1. Изучение инструкций по технике безопасности при работе на водоеме

1. Общие требования безопасности на выездном занятии

1.1. К проезду на автобусах допускаются обучающиеся, с которыми проведен инструктаж по технике безопасности при пользовании автотранспортом;

1.2. При поездках на автобусе необходимо соблюдать правила безопасности, правила санитарии и личной гигиены.

2. Требования безопасности перед началом поездки.

2.1. Надеть одежду и обувь, соответствующую погодным условиям;

2.2. Подходить к автобусу для посадки только после полной остановки автобуса;

2.3. Занять посадочные места;

2.4. Разместить багаж в соответствии с указаниями руководителя.

3.Требования безопасности во время поездки.

3.1. Соблюдать дисциплину, выполнять все указания руководителя;

3.2. Соблюдать чистоту в салоне автобуса и правила личной гигиены;

3.3. Не ходить по салону автобуса во время его движения;

3.4. Не выходить на проезжую часть во время остановок для отдыха.

4. Требования безопасности в аварийных ситуациях.

4.1. При проведении ремонта автобуса в пути следования по распоряжению руководителя покинуть автобус и удалиться на безопасное расстояние от проезжей части;

4.2. В случае дорожно-транспортного происшествия покинуть автобус, четко выполняя команды руководителя, исключив панику;

4.3. При невозможности выхода через двери автобуса, воспользоваться выходом через аварийные люки или оконные проемы.

5. Требования безопасности по окончанию поездки.

5.1. Взять свой багаж и покинуть автобус;

5.2. По дороге домой соблюдать правила дорожного движения.

Инструкция по технике безопасности при работе на водоёме.

Водоём для проведения урока определяется руководителем секции (преподавателем), с учетом предполагаемого способа сбора и видовой принадлежности, предполагаемой пробы. О способе и виде пробы оповещается заранее.

По прибытии на водоём, осуществляется общий сбор, с указанием границ участка для проведения сбора проб. Учащимся категорически запрещается выходить за прибрежные границы участка.  В исключительных случаях с разрешения преподавателя, руководителя секции.

Все конфликтные ситуации разрешаются исключительно с помощью руководителя секции. Когда участок выбран,  студент должен самостоятельно очистить его от крупного мусора, за исключения битого стекла. При обнаружении предметов, которые могут нанести травму, необходимо срочно сообщить об этом руководителю секции. После очистки территории, необходимо оборудовать место сбора проб. Выбрать безопасный спуск к воде. Подготовить емкость для пробы. Подготовить оборудование. После этого обратится к преподавателю и после разрешения приступить к сбору проб, предварительно проаналилировав участок. По всем вопросам, связанным со сбором проб или с организацией, обращаться к преподавателю. Взятые пробы студент(практикант) осторожно помещает в подготовленную емкость. После окончания времени сбора проб, необходимо вытащить оборудование из воды. По требованию инструктора предоставить пробы для осмотра.

После осмотра проб необходимо собрать емкости с пробами и оборудование. Собрать мусор. Отнести мусор в место указанное руководителем. Еще раз проверить всё ли собранно на месте работы и организованно покинуть водоём.

На водоёме запрещается: шуметь, бегать, толкаться, драться. Категорически запрещается махать, толкать, отнимать оборудование и снаряжение. На прудах много родниковых ключей. На разной глубине разные температуры, липкое илистое дно, густая колючая трава. Люди попавшие в беду, исчезают под водой за несколько секунд. В реках очень часто возникают воронки, водовороты, есть участки крайне опасные для купания. Дно может быть не полностью очищено от всевозможного хлама и деревянных «топляков». Здесь можно пораниться о битое стекло или наступить на остатки не убранного металлолома. Все конфликтные ситуации разрешаются руководителем секции. Его решение окончательно. Все отношения междустудентами, должны строится на доброжелательности, порядочности и взаимовыручке. Запрещается взятие проб на топких берегах. Категорически запрещается взятие проб в грозу и под линиями электропередач (ЛЭП). Категорически запрещено взятие проб студенту одетому несоответственно погоде, без головного убора и в обуви со скользкой подошвой. Студент обязан самостоятельно выбрать одежду согласно сезону, погодным условием и здравому смыслу.

