorovné vzdálenost k pevném referenčním bod, kde je to možné přímo (pásmem nebo měřčským lankem) měření hlobky v dostatečně těsných ntervalech (ne větších než 1/0 šířky, jnak v vzrůstá nejstota), pokd možno ve svslcích kde se měří rychlost pro měření hlobky požít sondovací tyč, lano se závažím nebo echolot; v každém bodě mn. čtení, z nch průměr (pokd rozdíl >5% další měření) běžně se požívá sotyčí vrtle nebo její závaží a sočasně se měří rychlost v příslšných bodech svslce pozn. atora pokd je měření hlobek a měření rychlostí odděleno a vodní stav je nestálený, sledje se v.s. př každém měření hlobky; není-l to možné, v pravdelných ntervalech a nterpolje se nepřesnost v sondáž odklon sondovací tyče od svslce, snášení závaží (ntná oprava vz příloha C normy) zejména př větších rychlostech; jejch zaboření do dna 13

14 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 7 Měření rychlost Hydrometrcké vrtle požívat jen zkalbrované, v mezích rozsah kalbrace, pevnění jako př kalbrac, a řádně držované; vz též ISO 537 a ISO 3455 v blízkost nejmenší měřtelné rychlost vysoká nejstota zvýšená pozornost př malých rychlostech v případě vysokých rychlostí volt takový propeler, aby nebyla překročena mezní frekvence počítadla nemá se požít, pokd je průměrná hlobka menší než čtyřnásobek průměr propeler nebo těla podle toho co je větší; žádná část měřdla nemá dosahovat k hladně vody Indkční hydrometrcké přístroje požívat jen zkalbrované, v mezích rozsah kalbrace, pevnění jako př kalbrac, a řádně držované nemají být požty, pokd je hlobka menší než trojnásobek svslého rozměr čdla 14

15 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 7 Měření rychlost - pokračování Postp měření měření rychlost provádět (nejlépe) sočasně s měřením hlobek dostatečný počet měrných svslc n (vz tablka) B n n pro B>5 m v každém pás průtok <10% Q, [m] ISO 007 ISO 1997 pokd možno <5% Q <0, první a poslední svslce co možná blízko břeh 0, rozmístění svslc založt na znalost tvar profl vrtl na tyč stavět kolmo k rovně profl pokd je prodění v profl škmé, požít >5 komponentní propeler nebo početní redkc př měření vrtlí dodržet mn. dob 30 s v každém bodě, v případě perodckých plsací rychlost >10 0 dob přměřeně zvýšt 15

16 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 7 Měření rychlost - pokračování Měrné body na svslc rozmístění měrných bodů lbovolné x pravdelné (dle schémat) v obo případech: př měření dna vrtle max. 1,5D propeler nade dnem, ale nesmí být ovlvněno úplavy za kameny apod. an propeler nesmí narážet př měření pod hladno msí být celý propeler nestále ponořen; lbovolné: větší počet bodů, rozdíl mez dvěma body max. 0% větší rychlost grafcké zpracování v s v h pracné, jen ve výjmečných případech 1,0h v pravdelné více možností měření; v bodech: 0,8h 0,8 v 0,4h (jednobodová metoda) 0,6 0,6h 0,h a 0,8h (dvobodová metoda) v 0,4 0,4h 0,h, 0,4h a 0,8h (tříbodová metoda) v 0, dna, 0,h, 0,4h, 0,8h a hladny (pětbodová) 0,h v ve všech bodech (šestbodová, úplné měření) d 16

17 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 7 Měření rychlost - pokračování Určení svslcové rychlost jednobodová metoda: dvobodová metoda: tříbodová metoda: nejčastěj žívaná; pravdelné rychlostní pole - výsledky srovnatelné s: pětbodová metoda: nebo grafcky úplné měření: nebo grafcky zvláštní metody: v s v s v s v v v 0,4 v 0,5 v 0, 0,8 v0, v0,4 0,5 v s 0,1 vd v0, 3v0,4 3v0, 8 s 0,1 vd v0, v0,4 v0,6 v0, 8 hladnová jednobodová s, koefcent třeba rčt expermentálně (korelací v 0,4 nebo lépe s v s za různých vod. stavů) ntegrační metoda (vz norma) v 0,84 0, 90 0,8 v h v h v h 17

