2 Этап (озерная гидрометрия).

15-й день. Выезд на учебный полигон. Озеро Зеренди (база практик университета ЕНУ им. Л.Н.Гумилева). Посещение кургальджинского музея и заповедника. АВТОБУС: 8-00...18-00.

16-й день – Работа №10. Методика изучение и описания озера

Камеральная обработка и Оформление работы.

17-й день. Работа №11. Гидрографическое обследование участка реки.

Камеральная обработка и Оформление работы.

18-й день – Работа №12. Измерение высоты волны. Сопоставление фактических (измеренных) с расчетными данными.

Камеральная обработка и Оформление работы.

19-й день. Работа №13. Водомерные наблюдения на посту (№1) Камеральная обработка и Оформление работы.

20-й день. Камеральная обработка и оформление работы по 2 этапу-озерной гидрометрии. Работа №14. Окончательная обработка материалов и составление отчета. Оценка результатов практики.

22-й день. Сдача зачета. Отъезд из учебного полигона. АВТОБУС: 13-00...18-00.

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИКИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ

ПЕРВЫЙ ЭТАП ПРАКТИКИ. РЕЧНАЯ ГИДРОМЕТРИЯ

Работа №1. Выезд на действующие гидрометеорологические станции и водохозяйственные объекты

Цель работы: ознакомление и изучение зада­ч (работ) службы Казгидромета и Комитета по водным ресурсам МСХ РК и тем самым- закрепление материалов по курсу основы гидрометрии, гидрологии и регулирования стока.

Осмотру подлежат действующие гидрологические посты, ме­теостанции и водохозяйственные объекты (гидроузлы, водохранилища).

Ознакомление производится как с объектами наблюдений (рекой, водохранилищем и пр.), так и с организацией и прове­дением гидрометеорологических и водохозяйственных наблюдений на них.

Беседу (ознакомление) проводит руководитель практики или специалист обслуживавший гидрометеорологический пли водохозяйственный объект.

У каждого студента должен быть дневник, в котором он записывает полученные сведения, а также свои наблюдения и графические построения (описание приборов, рисунки и пр.).

В состав работы по объектам наблюдений, например, за рекой, входит:

1.Ознакамление с водосбором (бассейном) ре­ки, где происходит формирование поверхностного жидкого и твердого стока.

При этом освещаются:

-гидрографические характеристики бассейна и русла реки (главная река), куда входит данный водоток, меандрирование реки, плесы, перекаты, использование реки (более полное освещение, приложение А);

-рельеф;

-почвенно-растительный покров;

-явление смыва и размыва, т.е. эрозионные процессы на водосборе и в русле реки.

2.Ознакомление с элементами речной долины (в попереч­ном профиле). Приводятся определения, показывается в нату­ре долина, пойма, террасы, дно и русло. Для русл с поймами возможна схематизация в виде параболического русла и горизонтальной симметричной или несимметричной поймы. На рисунке 1 обозначено: - ширина русла при заполнении его до бровок; и ширина соответственно правобережной и левобережной поймы.

Рисунок 1 – Схема поперечного сечения русла и поймы реки.

Рисунок 2. Пойма и террасы реки.

Долина реки это относительно узкое, вытянутое в длину углубление в земной поверхности, и образованное вековой дея­тельностью стекающей по поверхности земли воды и характери­зующееся общим наклоном дна от одного конца к другому.

Дно (ложе) долины - это самая низкая часть долины. В дно входит пойма реки - часть долины, заливаемая высокими во­дами при половодьях и русло реки - часть долинного дна, заня­тая водами реки.

На склонах долины могут быть террасы, рис.2. Это более или менее горизонтальные площадки (участки), образовавшиеся в результате постепенного врезания русла реки в дно долины. Причиной образования террас могут быть тектонические процессы, а также - наступление и отступание ледников.

В разрезе второй части этой работы производится озна­комление с участком стационарных гидрологических наблюдений.

В этом плане отмечается соответствие выбранного участка для наблюдений (створа и водопоста), предъявляемые к этому тре­бованиям (см. работу №2): прямолинейность, однообразие, устойчивость русла, отсутствие на участке притоков, гид­ротехнических сооружений и пр.