Необходимые требования к одежде: одежда должна быть легкой удобной комфортной. Обязательно носить головной убор в любую погоду. Обувь должна быть с нескользкой подошвой.

При работе с дополнительным оборудованием, необходимо использовать только по прямому назначению, согласно инструктажу. Запрещается кидать, разбрасывать дополнительное оборудование в рабочем или транспортированном состоянии.

Запрещено использование сломанного (полностью или частично)  дополнительного оборудования. При получения любой травмы обратится к инструктору или мед работнику безотлагательно.

2. Промеры глубин, измерения скоростей течения и определения расхода воды

Промерные работы, имеют целью получение материалов для составления и корректуры морских навигационных карт и руководств для плавания в интересах обеспечения мореплавания.

Промер является основной составной частью гидрографических исследований морей и океанов. Главными задачами промера являются:

- выяснение общего рельефа дна и характера донного грунта;

- выявление и обследование навигационных опасностей и других характерных форм донного рельефа.

В зависимости от местоположения района различают следующие виды промера:

- прибрежный — от береговой черты в море до предела геометрической дальности видимости;

- морской — от границы прибрежного промера до предела действия высокоточных радионавигационных систем (РНС); выполняется, как правило, в районах материковой отмели и материкового склона;

- океанский — за границей морского промера; выполняется обычно в районах ложа океана.

По своему характеру промер разделяют на:

- систематический, выполняемый путем планомерного покрытия площади обследуемого района системой промерных галсов с надлежащей подробностью;

- маршрутный, выполняемый одиночными галсами по пути следования океанографических и других судов.

В зависимости от применяемых средств различают промер:

- судовой,

- катерный,

- шлюпочный,

- со льда.

Водность реки характеризуется расходом воды Q, который представляет собой количество воды, протекающее через живое сечение реки за 1 с, и измеряется в м³/с. Расход является основной единицей измерения речного стока, т. е. основной характеристикой стока. Только расход определяется непосредственно путем измерения скорости течения реки и площади ее живого сечения. Все остальные характеристики стока, рассчитываются с учетом расхода.

Количество воды, прошедшее через живое сечение реки за отрезок времени (час, сутки, месяц, год), дает объем стока W и выражается в м³. Чтобы получить объем стока, надо расход, средний для данного промежутка времени Q, умножить на число секунд в выбранном отрезке времени T:

Для сопоставления стоков рек, имеющих разные площади водосбора, пользуются модулем стока М, который показывает, какое количество воды в л стекает за 1 с с 1 км² площади бассейна. Модуль стока – расход реки, отнесенный к площади ее бассейна F. Измеряется в л/(с*км²) и рассчитывается по формуле

где 10³ – коэффициент перехода от м³, в которых измерен расход Q, к л, в которых измеряется модуль стока М.

Для удобства определения стока реки в зависимости от основных элементов водного баланса (осадков и испарения) его выражают в виде слоя стока h, представляющего собой толщину слоя воды (мм), которая получится, если объем стока реки равномерно распределить по площади ее бассейна. Слой стока рассчитывается по формуле:

где 10^-3 – коэффициент перехода от W м³ и F км² к h мм.

Часто необходимо знать, какое количество осадков, выпавших в бассейне реки, стекает в виде поверхностного стока. Для этого пользуются коэффициентом стока η, безразмерной величиной, выражающей отношение слоя стока h к слою осадков х:

Для изучения режима реки, для суждения о годовых колебаниях ее водности необходимо знать норму стока реки Ŷ, которая рассчитывается как средняя арифметическая величина из среднегодовых значений ха­рактеристики стока, высчитанная из достаточно длительного ряда лет так, чтобы были охвачены маловодный и многоводный периоды.

