Гідрологія річок і гідрологічні розрахунки

     Годинниковий  механізм приладу закріплений у  вологонепроникному кожусі, а кожух  самописця захищає пишучий механізм від ушкодження, пилу і вологи. Кришка з заскленим вікном утримується  у відкритому положенні спеціальною  засувкою. Дно корпуса має отвори для болтів.

     Графік  зміни рівня води викреслюється  так, що вісь часу розташовується паралельно осі барабана, а вісь рівня - перпендикулярно. Конструкція приладу допускає записувати рівень при багатократних обертах  поплавкового колеса.

     Установки самописців рівня води включають:

     1) власне самописець, встановлюваний  горизонтально на міцному столику  5 або кронштейнах з урахуванням  можливої амплітуди коливань  рівня води;

     2) колодязь 3 для гасіння хвилювання  і створення умов, що виключають  обмерзання поплавця. Відмітка дна колодязя повинна бути нижче самого низького рівня води в річці. Перетин труби 2, що з'єднує водойму з колодязем, приймають рівним 0,01-0,05 від площі перетину колодязя. Для контролю вільного сполучення водойми з колодязем усередині останнього встановлюють рейку 4, відліки по який порівнюють із показаннями рейкового (пальового) поста;

     3) будку для захисту самописа  рівня від зовнішніх впливів,  так називану лімнографну будку. 

     

     Рис. 15. Схема установки самописця  рівня води берегового типу:

     1 - будка, 2 - труба, 3 - колодязь, 4 - рейка, 5 - столик, 6 - самописець рівня, 7 - барабан. 

     Опрацювання рівнів води

     В основне опрацювання рівнів води входять:

     - приведення виміряних рівнів  води до нуля графіку; 

     - розрахунки середньодобових рівнів;

     - складання таблиці щоденних рівнів (по роках);

     побудова  графіків їх коливань (рис. 16).

     H, см Річка ... 200... р. Станція ...

     

     Рис. 16. Графік коливання рівня води на протязі року

     Рівні води над нулем графіка виражаються  у сантиметрах. Зручні такі масштаби графіка: часу - в 1 мм 1 доба, рівнів - від 1 : 10 до 1 : 200, у залежності від амплітуди їх коливань. Подальше опрацювання заключається у визначенні характеристик рівнів та дат їх настання.

     Вимірювання температури води

     Від температури води залежать біологічні та хімічні процеси, а також якість води. При від’ємних температурах повітря наступають різні фази льодових явищ у водоймах.

     Місце для вимірювання температури  води визначають у створі водомірного  посту або близько від нього  у прибережній частині річки  чи каналу, де є течія води. Глибина  повинна бути не менше 0,3 - 0,5 м. До визначеного місця не повинні притікати скиди промислових вод і джерельні води, щоб не спотворювалась притаманна даній річці температура.

     Для вимірювання температури на великих  глибинах (до 50 м) використовують дистанційний електротермометр з точністю ± 0,1 °С. Відповідність між приладом і температурою води настає через 4 - 6 с (інерційність датчика). Після вимірювання температури у різних точках водного перетину, проводять лінії однакових температур води, що називаються термоізоплетами.

     Вимірювання прозорості води

     Прозорість  води обумовлюється вмістом у  воді завислих, органічних і мінеральних  речовин, розчинених гумусових речовин, планктону. Прозорість води оцінюється по глибині занурення білого диску  Секкі діаметром 0,30 м. Його повільно опускають у горизонтальному положенні на розміченому лині з тіньової сторони судна або ж містка. Коли він становиться невидимим, то записують глибину. Потім, опустивши диск ще глибше, через 1-2 хв. повільно його піднімають. Як тільки диск стане видимим, записують глибину. Середнє арифметичне із цих глибин занурення диску і приймається за величину прозорості води, умовно виражену в метрах.

     На  малій глибині диск може залишитись видимим, про що слід зробити відповідний  запис.