Руководитель практики или специалист должен ознакомить студентов с организацией и проведением наблюдения на гид­рологической станции:

а) водомерный гидрологический пост: тип поста и его устройство, самописцы уровня, высотные знаки - репера, нуль гра­фика поста, виды и содержание наблюдений;

б) гидроствор: его устройство, состав и назначение оборудований, закрепление промерных и скоростных вертикалей, производство промеров

глубин, измерение скоростей и расходов. Измерение расходов воды дистанционными установками (ГР-64, ГР-70);

в) определение физико-химических свойств воды: темпера­туры, цвета и прозрачности, отбор проб на химанализ;

г) измерение твердого расхода (взвешенных и влекомых наносов).

Метеорологические станции изучает климатические факто­ры стока, гидротермический режим атмосферы и др. Поэтому, нахо­дясь на метеостанции, необходимо ознакомить студентов с её устройством, приборами и установками, а также с содержанием работ: наблюдениями за температурой и влажностью воздуха, скоростью и направлением ветра, осадками и испарением, за температурой, промерзанием почвы и другими элементами, приложение Б.

Знание гидрологических и метеорологических наблюдений. Они необходимы еще и потому, что входят в состав инженерно-гидро­логических изысканий и записок при строительстве многих гидротехнических сооружений (ГТС), в частности плотин (водохранилищ ).

При посещении водохранилища студенты знакомится о та­кими сведениями:

• Название водохранилища и его параметры (длина, ширина, глубина);

и что входит в комплекс данного ГТС;

-вид регулирования и использования водохранилища; объем аккумулированного стока; организация учета воды; размер подвешенных площадей и пр.

Собранные данные (основные) по работе № I (текстовые сведения рисунки и пр.) помещаются в отчет в произвольной форме.

Работа № 2. Выбор участка реки для организации стацио­нарных гидрологических наблюдений

Основным условием при выборе такого участка является обеспечение постоянных гидрологических наблюдений с возмож­но большей полнотой и точностью. Участок реки, где намечается открытие поста и устрой­ство гидрометрического створа, подлежит детальному обследо­ванию. При этом необходимо получить данные об использовании воды и водном режиме реки в районе намечаемого участка, вы­яснить наличие крупномасштабных карт и морфометрических характеристик русла на участке. Обследовать гидротехничес­кие сооружения и водозаборы: если они имеются вблизи наме- чаемого створа или поста, выясняя одновременно возможность организации на них учета стока и т.д. В соответствии с указанными, в состав работ по выбору места наблюдений входит:

1.Рекогносцировочное обследование реки в намеченном районе (включая общий осмотр местности, глазомерную съемку) и выбор участка, предназначенного для стационарных и гидрометрических наблюдений.

2. Подробные изыскания на выбранном участке.

З.Составление отчета о производственных работах.

При рекогносцировочном обследовании для организации постоянных наблюдений на реке должен быть выбран участок, отвевающих следующим требованиям:

1.Участок должен быть прямолинейным на протяжении пя­тикратной ширины реки ( L =5 В), открытым.

2.Течение должно быть спокойным, параллельноструйным без заводей и обратных течений.

3.Пойма реки на участке должна быть небольшой, сво­бодной от протоков и стариц, от древесной и кустарниковой растительности.

4.Берега и русло должны быть возможно более устойчивыми, неразрываемыми, дно ровное, не загроможденное камнями и не заросшее.

5.Продольный уклон, ширина и глубина реки должны быть по возможности однообразным, а поперечный профиль русла - правиленой корытообразной формы.

6.На участке или непосредственно ниже его не должны впадать притоки или находиться перекаты, пороги, водохрани­лища - могущие создавать переменный подпор уровня.

Затем на этом участке производятся подробные изыска­ния, в состав которых входит:

а) полуинструментальная топографическая съемка в масштабе I : 50 или I : 100 ;

б) обследование грунтов дна и берегов реки;

в)определение направления и величин скоростей течения.

Полуинструментальная съемка выполняется для получения плановой топографической основы участка. Она состоит из ни­велирования отметок уровней высоких вод поймы берегов, урезов воды и промеров русла по трем поперечникам.Границы съемки по ширине участка определяются отметками на 0,5-1,0м, превышающими самый высокий (исторический) уровень води.

Расстояния между крайними поперечниками принимаются 20-50м. Расстояния между точками нивелирования составляет 0,5-2,0м. Нивелируются характерные точки профиля и урезы воды левого и правого берегов.