18 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok Metody grafcké ntegrace hlobka rychlost (Harlacherova metoda) metoda ntegrace rychlostního pole (Clmanova metoda) artmetcké metoda mezsvslcových pásů metoda svslcových pásů metoda nezávslé svslce (pro nestálené prodění; vz norma) metoda mezsvslcových pásů pro specfcký průtok (nenormovaná) 18

19 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok grafcké metody Harlacherova metoda založena na vztah rčí se střední svslcové rychlost (nejlépe grafcky vz obr.) grafcky se vynese (ve vhodných měřítkách) tvar koryta a křvka v s =f(b); body koryta se spojjí přímkam, body křvky rychlostí se spojí plynlo křvko od rky vypočto a vyneso se sočny v s h (ve vodném měřítk) a spojí se plynlo křvko od rky Q B B q dx o 0 vhdx (tento krok se původně prováděl grafcko konstrkcí) plocha pod křvko dává (v příslšném měřítk) průtok daným proflem pokd byly některé svslce požty jen pro stanovení hlobky, lze křvk v s h=f(b) zahstt - z křvky v=f(b) odečteme rychlost, z profl hlobk v 1,0 0,5 h 0,5 1,0 1,5 vh 1,5 1,0 0,5 h 4 6 b v s v d v v 0, 0,4 v 0,6 v v p 0,8 vh=f(b) v=f(b) 19

20 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok grafcké metody Clmanova metoda v založena na vztah Q S d průtokové těleso grafcky se vynese (ve vhodných měřítkách) tvar koryta a zkonstrjí se zotachy (postp zřejmý z obrázk) rčí se plochy S omezené hladno a jednotlvým zotacham (planmetrováním, dgtálně, ) vynese se křvka závslost velkost plochy a rychlost (vz obr.) plocha pod toto křvko odpovídá (v daném měřítk) průtok v velm pracná, praktcky se nepožívá max 0 v, v p d 0,5 v =f(b) p v =f(b) d b a 0, 0,4 v [ms-1] a b v=0,3 ms v max v=0,4 ms -1-1 S 0

21 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok artmetcké metody Metoda mezsvslcových pásů průtočný profl je měrným svslcem rozdělen na řad pásů; každý pás je ohrančen dvěma sosedním svslcem (vz obr.) dílčí průtok v každém tomto pás rčíme jako q v v 1 h 1 ( b b b b b v v v v (lchoběžníkové pravdlo) pokd jso hlobka a rychlost břeh nlové, rčíme dílčí průtok z výše vedené rovnce; pokd ne, postpjeme podle pozn. čl normy celkový průtok získáme smací všech dílčích průtoků Q h q 1 b ) h 1 1 h -1-1 h h

22 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok artmetcké metody Metoda svslcových pásů průtočný profl je měrným svslcem rozdělen na řad pásů; každý pás je ohrančen dvěma sosedním svslcem (vz obr.) dílčí průtok v každém tomto pás rčíme jako q v h b b 1 1 b 1 b -1 (obdélníkové pravdlo) část profl mez břehem a první svslcí a mez poslední svslcí a břehem se zanedbávají proto mají být krajní svslce co nejblíže břehům celkový průtok získáme smací všech dílčích průtoků Q q v 1 h 1 v -1 v v+1 h b b+1-1 h h+1

