Cheia limnimetrica

Cheia limnimetrica

Prelucrarea debitelor de apa consta in determinarea debitelor de apa a debitului mediu, a debitului maxim, a debitului minim si a debitelor cu anumite frecvente si durate dintr-o perioada oarecare de timp(zii, decada, luna, sezon, an) si prezentarea acestor valori sub diverse forme; metodele de calcul scorgeri lichide se refera in special la calculul debitelor zilnice, debitele pentru o perioada mai mare deteminindu-se prin simple medii sau extrageri din sirul de debite zilnice.

Metodele de determinare a debitelor zilnice.Debitele zilnice se pot calcula

Prin metoda interpolarii

Folosindu-se graficele de tarare a constructiilor hidrometrice(canalele hidrometrice, deversorii) si a constructiilor si instalatiilor hidrotehnice(deversori, orificii, turbine, ecluze)

Folosindu-se cheile milimetrice

Calculul debitelor zilnice prin metoda interpolarii :

Metoda interpolarii este metoda cea mai simpla de determinare a debitelor.Pentru aplicare sunt necesare doua conditii:

Sa existe un numar destul de ridicat de masuratori de debit de apa in faza de regim hidrologic pentru care trebuie calculate debitele zilnice.

Variatia debitelor intre zilele cu masuratori sa fie lina.

Practic, asaza rezultatul masuratorilor de debit de apa pe un grafic care are in abscisa zilele, iar in ordonata valoarea debitelor si cu o linie lina se unesc punctele care marcheaza masuratorile; debitul dintr-o anumita zi se determina didicindu-se o verticala in dreptul zilei respective, pina la curba si ridicindu-se valoarea debitului pe ordonata graficului.

Calculul debitelor zilnice prin intermediul constructiilor hidrometrice si al constructiilor si instalatiilor hidrotehnice

In cazul constructiilor hidrometrice si hidrotehnice, cum sunt canalele hidrometrice, deversorii hidrometrici, deversorii barajelor si orificiile barajelor si ale stavilarelor, debitele de apa se calculeaza introducind in formulele , abacele sau graficele de tarare valoarea sarcinii H din momentul respective; valoarea debitului zilnic de apa se calculeaza ca medie a mai multor determinari de debite instantanee.

Calculul debitelor de apa zilnice cu cheia limnimetrica

Cheia limnimetrica este curba care exprima legatura dintre debitul de apa si nivelul intr-o anumita sectiune,forma cheii limnimetrice intr-un sistem de axe cordonate avind in abscisa debitul si ordonata nivel intr-o citit pe mira sau raportat in planul 0(zero al graficului)este o curba cu concavitatea catre axa debitelor.

Cheia limnimetrica nu isi pastreaza forma decit cind patul albei este stabilit,iar scurgerea apei nu sufera diverse influente.In toate celelalte cazuri si anume in cazul albiei instabile in cazul variatiei pantei suprafetei apei in viiturilor in cazul ezistentei in riu a fenomenelor de inghet sau a vegetatei acvatice cind regimul raului este nepermanent, cheia limnimetrica prezinta bucle, ramuri mai mult sau mai putin paralele, valabile pentru perioade scurte de timp.

Construirea cheii limnimetrice prezinta doua etape distincte :

Trasarea cheii limnimetrice pe baza punctelor care marcheaza masuratorile de debit de apa in sistemul de aze de cordonate Q-H(in practica curenta acesta etapa se mai numeste trasarea cheii limnimetrice in ecartul de masuratori)

Prelungirea curbei la partea superioara si inferioara pina la nivelurile eztreme citite (operatie denumita eztra polare cheii limnimetrice)

In principui, debitulu zilnic de apa se determina introducindu-se in cheia limnimetrica nivelurile citite mai multe momente din zi si din facindu-se apoi media valorii debitlor instantanee aflate din curba.Cind variatia din timpul zilei este liniara (adica cresterea sau scadera de nivel are loc aproximativ cu aceeasi cantitate in intervale egale de timp), se pot folosi numai citirile de nivel de la orele 7 si 17; in caz contrar trebuie facute si citiri suplimentare.