Результаты нивелирования точек поймы и берегов оформ­ляются в виде "Журнала нивелирования". Измеренные глубины по поперечникам заносятся в журналы "Промеры глубин".

Камеральная обработка съемки ведется в следующем по­рядке:

1. На листке белой или миллиметровой бумаги наносятся плановая и высотная основы съемки - магистраль, поперечные профили, отметки высот и др., т.е. строится план съемки участка (см. работу № 7, рис. 10).

2.По данным нивелирования и промеров на плане нано­сятся точки урезов и метки высоких вод.

3.Проводятся горизонтали и изобаты (сечение 0,10 - 0,25м). План строится в горизонталях, однако русловая часть может быть дана в изобатах.

4.Глазомерно наносится ситуация на участке.

5.На план участка наносятся места выходов родников, наличие водной растительности, валуны, отдельные деревья.

6.Вычерчивается поперечный профиль по среднему створу и продольный профиль, наносится линия дна, линия уреза во­ды в момент съемки и линия уровня высоких вод (УВВ). Обследование грунтов дна и берегов реки производится глазомерно по обнажениям на подмытых крутых берегах и по донным отложениям. В описании участка и на среднем попереч­нике следует указать характер грунтов (скала, песок, глина, суглинок, галька, гравий, валуны), а также крупность, одно­родность, цвет, плотность грунтов. Отмечаются ополза­ния и обрушения берегов, отмели, конусы выноса впадающих в реку притоков и оврагов, следы селевых паводков.

На точность измерения расхода воды оказывает влияние правильность выбора направления гидроствора на реке.

Гидроствор- это закрепленный по берегам (столбами, реперами) поперечник через реку, где производится постоянное (стационарное) измерения расходов воды и наносов.

Направление гидроствора должно быть перпендикулярным к среднему направлению течения, оно зависит также и от ве­личин самих поверхностных скоростей.

Среднее направление течений на участке (а равно - вы­бор правильного направления гидроствора) определяется изме­рением скоростей, поверхностными поплавками (см. работу № 6). По результатам этих измерений (с засечкой мест прохождения всех поплавков по ширине реки для каждого створа) составля­ется план участка реки (в данной работе его составление не предусматривается) с указанием траекторий (пунктиром) направ­лений движения (течения) поплавков.

По этому плану и определяется среднее направление тече­ний и проводится линия гидроствора, которая затем переносится на место. В качестве гидроствора в первом приближении принимается средний створ (поперечник), но в дальнейшим положение гидроствора уточняется по результатом поплавочных измерений.

В экспедиционных условиях на небольших реках и каналах направление створа может быть назначено на глаз перпендикулярно к общему направлению течения реки, ориентируясь на очертание берегов.

Примечание: топографическая часть этой работы производится в работе № 7.

Работа № 3. Нивелирование водомерного (гидрологического) поста. наблюдение над уровнем и физическими свойствами воды

Водомерные посты (водпосты) устраиваются на реках и каналах для систематического измерения колебания уровня воды. Уровень воды (Н) - это высота поверхности воды, отсчитываемая от условной горизонтальной плоскости, называемой нулем графика поста

(Н_о ). Эта плоскость, от которой ведется отчет уровня, является постоянной и назначается 0,5 м ниже от низшего уровня воды или дна канала (рис. 3).

Рисунок 3. Схема нивелирования водомерного поста.

Посты бывают: речные, свайные, смешанные и других типов. Колебания уровня в нашем случае фиксируется водомерной рейкой, установленной в бетонированном колодце (водпосты местных водхозов).

Целью данной работы является определение высотных отметок водомерных устройств поста: отметки нуля наблюдений (рейки) 0 наблюдений и нуля графика. Эти данные необходимы для определения приводки и последующего вычисления уровня воды над нулем графика. Нуль рейки расположен на нижнем её конце и называется нулем наблюдений.

Приводка (h_пр) - это верти­кальное расстояние между нулем графика и нулем рейки.

Указанные высотные отметки поста определяются путем ни­велирования от репера (Rр), расположенного на берегу. Отметка репера задается преподавателем (обычно: 10,00; 50,00;100,00 м. усл.).

Ввиду незначительных расстояний и относительных высот между постовыми устройствами и репером, нивелирование ведется с одной стоянки, а следовательно и отсчет ведется только по одной стороне рейки (черной).