     Найпрозорішу  воду серед оточуючих материки вод було зареєстровано в Саргасовому морі - 66,5 м, що пояснюється відсутністю в ньому вертикального перемішування вод і малою потужністю планктону. Інші акваторії з чистою та прозорою водою знаходяться також у тропіках і субтропіках: у Середземному морі - 60 м, у Тихому океані - 59 м, в Індійському - 50 м. У морях, де кількість завислих часток збільшується, прозорість зменшується. У Чорному морі вона дорівнює 28 м у центральній частині, в Північному морі - 23 м, у Балтійському - 13 м, у Білому - 9 м, в Азовському - 3 м.

     У дистильованій воді, згідно з розрахунками, диск Секкі повинен залишатись видимим  до глибини близько 80 м.

     Вимірювання кольору води

     Для визначення кольору води диск опускають  на половину глибини прозорості і  порівнюють колір води на фоні диску зі стандартною шкалою кольорів (набір кольорових рідин у трубочках, яких всього 21).

     Вимірювання товщини криги 

     Самий простий і разом з тим самий  зручний для вимірювання товщини  криги інструмент - це кригоснігомірна  рейка (рис. 17). Вона складається з рейки 1 довжиною 2 м і опорної планки - підкосу 3, скріпленої з кінцем бруска під кутом 60°. Кінці рейки знаходяться в металевій оправі 4. На лицевій стороні цієї рейки нанесено поділки через 1 см. Нуль рейки і верхній кінець підкосу знаходяться в одній горизонтальній площині. Поділки рейки позначені вгору від нуля до 180 см і вниз - на 20 см. Останні призначаються для вимірювання відстані від поверхні води до нижньої поверхні криги, якщо вона нависає над водою. Разом з рейкою використовується планка 5 з прямокутним отвором, що дозволяє тримати рейку вертикально. На протилежній стороні рейки нанесені поділки через 1 см, але нульова поділка розташована на верхньому зрізі рейки. Вона використовується для вимірювання висоти снігового покриву при верхньому положенні підкосу, завдяки чому і отримала свою назву кригоснігомірної.

     

     Рис. 17. Кригоснігомірна рейка:

     1 - рейка, 2 - крига, 3 - підкіс, 4 - металеві обводи, 5 - планка.

     Вимірювання глибини потоку води

     Відстань  по вертикалі від вільної поверхні потоку води до дна або відстань в площині живого перетину від  вільної поверхні потоку до дна називається  глибиною потоку.

     Глибини вимірюються гідрометричною штангою, лотом і гідрометричними профілографами.

     Гідрометрична штанга, лот і профілограф 

     Гідрометрична штанга - це кругла дерев’яна жердина  довжиною до 7 м і діаметром 5-6 см з 10-сантиметровими позначками (поділками). Її можна використовувати тільки при порівняно невеликих глибинах (5-6 м) і невеликих швидкостях води. Штанга закінчується залізною п’ятою масою 0,5 - 1 кг. При мулистому дні для запобігання занурення у мул штанги п’ята замінюється на піддон у вигляді диску діаметром 15-30 см. Нижня поверхня п’яти або ж піддону повинна співпадати з нульовою позначкою штанги. В момент вимірів жердину треба тримати вертикально. При хвилюванні береться середній із відліків по гребню та западині хвиль, що проходять через штангу. Точність вимірювання глибини за допомогою штанги приблизно 2%.

     Ручні або механічні лоти застосовуються при глибинах h > 6 м. Ручний лот (голл. lood - прилад для вимірювання глибини  моря, озера, річки тощо) - це важок  масою 5-6 кг конічної або пірамідальної  форми, до якого закріплений розмічений шнур (лотлінь) (рис. 18). (Лінь (голл. lijn) - тонкий канат (трос), сплетений з конопляних волокон вищої якості. Товщина ліня не більша за 25 мм). Для вимірювання глибин лот закидають вперед по течії води і вибирають лотлінь так, щоб у момент відліку глибини він знаходився у вертикальному положенні. При значних швидкостях потоку треба враховувати відхилення лотліня від вертикалі.