Daca se transforma nivelurile din portiunile rectilinii de cheie sau apropiate de aceasta forma, atunci se poate efectua mai intii media nivelurilor zilnice si pe baza acestia se poate calcula debitul mediu zilnic; daca insa cheia limnimetrica prezinta o curbura pronuntata, trebuie efectuta media debitelor instantanee,deoarece in nivelul mediu zilnic ar conduce la o valoare a debitului mediu zilnic mai mica.

Metoda determinarii debitelor cu ajutorul limnimetrice este foarte raspindita in practica hidrometrica, deoarece:

Metoda cheiilor limnimetrice este mai precisa decit metoda interpolarii

Canalele hidrometrice si deversorii hidrometrici sunt lucrari relativ scumpe si destul de greude intretinut

Pe marea majoritate a riurilor nu exista constructii hidrotehnice care sa poata fi folosite pentru calculul debitelor

Cheile limnimetrice se construiesc pe baza unui numar relative redus de masuratori(de obicei 20-40 pe an)

Metoda foloseste nivelurile apei, elemente usor de masurat

Transformarea nivelului in debit se face eztrem de simplu

Trasarea cheilor limnimetrice

Analiza materialelor

Analiza materialelor ca: nivelurile instantanee, masuratorile de debite, jurnalul postului, actele de inspectie, carnetele de teren din timpul expeditiilor etc. este neaparat necesara, deoarece numai in urma analizei se poate stabili metoda cea mai adecvata de trasare a cheilor limnimetrice.

la alta se face, de asemenea brusc incepind la o anumita data daca modificarea albiei sa facut lent intre doua ramuri stabile temporar trecerea se face dupa o curba de legatura care are ramurile racordate la cele doua chei temporare si care este tangenta la linia orizontala corespunzatoare niveluilui maxim din perioada de racordare Dupa examinarea materialelor si formarea unei idei generale asupra regimului riului sub toate aspectele se intocmeste o plansa in care se trec trei cimpuri.

In aceste cimpuri se marcheaza ce cite un punct fiecare masuratoare de debit de apa.

Analizind modul cum se raspindesc punctele in aceste cimpuri, se pot distinge citeva cazuri dependente de totalitatea conditiilor de scurgere a apei la postul hidrometric respectiv;cheile limnimetrice se traseaza in functie de conditii.

Trasarea cheii limnimetrice si calculul debitelor zilnice in cazul albiilor stabile

Cind albia este stabila, iar scurgerea este libera, fara remuu variabil (provocat de prezenta ghetii sau a vegetatiei, de activitatea unor constructii, de bararea cursului de catre vint sau de catre obiectul de apa in care se varsa riul), punctele din cele trei cimpuri se asaza dupa o fisie cu latimea 5-10% din valoarea debitului de apa.Curbele trasate in aceste trei cimpuri:cheia limnimetrica, curba sectiunilor si curba vitezelor medii are forma de linie unica si s traseaza prin centrul de greutate al grupelor de puncte astfel incit punctele sa ramina in numar aproximativ egal de o parte si de alta;cheia limnimetrica si curba w au concavitatea indreptata catre axa absciselor, in timp ce curba Vm de obicei are concavitatea indreptata catre axa ordonatelor.

In timpul viiturilor, datorita pantelor mai mari in perioada de crestere si mai mici in perioada se descrestere, pentru acelasi nivel H, debitul scurs va fi mai mare in perioada de crestere , astfel pentru acelasi valori care corespund lui H cele doua debite vor fi.