Порядок выполнения работы. С помощью нивелира берутся отсчеты по рейке (черные), устанавливаемой поочередно на репер и урез воды в колодце (УВ), а также на дно канала в средней его части (ДК ).

Если глубина и скорость течения в канале не позволяет установить здесь нивелирную рейку, то наибольшая глубина водо­тока в створе гидрометрического поста измеряется гидрометричес­кой штангой.

Результаты нивелирования (отсчеты) заносятся в журнал (табл.1). Все отметки (гр.5) вычисляются как разность горизонта инструмента и отсчетов по рейке (гр.3). Ввиду того, что нуль наблюдений рейки находится под водой и установить на него ниве­лирную рейку нельзя, отсчет для этой высотной точки находится путем сложения отсчета по нивелирной рейке, установленной на урез воды в колодце и уровня воды по водомерной рейке (h_р).

В таблице это 2430+ 0210 = 2640. При совпадении начала (нуля) рейки с дном колодца за отсчет для точки "нуль наблюдений" при­нимается отсчет по нивелирной рейке, установленной на дно колодца. Если глубина канала измерена штангой, то отметка его дна равна отметке уровня воды в колодце минус глубина. Отсчет по рейке для нуля графика равен отсчету дна канала плюс 0,5 м, т.е. 2830 + 0, 500 = ЗЗ30. Все характерные высотные отметки и уровни показаны на рис.3.

Таблица I. Журнал нивелирования водомерного поста (образец заполнения)

Горизонт инструмента 51,110 м. усл.

№ точек нивелирования	Наименование точек	Отсчеты по рейке, мм	Превышения, мм	Условные отметки,м	Примечания
1.	Репер	1110		50,000	Отсчет по водомерной рейки 0210
2.	Уровень воды в колодце	2430	- 1320	48,680
3.	Нуль рейки	(2640)	-0210	48,470
4.	Дно канала	2830	-0190	48,280
5.	Нуль графика	(3330)	-0500	47,780
	Приводка 48,470 - 47,780 = 0,690 м = 69см

Для того чтобы определить приводку необходимо от от­метки нуля рейки (48,470) вычесть высоту нуля графика(47,780). Приводка дается (округляется) в целых см.

Во второй части этой работы необходимо произвести наб­людения над уровнем на водпосту. Наблюдения ведутся через 20 минут в течении 2-х часов и сводятся в табл. 2.

Таблица 2. Водомерные наблюдения

Время наблюдения	10-00	10-20	10-40	11-00	11-20	11-40	12-00	Ср.
Отсчет уровня по водомерной рейке h, см Уровень воды над нулем графика Н, см	21 90	30 99	и т.д. и т.д.

Обработка водомерных наблюдений заключается в вычис­лении уровня воды над нулем графика, выводе среднего его значения за период наблюдений и в построении графика ко­лебания уровня.

Уровень воды над нулем графика вычисляется путем при­бавления к приводке отсчета по рейке (h), т.е.

Н = h_пр+ h. (1)

Наблюдения над температурой воды. Наблюдения над температурой воды рек водоемов произво­дится, как правило, на водомерном посту.

Для измерения температуры применяются специальные вод­ные (родниковые) термометры в металлической или пластмассо­вой оправе, рис. 4.

Рисунок 4. Ртутный термометр в оправе.

Шарик (резервуар) такого термометра помещен в полый стаканчик-цилиндр с отверстиями в верхней части, че­рез которые проходит вода и наполняет стаканчик. Термометр воспринимает температуру воды на той глубине, где ведется измерение, и сохраняет его время отсчета.

Наименьшее деление таких термометров 0,2°С. Для изме­рений можно использовать и обычный ртутный термометр. Наблю­дения ведутся ежедневно в два срока 8 и 20 час, на глуби­не 0,1м от поверхности. При измерении термометр опускается в воду и выдерживается там в течение 3-5 минут, чтобы вода в стаканчике восприняла температуру окружающего слоя воды.

Результаты измерений записываются в специальную графу "Водомерной книжки". При обработке показаний термометра к отсчетам вводится инструментальная поправка согласно свиде­тельства (сертификата) о проверке термометра.

В нашем случае студенты производят разовое (единич­ное) измерение температуры воды. Эти показания записываются в данную работу и включаются в отчет.

Определение гидрофизических свойств воды. Сюда входят: прозрачность, цвет, запах и вкус воды.

