Отчет по гидрометрической практике

2. Организации водомерных наблюдений.

Выбор участка  реки и места для установки  поста.

Устройство оборудования и нивелирования поста. Открытие поста.

 

Водомерные наблюдения - периодические измерения высоты стояния воды естественных или искусственных водных источников и регистрация состояния их водной поверхности (ледостав, ледоход, волнение и т. п.). Колебания горизонтов воды обусловливаются метеорологическими данными водного бассейна: температурой воздуха и количеством атмосферных осадков. Характер колебаний зависит от рельефа бассейна и условий питания водного источника. В горных реках, берущих свое начало в ледниках, колебания горизонтов воды значительнее, чем в равнинных реках, питающихся грунтовыми водами. Цикл колебаний начинается зимой, когда накапливается снежный запас, питающий собою реки; весной, во время таяния снегов, этот запас в значительной своей части расходуется и вызывает повышение горизонтов, паводки; летом, в период жары, наступает время низких ме-женних вод, когда реки питаются главным образом за счет грунтовых вод; наконец, осенние дожди вновь вызывают некоторый подъем воды. В горных реках наиболее низкие воды бывают зимой, в период наибольших холодов, а высокие—летом, когда происходит таяние ледников и снега на вершинах гор. В горных реках замечаются, кроме того, и периодические колебания горизонтов воды в течение суток: после полудня, когда под влиянием солнечных лучей происходит таяние снега и льда, замечается некоторый подъем воды. Графики колебаний горизонтов воды в одном и том же месте какой-нибудь реки за отдельные годы показывают, что, помимо годовой цикличности, существует еще и многолетняя. Наличие многолетних колебаний уровня воды приводит к необходимости длительных В. н. для получения обоснован. выводов о режиме реки.

Место на водном источнике, где производятся водомерные наблюдения, оборудованное для их производства, называется водомерным постом. При гидротехнических работах водомерный пост устанавливают у места расположения отдельных крупных сооружений; при выяснении норм водопользования — выше или ниже отводящих каналов; при изучении общих условий стока и водных запасов реки — в характерных точках последней (фиг. 1): у образования главного русла А, при выходе реки на равнину у впадения крупных притоков В, в местах перелома продольного профиля Д и т. п. Водомерный пост должен быть установлен на участке с возможно более правильным, установившимся режимом водного источника. Для рек условиями такого режима считаются параллельность берегов и струй, не изменчивость русла, отсутствие порогов и отмелей.

Наиболее употребительным  типом водомерного поста является рейка с нанесенными на ней  делениями (обычно в см или сотках), прикрепленная вертикально или наклонно к устою моста, набережной или к вбитой в дно водного источника свае. Такой пост называется реечным.

Свайный водомерный пост (фиг. 2) состоит из ряда свай, забитых на берегу в направлении нормальном к течению реки и выступающих до 1л* над поверхностью земли. В. н. состоят в измерении особой переноси. рейкой расстояний от горизонта воды до головки ближайшей сваи и записывании номера сваи. Свайные посты устанавливают обычно на реках с большими колебаниями горизонтов, неустановившимися, подмываемыми берегами и с бурными паводками, проносящими карчи. Речной пост при этих условиях, может быть легко снесен или стать недоступным для наблюдения, тогда как снос отдельных свай не лишает возможности продолжать наблюдения.

При обрывистых, недоступных  берегах или при наличии мостов, водомерные наблюдения производят часто при помощи особой цепи с грузом, опускаемой от определенной точки берега или моста до уровня воды. Такой тип поста называется мостовым или цепным. Если груз заменить полым цилиндром, загруженным дробью так, что его удельный вес немного больше единицы, и подвесить цилиндр к пружинным весам, укрепленным неподвижно, то каждому уровню воды будет соответствовать определенное деление шкалы весов. Такая весовая рейка, системы Глушкова, установлена на Аральском море.

В тех случаях, когда требуется  особая точность водомерного наблюдения, устанавливают самопишущие приборы—лимниграфы). Обычный тип лимниграфа состоит из поплавка, подвешенного на гибкой проволоке к шкиву, присоединенному посредством передаточного механизма к перу. Последнее чертит в уменьшенном масштабе на графленой бумаге, прикрепленной к вращающемуся с определенной скоростью барабану, диаграмму колебаний горизонтов воды. Поплавок лимниграфа помещается в особой трубе, прикрепляемой на консолях к набережной, к устою моста или к забитой в реке свае (фиг. 3).

