Поток воды , струйный измеритель или станция измерения потока — это место, используемое гидрологами или экологами для мониторинга и тестирования наземных водоемов . Обычно проводятся гидрометрические измерения уровня поверхности воды (« уровень ») и/или объемного расхода (потока), а также могут проводиться наблюдения за биотой и качеством воды . Местоположение станций измерения часто указывается на топографических картах . Некоторые станции измерения являются высокоавтоматизированными и могут включать в себя возможность телеметрии, передаваемой на центральный объект регистрации данных .
Автоматизированное прямое измерение расхода потока в настоящее время затруднено. Математически измерение расхода потока оценивает объемный расход , который в целом является интегралом потока и, таким образом, требует множества измерений скорости поперечного сечения. Вместо прямого измерения расхода потока можно использовать одно или несколько суррогатных измерений в качестве прокси-переменных для получения значений расхода. В большинстве случаев в качестве суррогата используется измерение уровня (высоты поверхности воды). Низкоуклонные (или мелкоуклонные) потоки сильно зависят от переменных условий русла вниз по течению. Для этих потоков будет установлен второй измеритель потока, и уклон поверхности воды будет рассчитываться между датчиками. Это значение будет использоваться вместе с измерением уровня для более точного определения расхода потока. Улучшения в точности датчиков скорости также позволили использовать скорость воды в качестве надежного суррогата для расхода потока на участках со стабильной площадью поперечного сечения. Эти датчики постоянно устанавливаются в потоке и измеряют скорость в определенном месте потока.
В тех случаях, когда в качестве суррогата используется только измерение уровня, необходимо построить кривую оценки . Кривая оценки — это функциональная связь между уровнем и расходом. Она определяется путем проведения повторных дискретных измерений расхода речного потока с использованием велосиметра и некоторых средств для измерения геометрии русла для определения площади поперечного сечения русла. Технические специалисты и гидрологи, ответственные за определение кривой оценки, регулярно посещают место, совершая специальные поездки для измерения гидрологических экстремальных явлений (наводнений и засух), и выполняют измерение расхода , следуя четкому набору инструкций или стандартным рабочим процедурам (СОП).
После того, как кривая оценки установлена, ее можно использовать в сочетании с измерениями стадий для определения объемного расхода речного потока. Эта запись затем служит для оценки объема воды, проходящей через водомерный пост, и полезна для многих задач, связанных с гидрологией.
В тех случаях, когда измерение скорости дополнительно используется в качестве суррогата, проводится определение индексной скорости . Этот анализ использует датчик скорости, часто магнитный или акустический, для измерения скорости потока в определенном месте поперечного сечения потока. Опять же, дискретные измерения расхода речного потока выполняются техником или гидрологом на различных этапах. Для каждого дискретного определения расхода речного потока средняя скорость поперечного сечения определяется путем деления расхода речного потока на площадь поперечного сечения. Кривая оценки, аналогичная той, которая используется для определения уровня-расхода, строится с использованием средней скорости и индексной скорости от постоянно установленного измерителя. Строится дополнительная кривая оценки, которая связывает уровень потока с площадью поперечного сечения. Используя эти два рейтинга, автоматически собранный уровень производит оценку площади поперечного сечения, а автоматически собранная индексная скорость производит оценку средней скорости поперечного сечения . Расход речного потока вычисляется как произведение оценки площади поперечного сечения и оценки средней скорости речного потока.
Для повышения надежности использования уровня воды в качестве заменителя расхода (повышения точности таблицы оценок) применяются различные гидравлические сооружения/первичные устройства, в том числе:
Другое оборудование, обычно используемое на постоянных гидрометрических постах, включает в себя:
Указатели уровня воды:
Измерения расхода потока или канала без установленного датчика потока можно выполнить с помощью измерителя течения или акустического доплеровского профилометра течения . Один из неформальных методов, который не приемлем для каких-либо официальных или научных целей, но может быть полезен, — это метод поплавка , при котором плавающий объект, такой как кусок дерева или апельсиновая корка, наблюдается плывущим по течению. [1]
Первые регулярные измерения речного стока в Англии начались на Темзе и Ли в 1880-х годах, [2] а в Шотландии на реке Гарри в 1913 году. [3] Национальная сеть гидрометрических станций была создана в ее нынешнем виде к началу 1970-х годов и состоит примерно из 1500 станций измерения расхода, дополненных различным количеством временных пунктов мониторинга. [2] Агентство по охране окружающей среды отвечает за сбор и анализ гидрометрических данных в Англии, Министерство природных ресурсов Уэльса — в Уэльсе, в то время как ответственность за Шотландию и Северную Ирландию лежит на Шотландском агентстве по охране окружающей среды и Агентстве по рекам соответственно. [4]
В Соединенных Штатах Геологическая служба США (USGS) является основным федеральным агентством, ответственным за ведение учета природных ресурсов . В USGS Отдел водных ресурсов несет ответственность за мониторинг водных ресурсов.
Для установки водомерного поста сотрудники USGS сначала выбирают участок на ручье, где геометрия относительно стабильна и есть подходящее место для проведения дискретных прямых измерений расхода воды с использованием специализированного оборудования. Во многих случаях это будет мост или другое пересечение ручья. Затем специалисты устанавливают оборудование, которое измеряет уровень ( высоту поверхности воды) или, реже, скорость потока. Дополнительное оборудование устанавливается для записи и передачи этих показаний (через геостационарный эксплуатационный спутник окружающей среды ) в офис Центра водных наук, где хранятся записи. У USGS есть офис Центра водных наук в каждом штате США. Текущие данные о расходе воды с водомерных постов USGS можно просмотреть в виде карты по адресу: [2].
В Зимбабве национальная сеть водомерных постов находится в ведении Национального управления водных ресурсов Зимбабве. Это обширная сеть, охватывающая все основные реки и водосборы страны. Однако обзор существующих водомерных постов вызвал серьезные опасения относительно надежности данных меньшинства станций, отчасти из-за текущих проблем с финансированием. [5]
Самая большая сеть водомерных постов в Бангладеш поддерживается Бангладешским советом по развитию водных ресурсов (BWDB). В нескольких других местах Бангладешское управление внутреннего водного транспорта поддерживает несколько водомерных постов для предоставления рекомендаций в навигационных целях. [ необходима цитата ]
В Чешской Республике в некоторых местах измерения (профилях) определены три уровня, которые определяют три степени паводково-чрезвычайной активности. Степень I - ситуация тревоги, степень II - ситуация готовности, степень III - ситуация опасности.
Канадские ручьи и реки контролируются Водным обзором Канады , филиалом Министерства охраны окружающей среды и изменения климата Канады . По состоянию на 2021 год он управляет или собирает данные с более чем 2800 измерительных приборов по всей Канаде. [6] Эти данные используются правительствами провинций и территорий для прогнозирования наводнений и управления водными ресурсами.
На Шри-Ланке ручьи и реки контролируются Отделом гидрологии и управления стихийными бедствиями, филиалом Департамента ирригации. Он управляет почти 40 гидропостами по всему острову.