     

     Рис. 18. Лот (положення троса з гідрометричним важком у потоці).

     Гідрометричні профілографи - це прилади для автоматичної реєстрації профілю водного перетину. По принципу дії їх підрозділяють  на механічні, гідростатичні та акустичні. Результати вимірювання автоматично записуються у вигляді безперервної лінії на рухомій стрічці з електротермічного паперу або іншій.

     Методика  вимірювання глибини потоку

     До  складу робіт по вимірюванню глибин входить і визначення в плані  положення вертикалей для вимірювання цих глибин. Цим обумовлено спільне використання приладів і методів гідрометрії та геодезії.

     Вертикалі для вимірювання глибин у річках, водосховищах та інших водоймах називають  глибинними або промірними вертикалями. Визначення в плані координат  глибинних вертикалей називають координуванням глибин.

     Розрізняють вимірювання та координування глибин по поперечниках, повздовжніх та косих  галсах (голл. hals - курс судна відносно основного напрямку).

     Водні перетини, в яких розміщуються глибинні (промірні) вертикалі, називають промірними перетинами або промірними профілями.

     При вимірюванні глибин на ходу судна  гідрометричний важок не витягають  з води, а тільки трохи підіймають.

     Акустичними профілографами (ультразвуковими ехолотами) глибини вимірюють на ходу судна. Ними можна вимірювати глибини навіть через кригу (рис. 19).

     Вимірювання глибин по поперечниках ведуть з містків, гідрометричних переправ, човнів, катерів  і вертольотів; по косих галсах - з човнів та катерів.

     При ширині річки В ? 300 м і швидкості  течії на поверхні води u ? 1,5 м/с положення глибинних вертикалей визначають по туго натягнутому через річку розміченому стальному тросу діаметром біля 3 мм.

     На  широких річках (В > 300 м) глибини  координують геодезичними способами. Ці ж способи застосовують і при В < 300 м, коли використання троса робиться малоефективним, наприклад, при інтенсивному судноплавстві.

     

     Рис. 19. Схема вимірювання глибини  ехолотом:

     1 - вібратор-випромінювач, 2 - вібратор-приймач,  забірний устрій, 4 - кабелі для  сполучення з центральним приладом.

     На  річках з великими швидкостями течії  води (u > 1,5 м/с) глибини краще вимірювати з судна, що вільно пливе по течії  або по косих галсах під кутом 30 - 45 ° до лінії фарватеру річки. Координування глибин при цьому ведуть з берега двома теодолітами або мензулами з кіпрегелями, встановленими на магістралі (базисі).

     Чим складніше рельєф дна, тим більша ступінь згущення промірювальних перетинів і глибинних вертикалей необхідна для його вивчення.

     Опрацювання даних вимірювання глибин води

     У гідрометрії підводний рельєф зображують (як і в геодезії) за допомогою  горизонталей. Складання планів широко використовується для проектування та будівництва гідротехнічних споруд і мостів.

     Просторовий розподіл глибин характеризується лініями  однакових (рівних) глибин, що називаються  ізобатами (ізо - від грец. isoV - рівний, однаковий; бата - від грец. baJoV - глибина). Плани річок в ізобатах використовують в транспортних цілях - для складання судноплавних карт, при днопоглиблювальних роботах тощо.

     Рівень  води Н під час вимірювання  глибин та інші характеристики водного  потоку змінюються, тому, щоб можна  було співставити глибини h, виміряні в різний час, необхідно попередньо привести до одного моменту часу.

     Миттєвий  рівень води може бути встановлений нівелюванням урізних кілків, забитих врівень  з поверхнею води, в один момент часу, або по спостереженнях на водомірних постах.

     Умовний миттєвий рівень води, частіше всього близький до нижчого, до якого приводяться вимірювані глибини, називають зрізочним рівнем води.

     Рівень  води під час вимірювання глибин та інших характеристик потоку називається  робочим рівнем. Різниця між робочим  та миттєвим (зрізочним) рівнями води називають зрізкою рівнів.