Измерение расхода воды

Второй важный шаг в оценке гидропотенциала вашего участка — измерение расхода потока. Уровень воды в ручье изменяется в течение сезонов, поэтому важно измерять расход в разное время года. Если это невозможно, попытайтесь определить различные годовые расходы, обсудив поток с соседями или найдя данные о расходе в территориальном отделе агенства водных ресурсов вашего или более крупного потока. Также помните, что рыбы, птицы, растения зависят от вашего водного потока. Никогда не используйте всю воду для вашей гидросистемы.

Расход обычно выражается как объем в секунду или минуту. Общие примеры — литры в секунду (или минуту) и кубические метры в секунду (или минуту). Каждый может быть легко преобразован в другой следующим образом:

Для измерения расхода используются три популярных метода — контейнерный, поплавковый и водосливный метод. Каждый будет подробно описан ниже.

Метод заполнения емкости

Метод заполнения емкости — наиболее распространенный способ определения расхода в микрогидросистемах. Найдите место вдоль ручья, где всю воду можно собрать в ведро. Если такого места не существует, постройте временную плотину, которая заставляет всю воду течь через единственный выход. Используя ведро или большой контейнер известного объема, с помощью секундомера засеките, сколько времени требуется для заполнения контейнера. Затем разделите размер контейнера на количество секунд.

Например, если ваш контейнер — это 20-литровое ведро и оно заполняется за 8 секунд, ваш расход составляет 2,5 литра в секунду (л/с) или 150 литров в минуту (л/мин).

Поплавковый метод

Поплавковый метод полезен для больших потоков, если вы можете найти участок длиной около 3 метров, где поток довольно постоянен по ширине и глубине.

Шаг 1. Измерьте среднюю глубину потока. Выберите доску, способную перекрыть ширину потока, и разметьте её с интервалами 30 см. Положите доску поперек потока и измерьте глубину потока через каждые 30 см. Чтобы вычислить среднюю глубину, сложите все ваши измерения и разделите на количество сделанных измерений.

Шаг 2. Вычислите площадь поперечного сечения, которое вы только что измерили, умножив среднюю глубину на ширину потока. Например, поток шириной 2 метра со средней глубиной 0,5 метра даст площадь поперечного сечения 1 квадратный метр.

Шаг 3. Измерьте скорость. Хороший способ измерить скорость — отметить 3-метровый участок потока, который включает точку, где вы измерили поперечное сечение. Помните, вы хотите знать только скорость воды там, где вы измерили поперечное сечение, поэтому чем короче участок потока, который вы измеряете, тем лучше.

Используйте утяжеленный поплавок, который можно хорошо видеть — подойдет апельсин или грейпфрут. Поместите его выше по течению от области измерения и используйте секундомер, чтобы засечь, сколько времени требуется для прохождения длины вашего измерительного участка. Скорость потока, вероятно, различается по ширине, поэтому записывайте времена для различных мест и усредните их.

Метод водослива

Водослив — пожалуй, самый точный способ измерения малых и средних потоков. Вся вода направляется через область, которая является точно прямоугольной, что делает очень легким измерение высоты и ширины воды для вычисления расхода.

Этот тип водослива представляет собой временную плотину с прямоугольным пазом или воротами. Дно ворот должно быть точно горизонтальным, а ширина ворот должна позволять всей воде проходить через них, не переливаясь через верх плотины. Более узкие ворота увеличат глубину воды при прохождении, что облегчит измерение.

Измерение глубины не проводится у самих ворот, потому что глубина воды искажается при движении через ворота. Вместо этого установите кол далеко выше по течению от ворот водослива и сделайте верх кола точно на уровне дна ворот водослива. Измерьте глубину воды от верха кола.

Когда ширина и глубина воды известны, используется таблица водослива для вычисления расхода. Показанная здесь таблица водослива основана на воротах шириной 25 мм. Просто умножьте значение из таблицы на ширину (в сантиметрах) ваших ворот, деленную на 2,5.

Например, предположим, что ваши ворота водослива имеют ширину 15 см, а глубина воды, проходящей через них, составляет 19 см. В левой части таблицы найдите "19" и двигайтесь по строке, пока не найдете колонку для "+0". Таблица показывает расход 8,21 кубических футов в минуту для ворот шириной 1 дюйм (25 мм) с 7,5 дюймами (19 см) воды, проходящей через них. Поскольку ваши ворота имеют ширину 15 см, просто умножьте 8,21 на 6 (15÷2,5), чтобы получить около 49 кубических футов в минуту, что составляет примерно 23 литра в секунду.

Водослив особенно эффективен для измерения расхода в разное время года. Как только водослив установлен, легко быстро измерить глубину воды и составить график расхода в различные времена.

Практические рекомендации

Выбор метода измерения

• Контейнерный метод — для малых потоков (до 50 л/с)
• Поплавковый метод — для больших потоков с равномерным руслом
• Водосливный метод — для точных измерений малых и средних потоков

Сезонные изменения

• Измеряйте в разные сезоны — весенний паводок, летняя межень, осенние дожди
• Ведите записи — документируйте дату, погодные условия, уровень воды
• Консультируйтесь с местными жителями — узнайте об исторических изменениях потока
• Изучайте гидрологические данные — используйте официальные источники

Экологические соображения

• Сохраняйте экологический сток — оставляйте достаточно воды для экосистемы
• Учитывайте миграцию рыб — обеспечьте проходы для водных организмов
• Минимизируйте воздействие — используйте временные конструкции

Расчет мощности микро-ГЭС

После измерения расхода воды и напора вы можете рассчитать потенциальную мощность вашей микро-ГЭС. Теоретическая мощность рассчитывается по формуле:

Заключение

Точное измерение расхода воды является критически важным для успешного проектирования микро-ГЭС. Выбор метода измерения зависит от размера потока, доступности оборудования и требуемой точности. Контейнерный метод лучше всего подходит для малых потоков, поплавковый — для больших, а водосливный обеспечивает наивысшую точность.

Помните о необходимости проведения измерений в разные сезоны года и учете экологических требований. Сочетание данных о расходе воды с измерениями напора позволит вам рассчитать потенциальную мощность и выбрать подходящее оборудование для вашей микрогидроэлектростанции.