Зная норму стока, водность каждого года можно оценить через модульный коэффициент, представляющего собой безразмерную величину, показывающую отношение стока за данный период к среднемноголетнему стоку за этот период. Если это отношение больше единицы, год многоводный, и наоборот.

В распределении среднемноголетнего стока рек России проявляется широтная зональность, наиболее четко выраженная на равнинных реках. Норма стока в целом уменьшается с севера на юг и с запада на восток по мере увеличения континентальности климата. Климатические и метеорологические условия влияют на сток, изменяя соотношение между отдельными элементами водного баланса. Чем больше величина осадков и меньше испарение, тем больше сток. Все факторы, увеличивающие количество осадков и уменьшающие испарение, приводят к возрастанию стока.

Рельеф на территории речного бассейна и его почвенно-геологические условия влияют на соотношение поверхностного и подземного стока. Рельеф изменяет величину осадков, способствуя или затрудняя поступление влажных воздушных масс. Леса, болота, озера на площади бассейна реки оказывают сложное воздействие на величину стока. В целом они регулируют распределение стока в течение года. Лес, растягивая снеготаяние, способствует большему просачиванию влаги в почву, что снижает интенсивность половодья, но увеличивает запас грунтовых вод, питающих реку в маловодный период. Озера и болота забирают из реки избыток воды в многоводные периоды и отдают часть воды в маловодный период. О количестве лесов, озер и болот на площади бассейна реки можно судить по коэффициентам залесенности К_л, озерности К_оз и заболоченности К_б, которые рассчитываются соответственно по формулам (в %):

где f_л, f_оз, f_б – площадь на территории бассейна, занятые соответственно лесом, озерами или болотами

F – площадь всего бассейна реки.

Речной сток зависит от хозяйственной деятельности человека. Создание водохранилищ равносильно увеличению озерности – увеличивается испарение с площади бассейна реки, уменьшается сток. Большее значение имеет регулирующая роль водохранилищ: увеличивая сток рек в маловодные периоды (при сокращении стока в многоводные периоды), водохранилища улучшают режим речного стока, делают реки в целом более полноводными. Заметно снижает сток рек использование речных вод на ирригацию. Сейчас многие реки полностью разбираются на орошение полей, и они не достигают своих прежних устьев. Обработка полей, направленная на задержание влаги в почве (снегозадержание, создание полезащитных лесных полос, глубокая безотвальная и зяблевая вспашка земель), увеличивая запас грунтовых вод, снижает поверхностный сток. Изменят сток рек неправильный выпас скота. Длительное использование земель для выпаса снижает продуктивность почвы, она уплотняется, теряет свою водопроницаемость – увеличивается поверхностный сток, растет сухость почвы. Описанное влияние земледелия особенно заметно проявляется в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения.

Характер распределения скоростей внутри речного потока определяется водной растительностью, уклонами дна, рельефом речного бассейна и дна реки, кривизной русла, наклоном уровня водной поверхности и многими другими факторами.

По длине реки скорости уменьшаются вниз по течению, увеличиваясь в местах сужения русла. Скорость течения больше на середине реки и над большими глубинами, чем у берегов и на мелководьях. Поэтому кривая изменения поверхностной скорости по ширине реки (эпюра скоростей) является как бы зеркальным отображением линии дна (рис. 1).

Рисунок - 1. Эпюры скоростей течения на гидростворе.

Вертикальная ось эпюры – ось скоростей течения, горизонтальная – ось расстояний по ширине реки. На изгибах реки скорость течения у вогнутого берега выше, чем у выпуклого. При опускании на глубину скорость плавно уменьшается. Вертикальную структуру речного потока изучают путем построения вертикальной эпюры скоростей, или годографа. Горизонтальная ось годографа – ось скоростей течения, вертикальная – ось глубины.

Эпюры скоростей строятся путем проведения вертикальных (для горизонтальной эпюры), горизонтальных (для годографа) отрезков, длина которых в выбранном масштабе соответствует скорости течения реки в определенных точках по ширине (для горизонтальной эпюры) или глубине (для годографа) реки. Плавная линия, соединяющая концы построенных таким образом отрезков, и есть эпюра скоростей. Подо льдом течение максимально в центре потока.