Определение этих характеристик особенно важно сейчас в связи с загрязнением поверхностных вод. Неблагоприятные свойства воды, плохое ее качество, лимитируют использование воды в народно­хозяйственных целях. Кроме того изменение природных физических свойств воды отрицательно влияет на ход биологических процессов в водоемах. Наиболее полно, принципы оценки качества воды, приложение В. Примерная классификация воды по гидрофизическим показателям приведены в таблице 3.

Таблица 3. Показатели состояния водоемов по физическим и органолептическим свойствам [Гидроэкология, 2011 ]

Степень загрязнения	Взвешенные вещества мг/л	Прозрачность		Запах, в баллах	Нефть		рН
		по Секки, в м	по Снеллену, в см		в баллах	в мг/л
Очень чистые	1–3	>2	>30	1	0	0,00	6,5–8,0
Чистые	4–10	2–1	30–20	2	1	0,1–0,2	6,5–8,5
Умеренно загрязненные	11–19	1–0,3	19–3,0	3	2	0,3	6,0–9,0
3агрязненные	20–50	0,3–0,1	2,0–1,0	4	3	1	5–6, 9–10
Грязные	51–100	0,1–0,02	<1,0–0,5	5	4	2	5–6, 9–10
Очень грязные	>100	<0.02	< 0.5	5	5	5	2–4,11–13

Вот почему оценка этих качеств воды нами включена в прог­рамму практических работ по гидрометрии. Студент, бакалавр - гидролог должен уметь определять физические качества воды в полевых условиях.

Прозрачность воды зависит от количества в ней взвешенных частиц органического и минерального происхождения, а также от наличия различных микроорганизмов (в общем за­висит от мутности воды).

Прозрачность определяется с помощью белого диска (диск Секки), который представляет собой белый латунной круг диаметром 30 см, рис.5. В центре диска имеется отверстие с втулкой че­рез которые проходит, а внизу крепится размеченный на деци­метры тросик (или крепкий шнур).

Рисунок 5 – Диск белый (ДБ).

Для определения прозрачности диск на тросе постепен­но в горизонтальном положении опускается в воду. Одновремен­но наблюдается его исчезновение (затенение). В момент, когда ви­димость диска исчезнет, отмечается глубина: прозрачности по тросу в метрах. Затем диск поднимается обратно. В момент, где он снова станет видимым повторно отмечается глубина. Эта ха­рактеристика прозрачности (глубина) в виде среднего значения из двух измерений и записывается в водомерной книжке или в по­левым журнале.

Прозрачность можно определят и визуально по такой шкале (градации): очень прозрачная - при отсутствии каких – либо взвесей в воде; слабомутная –при наличии хорошо видимых взвесей; мутная - взвесей так много , что налитая в белую бутылку вода имеет непрозрачный вид.

Цвет воды зависит от ее химсостава и наличия в ней взвешенных частиц. Для определения цветности служит шкала цветности, состоящая из 22 стеклянных пробирок с набором цветных растворов разных оттенков - от синего до коричного (все цвета пронумерованы), рис.6.

Рисунок 6 – Шкала цветности воды (ШЦВ).

Цвет воды определяется сразу же после измерения прозрачности. Для этого диск Секки опускается в воду на половину глубины прозрачности и, имея перед собой шкалу цветности сравнивают цвет воды на фоне диска с цветом жидкости в пробирках. В по­левом журнале отмечают номер пробирки цвет которой совпал со цветом воды.

При отсутствии белого диска цвет воды определяют на черном фоне, для чего имеющийся лист бумаги на дне шкалы поворачивают вверх черной стороной к пробиркам, затем также сравнивают цвет воды водоема с цветами пробирок. Шкалу цвет­ности в нерабочем состоянии следует держат закрытой, а при работе она должна располагаться в тени, так как свет искажает цветность.

По цвету вода может быть: бесцветная, голубая, желтая, коричневая и др.

Запах воды определяется на месте у водоема. Для этого производится отбор пробы воды в чистую посуду и нюхая, отмечают имеющийся запах словами: нет, ржавый, болотистый, затхлый, гнилостный и т.д., таблица 4.