In campurile puntele vor forma o fisie ingusta sub nivelul de baza al viiturilor si mai multe fisii in partea superioara, ale caror puncte legate cronologic conduc la construirea a cite unei bucle pentru fiecare viitura;ramura din dreapta(cu debite mai mari)reprezinta perioada de crestere, iar cea din stinga ramura de descrestere, albia fiind stabila curba are o forma unei cube unice. Puncete de bifurcatie a celei doua ramuri(de crestere si de descrestere) corespund cu inceputul bine pronuntat al cresterii si sfirsitul bine conturat al descresterii ramurilor graficului cronologic al nivelulilor din timpul viiturilor, in parte superioara ramurile de crestere de descrestere se racordeaza printr-o curba tangenta la orizontala corespunzatoare niveluilui maxim al viiturilor respective,ca debitul maxim in timpul viituri are loc pe ramura de crestere a buclei inainte de producerea nivelului maxim si la un nivel sub valoarea niveluilui maxim.Daca nu sunt suficient de multe masuratori de debit de apa, pentru a trasa totusi buclele se va tine seama de faptul ca devierea pe orizontala a ramurilor de crestere si descrestere fata de cheia limnimetrica medie este cu atit mai mare cu cit intesitatea de crestere sau descrestere a nivelurilor in timpul viituri este mai mare.Consiideratiile facute pentru trasarea cheii limnimetrice sunt valabile si pentru curba.In cazul cheiilor cu bucle transformarea nivelurilor in debite se efectuaza direct de pe cheia limnimetrica.

O problema importanta in cazul cheilor limnimetrice temporare o constituie legarea intre ele a diferitelor curbe daca modificarea albiei sa facut brusc trecerea la o curba temporara.

Trasarea cheilor limnimetrice si a debitelor zlilnice in perioadele cu fenomen de remuu

Cind pe un riu in profil postului hidrometric se resimte influenta unui remuu variabil,provocat fie din cauze naturale, ca bararea riului de catre un afluent care se varsa in aval de post,bararea apelor de catre emisar, unflarea sau scaderea apelor sub influrnta vintului care bate de-a lungul cursului, bararea riului in aval de post, de catre gheata sau vegetatie fie de catre activitatea de exploatare a constructiilor hidrotehnice(stavilare,eculze) in cimpul Q-H punctele sunt raspindite anarhic, in timp ce in cimpul w-h punctele sunt raspindite in limitele unei fisii inguste.

Un element important pentru rezolvarea problemei determinarii scurgerii in perioadele cu fenomen de remuu il constituie panta suprafetei apei, care se determina fie prin instalare de mire de panta,fie prin instalarea unei mire suplimentare.

Cheile limnimetrice din perioada cu fenomene de remuu se pot determina prin metodele urmatoare:metoda familiei de curbe si metoda corectiilor fata de cheia limnimetrica de baza.

Metoda familiei de crube consta din stabilirea in cimpul de curbe prin cimpul de curbe printe punctele ce marcheaza masuratorile de debit de apa, fiecare curba fiind caracterizata de o aceeasi valoare masurata in timpul masuratori de debit pe o mira suplimentara instalata in sectorul supus fenomenului de remuu in locul valorilor se poate lua si diferenta dintre nevelurile de la cele doua posturi sau valoarea pantei suprafetei apei.

Debitele zilnice se determina cunoscindu-se pentru respectiva citirile simultane la cele doua mire din sectorul postului.

Metoda corectiilor fata de cheia limnimetrica de baza consta in costruierea unei curbe de baza corespunzatoare unei pante constante a suprafetei apei din care curba pentru un numit nivel, se extrag debitele care corectate in functie de panta efectiva din momentul respectiv dau valoarea debitului real.

Trasarea cheilor limnimetrice si calculul debitelor zilnice in perioadele cu fenomene de inghet

Formatiunile de gheata din riu, in special podul de gheata are drept efect micsorarea sectiunii vii si marimea rezistentei, ce efect final de micsorare a debitului din aceasta cauza in perioadele cu fenomene de gheata punctele in cele trei cimpuri sunt raspindite anarhaic la stinga fisiei de puncte care corespunde masuratorilor de vara (din perioada libera de gheata, punctele "de iarna sunt cu atit mai departate de fisia "de vara", cu cit grosimea podului este mai mare si sunt mai apropiate la incepultul si la sfirsitului podului de gheata.

Pentru perioada de iarna, in vederea transformarii nivelurilor in debitul de apa se folosesc chei temporare, fie cheia de vara fata de care se determina coeficientii de trecere de la debitele de vara la cele de iarna.