Линия максимальных скоростей вдоль речного потока образует его динамическую ось, а линия наибольших скоростей на поверхности – стрежень реки. При открытой поверхности динамическая ось и стрежень потока совпадают.

Поскольку скорость течения реки меняется по глубине и по всему живому сечению потока, для практических целей вводят понятие средней скорости течения реки.

Измерение скорости течения в реках является одним из основных видов гидрометрических работ. Измерение скорости на гидрологических станциях и постах выполняется для вычисления расхода воды в реках. Знание скорости течения необходимо при строительстве гидротехнических сооружений на реках (мостов, плотин, водозаборных сооружений и др.), а также при судоходстве и сплаве леса (в последних случаях определяют еще и направление течения потока).

Скорость течения воды можно измерить очень простым путём. Для этого нужно по берегу отмерить, хотя бы шагами, определённое расстояние, установить отметки и бросить в воду несколько выше верхней отметки поплавок или просто щепку. Время прохода поплавка от одной отметки до другой измеряется по часам с секундной стрелкой. Разделив расстояние между заметками на время, которое поплавок плыл от одной отметки до другой, мы получим поверхностную скорость потока в этом месте. На изысканиях проход поплавков засекают специальным угломерным инструментом.

Обычно скорость течения реки определяют с помощью поплавков или вертушки.

Измерение скорости течения и расхода реки поплавками основано на том, что они воспринимают скорость движения воды, перемещаясь вместе с ней и делая это движение «видимым».

В зависимости от устройства и назначения поплавки подразделяются на:

– поверхностные, предназначенные для измерения скорости течения воды в поверхностном слое;

– глубинные, предназначенные для измерения малых скоростей течения в точках на различной глубине потока;

– поплавки-интеграторы, с помощью которых получают осредненную скорость потока по вертикали.

В качестве поверхностных поплавков применяются деревянные кружки диаметром 10-30 см, высотой 2-7 см (рис.2). Для того чтобы они были более заметны с берега, в их центре укрепляют яркие флажки. Можно использовать обычные бутылки, заполненные водой настолько, что над поверхностью воды находятся только их горлышки, закрытые пробками с флажком. При небольших скоростях течения (до 0,5 м/с) и в ветреную погоду поверхностные поплавки дают ненадежные результаты, а при ветре скорость 5 м/с и более применять их вообще не рекомендуется.

Рисунок - 2. Измерение скорости течения с помощью поверхностных поплавков

Глубинные поплавки состоят из двух частей основного поплавка, погруженного в воду на определенную глубину, и маленького поверхностного, который только указывает путь, проходимый основным поплавком. Поплавки соединяются капроновой или другой прочной нитью. Основными поплавками могут служить легкие (но не всплывающие) предметы – бутылки, частично заполненные водой, деревянные шарики, обработанные олифой, и т. п. Верхний поплавок-указатель делают из пробки или пенопласта.

Для определения осредненной скорости потока между измерительными створами используют гидрометрические шесты, но их можно применять только на реках с постоянной глубиной и не имеющих донных выступов, так как для получения надежных данных глубина погружения шеста в поток составляет 0,95h, где h – глубина на вертикали. Гидрометрический шест может быть выполнен из полых металлических трубок с утяжеленной нижней частью или из другого материала.

Для измерения поверхностной скорости поплавками по длине реки разбивают 3 или 4 створа (рис. 3). Первый створ – пусковой, в нем выпускаются поплавки, остальные – измерительные.

