Što je to protok

Protok predstavlja količinu vode koja protiče kroz neku proticajnu površinu u jedinici vremena. U hidrološkoj praksi se pod pojmom "količina" redovito podrazumijeva volumen vode, za razliku od nekih drugih tehničkih disciplina gdje se susreću i drugi oblici protoka (npr. maseni protok). Slijedom rečenog, protok se u hidrometriji najčešće iskazuje u kubnim metrima u sekundi (m³/s). Ako su iznosi protoka maleni, protok se može iskazati i u litrama u sekundi (l/s). Protok je izvedena veličina koja se, kao takva, najčešće određuje posredno – mjerenjem brzine strujanja vode i površine proticajnog presjeka. Osnovni, integralni, izraz kojim se određuje protok stoga glasi:

[1]

gdje je:

Q – protok; m³/s

- vektor brzine strujanja vode; m/s

- jedinični vektor u smjeru normale na proticajnu površinu A

dA – diferencijal proticajne površine A; m²

Prema izrazu [1] očito je da je protok Q, kao skalarni produkt vektora brzine strujanja i vektora normale na plohu A kroz koju (ili matematički rečeno: preko koje) protiče voda, skalarna veličina. Kada su ova dva vektora međusobno okomita, njihov skalarni produkt će biti jednak nuli, pa će tada i protok preko proticajne plohe biti jednak nuli. I doista, ako bismo proticajnu plohu, iz bilo kojeg razloga, postavili tako da bude paralelna sa smjerom brzine strujanja (npr. duž simetrale ravnog kanala), kroz tako postavljenu "proticajnu" plohu ne bi bilo protoka!

Točan iznos protoka moguće je stoga pravilno odrediti samo ako su vektor brzine strujanja i vektor normale proticajne plohe A međusobno kolinearni (dakle ako brzina "ulazi" u proticajnu plohu pod pravim kutom!). Takav slučaj prikazan je na slici 1. a). Ako se mjerenje, iz nekog razloga, provodi i pod drugačijim uvjetima (slika 1. b) i c) ), u račun protoka treba uzeti samo normalnu komponentu brzine, ali nikako ne brzinu u njenom punom iznosu, jer bi vrijednost tako određenog protoka bila veća od njegove stvarne vrijednosti. Ovakve pogreške prilikom određivanja iznosa protoka na vodotocima mogu se pojaviti u slučajevima kada se za mjerenje brzina strujanja rabe instrumenti koji nisu "osjetljivi" na smjer brzine strujanja. Tipičan i vrlo rasprostranjen instrument takve vrste je klasično hidrometrijsko krilo. Odmah je sada jasno zašto se, u klasičnom pristupu određivanja protoka primjenom metode brzina-površina i mjerenja brzina strujanja pomoću hidrometrijskog krila, proticajna ploha (vodomjerni profil) uvijek mora postaviti na ravnom dijelu toka rijeke, okomito na taj tok. Jedino se, naime, u takvim uvjetima ostvaruje međusobna okomitost između vektora brzine strujanja i proticajne plohe A. Svaka druga konfiguracija može voditi do manjih ili većih pogrešaka prilikom određivanja protoka.

Kada se sve gore navedene činjenice uvaže u praksi, protok Q se može računati i kao "čista" skalarna veličina, dakle jednostavno kao Q = A v.

Slika 1. Postavljanje proticajne površine na vodotoku

Uz sliku 1: Mogući načini odabira mjesta mjerenja protoka:

1. pravilan način odabira mjernog mjesta

2. loše odabrano mjesto mjerenja (strujanje koso u odnosu na položaj vodomjernog profila)

3. nepravilno (koso) postavljen vodomjerni profil u odnosu na tok (koso strujanje u odnosu na profil)

Na opisani efekt valja obratiti pažnju samo prilikom određivanja protoka primjenom opreme za mjerenje brzina strujanja vode u točki (hidrometrijsko krilo, elektromagnetski mjerač brzine strujanja i sl.), dakle u slučaju određivanja protoka klasičnom metodom brzina-površina kada instrument nije u stanju odrediti pravilan smjer brzine strujanja. Zbog potpuno drugačije "filozofije" mjerenja protoka primjenom ADCP uređaja, opisani se efekt ondje ne pojavljuje i stoga tamo nema nikakvog učina.