Cheile limnimetrice temporare de iarna se pot trasa numai in cazul riurilor mai mari cu regim de iarna stabil, cu pod de gheata a carui grosime este neinsemnata in comparatie cu adincimea medie a riului de obicei se pot trasa curbe temporare pentru perioade cu strat subtire de gheata

Debitele zilnice se determina prin transformarea nivelurilor cu ajutorul cheii din perioada respectiva.

Transformarea cheilor limnimetrice si calculul debitelor zilnice in perioada cu vegetatia acvatica.

Vegetatia acvatica din rauri micsoreaza sectiunea vie, modifica panta riului si mareste rugozitatea,ceea ce are ca effect micsorarea debitului.In perioada cu vegetatia acvatica, punctele sin cimpurile Q-H sint raspindite anarchic la stinga fisiei de puncet ce corespund masuratorilor din perioadele de primavara si de toamna libere de vegetatiei si de gheata.Punctele din perioada cu vegetatie acvatica sunt, in general, aseyate mai la stanga, pe masura dezvoltarii procesului de crestere a vegetatiei.

Pentru calculul debitelor zilnice in perioada cu vegetatie acvatica se folosesc fie chei limnimetrice temporare, fie cheia limnimetrica din perioadele libere de vegetatie si de ghetaa fata de care se determina coeficientii de trecere de la debitele din perioada libera la cele din perioada cu vegetatie.

Folosirea acestor coeficientii alaturi de cheia limnimetrica din perioada libera pentru determinarea debitelor zilnice din perioada de vegetatie se face intr-un mod asemanator cu cel descris pentru perioadele cu formatii de gheata.

Coeficientu Kveg creste simtitor in timpul viiturilor, cand, vegetatia inclinandu-se sau fiind smulsa se realizeaza o rugozitate mult scazuta si marire sensibila a sectiuni vii.

In lipsa masuratorilor in perioada cu vegetatie acvatica, coeficientii Kveg se pot determina intr-o prima aproximatie dupa curba Kveg f(H), unde H este nivelul apei, curba care se construeste pe baza masuratorilor de debit de apa din anii precedentii.

Extrapolarea cheilor limnimetrice

Pentru acoperirea intregii amplitudinii (ecart) a nivelurilor citite intr-o perioada oarecare, cheia limnimetrica trasata in ecartul de masuraori (amplitudinea nivelurilor in care s-au executat masuratori) trebuie prelungita, extrapolata.

Calculul debitelor zilnice se considera aceptabil daca ecartul de masuratori reprezinta 75-90% cel putin din ecartul de niveluri citite.

Exista numeroase metode de extrapolarea cheilor limnimetrice;alegera uneia dintre ele intr-un caz concret depinde de forma albiei, de marimea ecartului de masuratori si de nivel observate, de precizia urmarita se de cantitatea si de calitatea materialului de care se dispune.In cele ce urmeaza se rezinta metodele folosite la noi in tara si conditiile in care se aplica.

Extrapolarea prin prelungire directa

Acest mod de extrapolare poate da rezultate bune numai daca profilul transversal nu prezinta largiri sau ingustari bruste si daca extrapolarea nu depaseste 10-20% din ecartul de masuratori;daca profilul transversal are albie majora, extrapolarea este permisa numai daca masuratorile de debit sunt repartizate pe 70-80% din amplitudinea nivelurilor din albia majora.

Metoda prelungirii directe consta din prelungirea de ochi a cheii limnimetrice in parte asuperioara sau inferioara prelungirea se face tinandu-se seama de forma profilului si rugozitatea malurilor.

Extrapolarea pe baza curbelor

Aceasta metoda este admisa pentru explorarea pana la 30% din ecartul de masuratori si numai cand masuratoile s-au exacutat intr-un singur profil, iar cuba este bine definita de masuratori.In portiunea de extrapolat atat de la partea superioara cit si de la partea inferioara, w=(H) se lungeste pe baza planimetrarii profilului transversal, iar curba Vm=f(H) se prelungeste "din ochi" tinand seama de forma si rugozitatea creste atat de mult incat curba Vm poate sa devina verticala chiar sa capete o directie inversa in partea inferioara curba Vm=f(H) se prelungeste pana la nivelul de debit nul, determinat de profilul longitudinal al fundului.Punctele de pe cheia limnimetrica in portiunea extrapolata se determina prin inmultirea valorilor w si Vm corespunzatoare acelorasi niveluri.

