How to measure stream flow rate/it

Questa pagina descrive metodi semplici per determinare la portata di piccoli corsi d'acqua e fiumi, nonché altri strumenti che possono essere utilizzati a tale scopo.

La portata è il volume totale di un fluido che scorre attraverso un punto fisso in un fiume o in un torrente nel corso del tempo. È paragonabile alla velocità con cui un volume di fluido si muove, come mostrato nella Figura 1. Le portate volumetriche possono essere misurate in diverse unità di volume/tempo, come ad esempio:

• Litri al secondo (l/s)
• Piedi cubi al secondo (ft³/s)
• Galloni al minuto (gal/min)
• metri cubi al secondo (m³/s)

Strumenti domestici o misuratori specializzati possono essere utilizzati per trovare le portate di tubi, sistemi fognari ed elettrodomestici. Le persone utilizzano i dati di portata per sistemi microidroelettrici , sistemi di trattamento delle acque reflue , raccolta dell'acqua piovana , audit idrici , velocità di sedimentazione, statistiche sulla falda acquifera e altre informazioni relative all'acqua . Per trovare la portata di corpi idrici più grandi come fiumi principali o dietro le dighe, vengono utilizzati dei misuratori. ^{[ 1 ]}

Il metodo del secchio è un modo semplice per misurare la portata utilizzando oggetti di uso domestico. Richiede un cronometro, un secchio capiente e, preferibilmente, due o tre persone. Per misurare la portata con il metodo del secchio:

1. Misura il volume del secchio o del contenitore. Tieni presente che un tipico secchio da 5 galloni (circa 19 litri) in realtà spesso ha una capacità inferiore a 5 galloni.
2. Individuate un punto lungo il corso d'acqua dove sia presente una cascata. Se non se ne trova nessuna, è possibile costruirne una utilizzando una diga (vedere Figura 4).
3. Con un cronometro, misurate quanto tempo impiega la cascata a riempire il secchio d'acqua. Avviate il cronometro contemporaneamente all'inizio del riempimento del secchio e fermatelo quando il secchio è pieno. Il secchio non deve essere riempito tenendolo immerso nell'acqua, perché in questo modo la portata non corrisponde a quella reale.
4. Annota il tempo necessario per riempire il secchio.
5. Ripetete i passaggi due e tre per circa sei o sette volte e calcolate la media. È consigliabile effettuare alcune prove prima di registrare i dati, in modo da familiarizzare con i tempi e le misurazioni necessarie.
6. Elimina i dati solo in caso di problemi gravi, come ad esempio detriti provenienti dal corso d'acqua che ne ostacolano il flusso.
7. La portata è il volume del secchio diviso per il tempo medio impiegato per riempire il secchio. ^{[ 2 ]}

Ecco un esempio che utilizza i dati relativi alla portata del torrente Jolly Giant Creek nel campus di Cal Poly Humboldt : utilizzando questi dati, la portata volumetrica (Q) è pari al volume del secchio (V) diviso per il tempo medio (t).

Il metodo del galleggiante (noto anche come metodo della sezione trasversale) viene utilizzato per misurare la portata di corsi d'acqua e fiumi di grandi dimensioni. Si calcola moltiplicando l'area della sezione trasversale del corso d'acqua per la velocità dell'acqua. Per misurare la portata con il metodo del galleggiante:

1. Individua un punto nel corso d'acqua che funga da sezione trasversale del corso d'acqua stesso.
2. Utilizzando un metro o un altro strumento di misurazione, misurare la profondità del corso d'acqua a intervalli regolari lungo la sua larghezza (vedere Figura 3). Questo metodo è simile al calcolo manuale della somma di Riemann per la larghezza del fiume.
3. Una volta raccolti questi dati, moltiplicate ogni profondità per l'intervallo in cui è stata rilevata e sommate tutti i valori ottenuti. Questo calcolo rappresenta l'area di una sezione trasversale del corso d'acqua.
4. Scegliete un tratto di fiume, in genere più lungo della larghezza del fiume, per far scendere un oggetto galleggiante (le arance funzionano benissimo). ^{[ 3 ]}
5. Utilizzando un cronometro, misura il tempo impiegato dal galleggiante per percorrere la lunghezza del ruscello indicata al punto 4.
6. Ripeti il ​​passaggio cinque per 5-10 volte e determina il tempo medio impiegato dal galleggiante per percorrere la corrente. Lancia il galleggiante in acqua a diverse distanze dalla riva per ottenere una media più precisa.
7. Dividete la lunghezza del flusso trovata al punto 4 per il tempo medio calcolato al punto 6 per determinare la velocità media del flusso.
8. La velocità calcolata al punto 7 deve essere moltiplicata per un fattore di correzione dell'attrito. Poiché la parte superiore di un corso d'acqua scorre più velocemente rispetto al fondo a causa dell'attrito con il letto del fiume, il fattore di correzione dell'attrito uniforma il flusso. Per fondali accidentati o rocciosi, moltiplicare la velocità per 0,85. Per fondali lisci, fangosi, sabbiosi o con substrato roccioso liscio, moltiplicare la velocità per un fattore di correzione di 0,9.
9. La velocità corretta moltiplicata per l'area della sezione trasversale fornisce la portata in volume/tempo. (Assicurarsi di utilizzare unità di misura di lunghezza/distanza coerenti quando si misura la sezione trasversale e la velocità, ad esempio metri, piedi).

Le dighe di sbarramento sono piccole strutture che possono essere utilizzate per misurare la portata di corsi d'acqua di piccole e medie dimensioni (pochi metri di larghezza o più). Permettono all'acqua in eccesso di riversarsi sopra la diga, creando una cascata, come mostrato in Figura 4. Le dighe di sbarramento aumentano il dislivello, rendendo il flusso del corso d'acqua più costante e, di conseguenza, le misurazioni della portata più precise. Tuttavia, è fondamentale che tutta l'acqua del corso d'acqua venga convogliata nella diga affinché questa rappresenti accuratamente la portata. È altrettanto importante impedire l'accumulo di sedimenti a monte della diga. Le dighe a cresta sottile sono le più efficaci. Esistono diverse tipologie di dighe di sbarramento, tra cui quelle a cresta larga, a cresta sottile, combinate, a V e a minima perdita di energia.

I misuratori sono dispositivi che misurano la portata di un corso d'acqua misurando direttamente la corrente. Esistono molti tipi diversi di misuratori, ma i più comuni sono il misuratore pigmeo, il misuratore a vortice, la sonda di flusso e il misuratore di corrente, descritti di seguito:

• Wikipedia: Portata volumetrica
• Misurazione della portata volumetrica