23 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok artmetcké metody Modfkovaná metoda mezsvslcových pásů průtočný profl je měrným svslcem rozdělen na řad pásů; každý pás je ohrančen dvěma sosedním svslcem (vz obr.) pro výpočet průtok v dílčím pás se bero přímo specfcké průtoky q v h ve svslcích q není obsažena v normě v h v 1 h 1 ( b 1 b ) b b b b v v v v 1 pro první (a analogcky pro poslední) svslc platí q1 v1h1 ( b1 b celkový průtok získáme smací všech dílčích průtoků 3 Q q h 1 1 h -1-1 h 0 ) h

24 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Výpočet průtok artmetcké metody Zhodnocení metod (komentář atora) Harlacherova metoda: př vhodném měřítk velm přesná, standardně se požívá pro kalbrac jných výpočetních metod, požtelná př lbovolném rozmístění měrných svslc; žádocí požít nejméně pětbodovo metod a svslcovo rychlost vyhodnott grafcky Clmannova metoda: pracná, téměř se nepožívá metoda mezsvslcových pásů: v zásadě lchoběžníkové pravdlo vhodná pro nepravdelné koryto a nerovnoměrně rozmístěné svslce metoda svslcových pásů : v zásadě obdélníkové pravdlo vhodná pro pravdelné koryto a pravdelně rozmístěné svslce, výpočet poněkd jednodšší modfkovaná metoda mezsvslcových pásů: jako metoda mezsvslcových pásů; není vedena v normě 4

25 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 8 Přřazení průtok př kolísajícím stav vody pokd změna stav během měření < 5% průměrné hlobky nebo 0,05 m (co je menší), bere se průměrná hodnota stav pokd ne, reprezentatvní průměrný vodní stav se rčí jako qh H Q kde q je (specfcký) průtok v -té svslc a H je vodní stav př měření v -té svslc, H je průměrný vodní stav (nad nlovo rovno vodočt) 5

26 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 9 Nejstoty měření průtok bohžel v sočasně platné ČSN EN ISO 748 z r. 007 založené na ISO 748:007 je tato kaptola zpracována poněkd hůř než ve staré verz ČSN EN ISO 748 z r. 001 založené na ISO 748:1997 Každé měření chyby: hrbé systematcké náhodné chyby obvykle neznáme nejstota výsledek každého měření se vyjadřje jako: nejlepší nestranný odhad ± nejstota měření nejstota měření se standardně dává jako tzv. rozšířená nejstota, která má konfdenční úroveň 95% (koefcent rozšíření k =, takže Q,95% = Q ) 6

27 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 9 Nejstoty měření průtok Nejstoty př měření průtok: Náhodné nejstoty: nejstota měření šířky (vzdálenost jednotlvých svslc) b nejstota měření hlobky jednotlvých svslc h nejstota rčení střední svslcové rychlost v, která se skládá z nejstoty způsobené měřením v omezeném počt bodů p nejstoty kalbrace vrtle c nejstoty dané omezeno dobo měření e nejstota způsobená omezeným počtem m svslc m Systematcké nejstoty: systematcká nejstota měření šířky bs systematcká nejstota měření hlobky hs systematcká nejstota vrtle cs Odhad nejstot pokd nejso stanoveny přesněj na základě měření/zkšeností z měření příloha E normy 7

28 8 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 9 Nejstoty měření průtok Náhodná nejstota: kde nejstota e (daná omezeno dobo měření) se važje jako sočet těchto nejstot v jednotlvých bodech svslce, Systematcká nejstota: Celková nejstota: Výpočet nejstoty rčení průtok: 1 1,,,, m m v h b m Q n b h v b h v,,,, 1 e c p v n, hs bs cs s Q,, s Q Q n Q n j j e 1, q

29 Hydrometrcké vrtle a měření s nm čl. 9 Nejstoty měření průtok Výpočet nejstoty rčení průtok: Pokd jso s pásy průtoků (b h v ) zhrba rovny a složky nejstot jso rovnocenné od svslce ke svslc, lze předchozí rovnc zjednodšt na tvar Q 1 1 m Q, s b h p m n c e m počet svslc, n počet bodů na svslc 9