Metoda bazata pe formula Chezy

Metoda bazata pe formula Chezy se aplica atunci cand exista un numar mare de masuratori de debite de apa in timpul carora s-a masurat cu precizie panta suprafetei apei si cand coeficientul de viteza C determinat pe baza masuratorilor nu variaza in limite mari.

Valorile w si hm, din zona de extrapolat se determina pe baza profilului transversal; valorile i, din zona de extrepolat se determina prin extrapolarea directa, lina a curbei i=f(H) construita pe baza masuratorilor de panta din timpul masuratorilor de debit de apa valoarea coeficientilor de rugozitate sau n se apreciaza pe baza masuratorilor de debit de apa de la nivelurile cele mai inalte si pe baza indicatiilor unor tabele speciale.

Cand profilul raului cuprinde atat albia corespunzatoare albiei minore, elementele necesare se determina dupa cum s-a mentionat.Pentru extrapolarea in albia majora, pentru care nu exista masuratori de debit de apa, valorile w si hm se determina dupa profitul transvesal, valoarea y sau n dupa tabele, iar panta suprafetei apei se determina prin nivelmentul urmelor lasate de apa pe maluri, sau se considera egala cu panta medie longitudinala a patului albiei majore.

Debitele obtinute pentru diverse niveluri inalte in albia majora si albia minora se insemneaza si se trec pe graficul Q-H, obtinandu-se astfel punctele pe baza carora se poate trasa cheia limnimetrica si in zona de extrapolat.

Metoda Chezy, bazandu-se pe curba i f(H), nu se aplica si pentru extrapolarea cheii limnimetrice in partea inferioara, unde pantele nu se pot determina cu precizie, din cauza fundului albiei raului.

Metoda transferarii cheii limnimetrice

Metoda transferarii partilor superioara si inferioara a cheii limnimetrice de la un post auxiliar la postul studiat nu se aplica o corelatie stransa de niveluri si cand intre cele doua posturi nu intra un aport insemnat de apa, astfel incat se poate considera ca debitele de apa la cele doua posturi sunt egale.

Transferarea se face uramarindu-se sagetile, intr-un sistem de axe ortogonale cu patru cadrane sunt desenate corelatia de niveluri, cheia limnimetrica completa de la postul auxiliar si cheia limnimetrica in ecartul de masuratori de la postul studiat.

Cazuri particulare de extrapolare a cheilor limnimetrice

Cand cheia limnimetrica are forma de bucla, se extrapoleaza mai intai cheia limnimetrica medie dupa una dintre metodele mentionate, apoi ramurile de crestere si descrestere se prelungesc, astfel incat abaterea fata de cheia medie sa ramana la fel ca aceea din ecartul de masuratori cele doua ramuri se racordeaza in punctul de intersectie dintre cheia medie si linia nivelului maxim obsevat.

Cheile limnimetrice periodice se extrapoleaza dupa una dintre netodele mentionate pana la nivelurile extreme din perioada pentru care sunt valabile daca cheile periodice sunt paralele, se extrapoleaza numai una dintre ele, celelalte ducandu-se din ochi.

Extrapolarea curbelor care fac parte din familia de curbe in cazul remuului variabil, se realizeaza prelungind aceste curbe in directia indicata de masuratorile de la nivelele mai inalte.

Calculul debitelor de apa carcteristice lunare si anuale si prezentarea lor sub diverse forme

Valorile zilnice ale debitelor de apa dintr-un an se inscriu intr-o tabela ca cea aratata la capitolul de niveluri.

Debitele caracteristice (medii,maxime si minime) lunare si anuale, precum si datele cand se produc maximele si minimle se determina in mod absolut asemanator cu aceleasi caracteristici ale nivelurilor.