Рисунок - 3. Расположение створов для измерения скоростей поплавками: 1 – пусковой; 2 – верхний; 3 – средний; 4 – нижний

Участок реки, на котором разбиваются створы, должен быть прямолинейным, расстояние между измерительными створами должно быть таким, чтобы поплавок проходил его не менее чем за 30 с. Каждый створ закрепляется на берегах двумя или тремя вехами. При малой ширине реки поплавок в пусковом створе забрасывается в реку с берега, при большой – с лодки. В момент прохождения поплавка через первый измерительный створ включается секундомер. Затем наблюдатель перемещается по берегу до следующего измерительного створа и засекает момент прохождения через него поплавка. Измерения выполняют для 8-10 поплавков. Скорость поплавка υ (в м/с) рассчитывается как частное от деления расстояния между соседними измерительными створами l м на время движения поплавка от верхнего створа к нижнему t_с.

Умножив измеренную скорость реки на площадь живого сечения, получают фиктивный расход реки, его переводят в истинный с помощью коэффициента перехода, определяемого опытным путем для данной реки сопоставлением расходов, измеренных одновременно поплавками и вертушкой.

Гидрометрические вертушки (рис. 4) – наиболее точные приборы для измерения скорости течения потока в отдельных точках. Измерение скорости вертушкой основано на существовании зависимости между числом оборотов ротора вертушки (или лопастного винта) и скоростью течения потока. Вертушки различных типов имеют следующие основные части: рабочие лопасти, воспринимающие движение воды, ось, счетно-контактный механизм, корпус, стабилизатор направления (хвостовое оперение).

Рисунок - 4. Гидрометрическая вертушка

Число оборотов, совершаемое лопастями вертушки, фиксируется счетно-контактным механизмом. Большинство вертушек снабжено электрическим счетным механизмом. Через определенное количество оборотов происходит замыкание электрической цепи и подается сигнал: звуковой – электрическим звонком или световой – электрической лампочкой. Счетно-контактное устройство помещено в специальную водонепроницаемую камеру в корпусе вертушки. Стабилизатор направления (или хвостовое оперение) вертушки необходим для установления вертушки лопастным винтом против течения потока, что важно, если вертушка опускается в поток на тросе.

С помощью вертушки измеряют скорость течения в отдельных точках потока на выбранных скоростных вертикалях. Число скоростных вертикалей определяется формой и размерами водного тока. Скоростные вертикали обычно совпадают с промерными вертикалями.

Количество скоростных вертикалей по ширине реки может быть найдено из табл. 1.

Таблица – 1. Количество скоростных вертикалей в зависимости от ширины реки

Ширина реки, м	Расстояние между скоростными вертикалями, м
2-5	0,5-1
5-20	1-2
20-30	2
30-40	3
40-60	4
60-80	6
80-100	8

Ближайшая к берегу вертикаль при плавном увеличении глубины намечается на расстоянии вдвое меньшем, чем расстояние между остальными вертикалями. При обрывистых берегах, у мостовых опор крайние вертикали назначаются вне зоны береговых завихрений воды, но не ближе чем на 0,3 м от берега. На местах резких переломов профиля русла и у границ мертвого пространства (если они есть в исследуемой реке) намечаются дополнительные скоростные вертикали (границы мертвого пространства определяются поплавками). Число точек измерения скорости на каждой вертикали определяется глубиной на вертикали и требуемой точностью измерения расхода. При основном способе измерения расходов скорости измеряют в точках 0,2 и 0,8 глубины на всех вертикалях в свободном ото льда русле (при ледяном покрове на 0,15; 0,50 и 0,85 глубины). При сокращенном способе измерения расходов скорости измеряют на всех вертикалях в точке 0,6 глубины.

В состав работ по измерению скорости воды вертушкой входит: подготовка к работе самой вертушки; выяснение и описание обстановки работ; измерение уровня реки; измерение глубины вертикалей (двойным ходом) и расчет глубин опускания вертушки; непосредственное измерение скорости. После вывода вертушки в нужную точку на вертикали через один-два сигнала (звуковых или световых) включается секундомер и начинается счет сигналов (первый сигнал, по которому включается секундомер, не учитывается). Наблюдение продолжается до первого сигнала, последовавшего после 100 с наблюдений, но во всех случаях сигналов должно быть не менее четырех. В журнал записывается общее число сигналов и общая продолжительность периода наблюдений. При малой скорости течения, когда промежуток времени между сигналами превышает 80 с, измерение вертушкой не рекомендуется и вместо нее можно использовать глубинные поплавки. После окончания измерения скорости течения реки производится вторичный отсчет уровня воды и первичная обработка полученных данных. Число оборотов в 1 с подсчитывается делением полученного числа оборотов на продолжительность наблюдений в секундах с точностью до 0,01. Скорость течения (в м/с) снимается с тарировочной кривой по числу оборотов в секунду.