30 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Měření průtoků Praktcké provedení (často poněkd odlšné od požadavků normy) Praktcké provedení vychází zpravdla z požadavků na přesnost měření a dostpného čas Počet a rozmístění svslc se volí podle charakter profl a prodění v něm Měrné body ve svslc dna, hladny a v dolní polovně profl, případně jnde dle potřeby V případě požtí program HYDROS nesmí být stěna koryta svslá (an když ve sktečnost je) Zpracování programem HYDROS (prof. Starý) HYDRO-11 (fa Hydrometrcs) př požtí HYDROS by se měla dopočítat nejstota, HYDRO-11 j počítá 30

31 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Měření průtoků Bezpečnost práce Hydrometrcká měření patří mez čnnost se zvýšeným rzky (včetně hygenckých měření ve stokách, za povodní, ) Nkdy nepracovat sám, mn. ve dvojčlenné skpně Řádně vyžívat ochranné prostředky a pomůcky: pracovní oděv a gmové holínky (nízké prdelačky prsačky podle hlobky vody), plovací vesta ve znečštěných vodách gmové rkavce př prác s lany pracovní rkavce v nízkých prostorách a na stavenštích helma dodržovat zásady hygeny Nejvyšší opatrnost př pohyb v korytě tok, sondovat dno před sebo Nepracovat broděním na hraně stpně, za ledochod a povodně pokd je nášeno spláví. Nepracovat za bořky, ale vyhledat úkryt. 31

32 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Měření průtoků Bezpečnost práce - pokračování Př měření z mostů pokd zařízení sahá do vozovky výstražná značka nebo sgnalzace reflexní vesty Př měření z plavdla vždy nejméně pracovníc na plavdle (plovací vesty), další na břeh řádné vybavení plavdla záchranný krh na laně, vesla měření se provádí vsedě nebo vkleče, nkdy ve stoje motorové plavdlo smí obslhovat jen oprávněná osoba, ntno dodržovat plavební předpsy měření na splavných tocích dojednat s SPS Př měření s vrtlí na laně se závažím nestát v rovně lana (nebezpečí př přetržení) pokd klka navják vyklozne, nechat vrtl dosednot na dno, nkdy se nesnažt klk zachytt atd. 3

33 Hydrometrcké vrtle a měření s nm Doporčená lteratra Herschy, R.W.: Streamflow Measrement. nd ed. E&FN Spon 1995 Kříž, V. a kol.: Hydrometre. SPN Praha 1988 Rantz, S.E. et al: Measrement and Comptaton of Streamflow Vol. 1 Measrement of Stage and Dscharge; Vol. Comptaton of Dscharge USGS Water Spply Paper 175. USGS, Washngton D.C. 198 Water Measrement Manal. A Water Resorces Techncal Pblcaton. USBR, Denver CO 001 WMO: Manal on Stream Gagng. Vol. I Feldwork; Vol. II Comptaton of Dscharge WMO No 1044, Geneva 010 Yobb, D.K., Yorke, T.H. and Mycyk, R.T.: A Gde to Safe Feld Operatons. USGS Open-Fle Report Tallahassee FL 1996 ČSN EN ISO 748 Hydrometre Měření průtok kapaln v otevřených korytech požtím vodoměrných vrtlí a plováků. ČNI 008 ČSN ISO 537 Měření průtoků kapaln v otevřených korytech Vodoměrné vrtle s rotačním prvkem. ČNI 1993 fremní lteratra fy Ott (prospekty, návody) modré písmo dostpné on-lne na nternet 33

34 Ing. Danel Mattas, CSc. Hydrometrcké vrtle a měření s nm (ČSN EN ISO 748 aj.) Výzkmný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka, v.v.. Podbabská 58/30, Praha nfo@vv.cz, Pobočka Brno Mojmírovo náměstí 16, Brno-Královo Pole nfo_brno@vv.cz, Pobočka Ostrava Macharova 5, Ostrava nfo_ostrava@vv.cz 34