Таблица 4.Определение интенсивности запаха воды [Гидроэкология, 2011 ]

Оценка интенсивности запаха, баллы	Интенсивность запаха	Характер проявления запаха
0	никакого запаха	отсутствие ощутимого запаха
I	очень слабый	запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый специалистом
II	Слабый	запах, обнаруживаемый потребителем, если обратить на это внимание
III	Заметный	запах, легко обнаруживаемый, может быть причиной того, что вода неприятна для питья
IV	Отчетливый	запах, обращающий на себя внимание, может заставить воздержаться от питья
V	очень сильный	запах, настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

ВКУС определяется лишь для воды, употребляемой для питья. Он тоже отмечается словами: без вкуса, соленый, горький, кисловатый, болотистый и т.п. Примечание: Вообще говоря указанная методика определе­ния прозрачности и цвета воды больше пригодна для равнинных (более глубоких с небольшим равномерным движением воды) рек. На горных и предгорных реках, имеющих небольшую глубину, но большую скорость течения, диск сносится течением. Необходимо подвешивать дополнительный груз или вводит поправку на глубину за счет относа, а также делать более надежный трос.

Что касается цвета воды таких рек, то его определение по шкале цветности также несколько затруднено турбулентностью потоков, наличием волновых явлений и пенистых гребней.

Работа№4. Производство промеров глубин на участке реки

Промерные работы являются основной частью всех гидро­метрических работ. Они проводятся для исследования рельефа дна, а также при измерении расходов воды и наносов.

При промерах глубин определяются:

1.Положение промерных точек в плане (расстояния от постоянного начала).

2.Глубина в каждой промерной точке.

3.Высота уровня воды (если он не отмечался при измере­нии расхода и если промеры имеют самостоятельное значение).

4.Характер грунтов дна.

Промерные работы выполняются на участке реки (водото­ка) длиной 30-50 м ( по указанию преподавателя) на 1О попе­речниках.

Основным прибором дли измерения глубин служит гидро­метрическая штанга, разделенная на дециметры. Могут быть так­же использованы для этих целей рейки: водомерная, нивелирная, снегомерная.

Перед производством промеров по одному из берегов прокладывается магистраль, протягивается и закрепляется шпа­гат (рис. 7). Перпендикулярно магистрали, через равные рассто­яния, разбиваются поперечники. На каждом поперечнике измеря­ется расстояния от магистрали до обоих урезов АБ и АВ (рис.7) и другой случай, рис.8.

Рисунок 7. Участок реки для производства промеров глубин по поперечным профилям.

Рисунок 8. Схема к измерению глубин по поперечным профилям.

В зависимости от ширины реки БВ, намечается положе­ние промерных вертикалей (точек). При ширине водотока 3-5 м вертикали назначаются и шпагат размечается через 20-30 см, при ширине 5-10 м через 50см, при ширине 10-30 м - через 1метр. За­тем размеченный шпагат натягивается между урезами Б и В таким образом, чтобы первая метка совпала с урезом (Б). Против остальных всех меток штангой измеряются глубины. Обязательно измеряются глубины на урезах левого и правого берега.

В процессе измерения все данные записываются в "Книжку (таблицу) для записей поперечных промеров русла", (табл.5).

Таблица 5. Журнал промеров глубин по поперечникам

№ по перечника	Расстояние от магистрали до уреза, м	Глубина в точках измерения, м						Грунт дна
		На урезе левого берега	1	2	3	…	На урезе правого берега
1.	2,5 7,5	0,10	0,12	0,14	0,18		0,0
2.
3.
…
10

По результатам измерений строится план участка в изобатах (рис.9). Для этого на план наносится магистраль и от нее в выб­ранном масштабе откладываются расстояния до урезов обеих бере­гов. На всех поперечниках

.

Рисунок 9. План участка реки в изобатах. (надо оставить один- нехороший, исправить).

выписываются измеренные глубины и вы­черчиваются линии равных глубин-изобаты. Сечение изобат выбира­ется исходя из масштаба съемки и величин глубин, с таким расче­том, чтобы на плане их было порядка четырех-шести. Например, при глубинах 0,2-0,5 м изобаты проводятся через 0,1м, при глубинах

0,5-2м-через 0,2м. Hа изобатах выписываются их отметки.

Данные промеров глубин могут быть использованы и для дру­гих целей: построение поперечных профилей и вычисление морфомет­рических характеристик русла, составления продольного профиля участка реки и пр

Работа№ 5. Измерение расхода воды вертушкой детальным способом

Расходом воды (Q) называется количество воды, про­текающее через водное сечение русла реки в единицу времени (обычно в м³/с).