Средняя скорость течения на вертикали вычисляется по формулам:

при измерении скорости в двух точках

при измерении в одной точке

Так как все морфологические характеристики водоема связаны с уровнем, необходимо вести подробные и тщательные наблюдения за уровнем. Наблюдения за колебанием уровня проводятся на водомерных постах (рис. 5) и заключаются в измерении высоты водной поверхности над некоторой постоянной плоскостью, принимаемой за начальную, или нулевую. За такую плоскость принимают плоскость, проходящую через отметку несколько ниже наинизшего уровня воды. Абсолютную или относительную отметку этой плоскости называют нулем графика, в превышениях над которым и даются все уровни.

Рисунок - 5. Временный водомерный пост: 1 - репер; 2 - сваи; 3 - нивелировочный ход.

Измерения производятся при помощи водомерной рейки с точностью до 1 см. Рейки бывают двух типов – постоянные и переносные. Постоянные рейки прикрепляются к устоям мостов или к свае, забитой в дно русла у берега. При пологих берегах и больших амплитудах колебаний уровней наблюдения за ними проводятся при помощи переносной рейки. Для этого в русло реки и на пойме забивается ряд расположенных в створе свай. Отметки головок свай связываются нивелировкой с репером водомерного поста, установленным на берегу, абсолютная или относительная отметка которого известна.

Переносной рейкой (рис.6), устанавливаемой на головке сваи, измеряют уровень воды. Зная отметку головки каждой сваи, можно выразить все измеренные уровни в превышениях над нулевой поверхностью, или нулем графика. Наблюдения на водомерных постах проводятся 2 раза в сутки – в 8 и 20 часов. В период, когда уровни быстро меняются, в течение суток проводятся дополнительные наблюдения через 1, 2, 3 или 6 часов.

Рисунок - 6. Способы измерения уровня воды: а) с помощью рейки; б) с помощью сваи; 1 - переносная рейка с делениями через 1 см; 2 - майна; 3 - лед; 4 - свая; 5 - нуль сваи; 6 - нуль водопоста.

Для непрерывной регистрации уровней в течение суток применяются самописцы уровней. Так же существует автоматический режимный регистрирующий (уровень и температуру воды) гидрологическим постом. Переход к автоматизированной системе наблюдений ускоряет получение гидрологической информации и повышает эффективность ее использования.

По данным всех измерений вычисляются средние уровни за каждый день и составляются таблицы ежедневных средних уровней за год. В этих таблицах помещаются средние уровни за каждый месяц и за год и выбираются наивысшие и наинизшие уровни за каждый месяц и год. Средние, наибольшие и наименьшие уровни называются характерными уровнями.

По данным ежедневных наблюдений за уровнями строятся графики их колебаний, дающие наглядное представление об уровенном режиме за данный год. Относительно среднего уровня ведется отсчет глубины во всех водоемах без приливов. К таким водоемам относятся все внутренние водоемы суши и моря, величина приливов в которых не превышает 0,5 м. В морях с приливами глубины измеряются от наинизшего в данном месте уровня, возможного по астрономическим причинам. Эта условная поверхность, относительно которой даются отметки глубин на морских навигационных картах, называется нулем глубин. Таким образом, в любой точке Мирового океана в каждый данный момент общая глубина может быть равной или больше указанной на карте, но ни в коем случае не меньше. Этим достигается безопасность плавания. В этом – смысл определения нуля глубин.