В зависимости от характера  русла и берегов лимниграфы устанавливают  еще в особой нише или на берегу, соединяя лимниграф с рекой коленчатой трубой, наклонной подводящей трубой (фиг. 4) или сифоном.

 

 

 

 

 

 

 

В горных реках, где суточные колебания горизонтов воды достигают  значительной величины, но бывают, непродолжительны, устанавливают особые приборы для автоматических записей наивысших горизонтов. Это или поплавки, прикрепленные к рейке, которые не   опускаются от достигнутого ими уровня, благодаря действию особых задерживающих механизмов, или же, помещаемые в особой трубе рядом с водомерной рейкой, бумажные ленты с нанесенной на них гектографическими чернилами или химическим карандашом, вертикальной чертой, которая размывается водой и тем показывает наивысший уровень, до которого последняя поднималась.

Зимой, при ледоставе, для организации водомерных наблюдений прорубают во льду особые лунки. При значительной толщине льда в непосредственные отсчеты по рейке необходимо ввести поправку на высоту слоя воды в проруби от нижней поверхности льда, которая измеряется особой реечкой (фиг. 5). Для всех типов водомерных постов необходимо точное установление нуля поста, т. е. той точки, от которой ведут водомерные наблюдения. Для реечных постов обычно нуль поста совпадает с нулем рейки, для свайных — с головкой нижней сваи. Обычно при установлении водомерных постов стремятся к тому, чтобы нуль поста был по возможности близок к наиболее низкому горизонту воды.

Частота водомерных наблюдений колеблется — от непрерывности (при лимниграфе) до одного раза в неделю и реже. Чаще всего водомерные наблюдения производят ежедневно, один или три раза в сутки. Общепризнанных норм для назначения частоты водомерных наблюдений не имеется, и она определяется в отдельных случаях в зависимости от цели водомерных наблюдений и от требуемой точности их. Водомерные наблюдения заносятся наблюдателем в постовой журнал и пересылаются, обычно раз в месяц, в центральное учреждение, ведающее водомерные наблюдения. Последнее печатает результаты наблюдений в особых периодических бюллетенях и ежегодниках. Кроме ежедневных отклонений горизонта воды от нуля поста, приводятся еще наиболее характерные месячные горизонты, как то: наивысший и наинизший, средний, наиболее частый и др. Те же данные приводятся и для целого календарного года (иногда для года гидрологического, т. е. за время с начала зимы— начала накопления снежных запасов, являющихся главным источником питания рек). Водомерные наблюдения позволяют судить о многоводности отдельных водных источников, проходе высоких вод и т. п. Многолетние наблюдения дают представление об общем режиме водных источников—на основании их «троится водное хозяйство данной территории.

Реечный водомерный пост

Для установки реечного водомерного  поста необходимо прочно закрепить  на каком-либо постоянном сооружении в  русле реки рейку так, чтобы ее нуль был ниже горизонта низших вод сантиметров на 30, а длина допускала отсчет наивысшего горизонта воды.

Для установки такой рейки  можно использовать устой или один из быков моста:

Иногда деления наносят  несмываемой краской непосредственно  на кладке устоя или быка моста.

При ледоходе прикрепленная  к быку рейка, а также краска на кладке сильно повреждаются и требуют  возобновления.

Рейка обычно устанавливается  к низовой стороне быка или  устоя и в таком месте, чтобы  она была доступна для производства по ней отсчетов с ферм.

Надо иметь в виду, что  при значительном стеснении русла  реки опорами моста перед быком  образуется местный подпор, который  будет тем больше, чем выше уровень  воды в реке. Поэтому показания  рейки будут относительно уровня в реке несколько искажаться.

Свайный водомерный пост

Установка оборудования. Если трудно установить рейки на опорах или неудобно производить по ним наблюдения, то следует в сечении на 25 м выше моста ставить свайный водомерный пост, который устраивают следующим образом.

В створе, перпендикулярном направлению русла реки, забивают на глубину ниже уровня промерзания  грунта ряд свай диаметром 20—30 см.

Сваи срезают горизонтально  на 5—10 см выше земли. В центр среза  забивают барочные гвозди длиной 15— 20 см с широкими шляпками. Эти сваи ставят на таком расстоянии друг от друга в зависимости от крутизны берега, чтобы разность отметок по высоте их составляла 0,80—0,95 м. Срез нижней сваи должен быть примерно на 0,3 м ниже низшего горизонта вод, а верхней сваи — на столько же выше наивысшего горизонта вод. На берегу вблизи створа ставят 1—2 постоянных репера (забетонированный рельс или марка в стене постоянного сооружения), которые привязывают к реперам государственной высотной основы и к реперам, в отметках которых составлен продольный профиль железной дороги.

Все установленные сваи поста  нумеруют, начиная с верхней, и тщательно нивелируют дважды. По отметкам и расстояниям между сваями составляют продольный профиль поста по образцу, приведенному на рис. 68:

Для наблюдений уровня воды применяется переносная водомерная рейка:

Низ переносной рейки оковывается  железом. При помощи такой рейки  определяют, насколько уровень воды в момент наблюдения выше или ниже верха ближайшей сваи.

Зная номер сваи и ее отметку, можно определить отметку уровня воды.

Наблюдения за уровнем  воды на водомерных постах производят во время промеров живых сечений, которые будут описаны ниже, а  также при паводках.

Если уровень воды меняется медленно, то наблюдения за уровнем  во время измерений живых сечений  производят три раза в день:

-  утром перед началом работ,

- днем в 13 ч,

- вечером при окончании работ.

При паводке замеры производят каждые 3 ч. Результаты наблюдений на водомерном посту записываются в специальном журнале, в котором указываются дата и время наблюдений, номер сваи и отсчет по переносной рейке.

 

Высотная  привязка реперов гидрологических  постов к государственной сети.

Основные и контрольные  реперы гидрологических постов должны быть привязаны к реперам государственной  нивелирной сети. Для привязки реперов  гидрологических постов выбираются ближайшие к посту реперы государственной  нивелирной сети, имеющие отметки  высот в Балтийской системе и  вошедшие в каталог нивелировок 1, 2, 3, 4 класса.

Наличие и местоположение таких реперов устанавливается  заблаговременно путем запроса  в территориальную инспекцию  государственного надзора. Привязка основных и контрольных реперов выполняется  соответствующими специалистами станций  и сторонними организациями по договору с УГМС (в зависимости от длины хода).

При длине хода до 50 км привязка производится нивелированием 4 класса в одном направлении, а свыше 50 км - нивелированием 3 класса в прямом и обратном направлениях. Привязку основного репера следует производить  по двум реперам государственной  сети нивелирным ходом от одного репера к другому через основной репер  гидрологического поста. В исключительных случаях допускается привязка к  одному реперу государственной сети замкнутым ходом. Прокладывать висячие  нивелирные ходы во всех случаях запрещается.

 

Разбивка  гидрометрического створа

Чтобы получить значение расхода  воды, близкого к действительному, направление  гидрометрического створа должно быть перпендикулярным к среднему направлению течения.

В экспедиционных условиях на прямолинейных участках нешироких  рек направление гидроствора должно быть намечено на глаз перпендикулярно к общему направлению течения реки, ориентируясь на очертание берегов.

Для систематических измерений  расходов воды направление гидроствора назначается после определения направления течения поверхностными поплавками, измерителем течения или морской вертушкой.

Для определения направления  гидроствора поверхностными поплавками на участке реки параллельно берегу прокладывается магистраль и перпендикулярно к ней разбиваются три створа, средний из них является гидрометрическим створом. В 5-10 м выше верхнего створа пускается последовательно 8-10 поверхностных поплавков, равномерно распределяя их по ширине реки. Для каждого поплавка определяется время прохождения расстояния от верхнего до нижнего створа, и места пересечения всех створов. Место пересечения поплавками створов фиксируется на реках шириной до 100 м по размеченным троса, а на более широких реках засечками теодолитом или мензулой.