При детальном способе измерение расхода воды в расчет принимаются все скоростные вертикали и все общепринятые (пять-шесть) точки измерения скорости.

Основными компонентами, входящими в измеряемый или вычисляемый расход воды, являются площадь водного (Живого) сечения (ɷ м² ) и скорость потока (V м/с). Общая формула расхода имеет вид:

Q= ɷ ∙V, (2)

где ɷ - площадь водного сечения, V -скорость течения.

Перед измерением расхода предварительно измеряется уровень воды на водомерном посту. Площадь живого сечения между скоростными вертикалями вычисляет в результате обработки промеров глубин, которые заносятся в "Taблицу вычисления расхода аналитическим спосо­бом (табл.6). (Стандартные бланки для работы выдаются). Про­меры делаются гидрометрической штангой.

Таблица 6. Вычисления расхода воды аналитическим способом

Река _ _ _ _ _ пункт_ _ _ _ _ способ вычисления_ _ _ _ _

№ промерной вертикали	№ скоростной вертикали	Расстояние от постоянного начала, м	Глубина,м	Расстояние между промерными верикалями, м	Средняя глубина между промерными вертикалями	Площадь живого сечения, м2		Средняя скорость течения, м/с		Частный расход между скоростными вертикалями, м3/ с
						Между промерными вертикалями	Между скоростными вертикалями
								На скоростной вертикали	Между скор остны ми вертикалями
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Ур.л.б.		5,0	0,10
1	1	6,0	0,30
2		7,0	0,42
3	2	8,0	0,45
…		…	…
Ур.п.б.		25,6	0,00
В=		һнаиб=		һср=		Vср =		Q =

Число промерных вертикалей выбирается в зависимости от ширины реки. Намеченные вертикали закрепляются на гидро­метрическом мостике метками (насечки, краска). Число скоростных вертикалей назначается через одну промерную. При детальном способе измерения расхода, скорости по­тока на вертикале измеряются обычно в пяти точках (если глу­бина не меньше 0,6-1,0 м, в зависимости от диаметра винта ис­пользуемой вертушки): у поверхности, на 0,2, 0,6, 0,8 общей глубины (от поверхности) и у дна.

При измерении скорости дна вертушка устанавливается так, чтобы лопастной винт вертушки не доставал дно.

Глубина установки вертушки (на штанге) в нужную точку измерения скорости рассчитывается от поверхности воды путем умножения общей глубины скоростной вертикали на положении этой точки в долях глубины. Например, при общей глубине вер­тикали 80 см и точки измерения 0,6 - глубина погружения вертушки от поверхности составит 80 ∙ 0,6 = 48 см. В целях облегчения указанного расчета, на последней странице « Книжки для измерения расхода воды» имеется специ­альная таблица.

Для измерения скорости потока вертушку необходимо соб­рать. Во избежание потери ротора (лопасти) в потоке, необхо­димо тщательно затянуть винт на корпусе вертушки, соединить сигнальную цепь и проверить ее исправность вместе с контактным механизмом. Для этого толчком руки надо сообщить враще­ние ротору вертушки, включить тумблер (звонок или лампочку), после чего должны равномерно поступать сигналы. При отсутст­вии сигналов или не равномерности их поступления следует выяснить и устранить причины нарушения.

После установки вертушки на нужную глубину в потоке пропускают 2-4 сигнала, а затем включаются секундомер на 100 - 120 с. Сигнал, по которому включается секундомер, в расчет не принимается (он называется нулевым.)

Чтобы определить скорость вращения ротора производится подсчет числа сигналов за время работы вертушки t с. Тогда общее число оборотов лопастного винта за период наб­людений составит,

N= К ∙ 20, (3)

где К-число сигналов.

Скорость вращения ротора в единицу времени (n ) об/с

n= N / t , (4)

где t -время работы секундомера.

Скорость потока в точке вычисляется по тарировочной кривой или тарировочной таблице, зная число оборотов ло­пастного винта в 1 секунду (п). Для определения средней скорости на вертикали в зависимости от глубины водотока, условий производства работ и характера задания применяют одноточечный, двух- , трех- , и пятиточечный методы измерения. При одноточечном методе скорость измеряют на 0,6 глубины от поверхности. Скорость в этой точке, как доказано опытами, близка к средней скорости на вертикали.

Средняя скорость на вертикалях при пяти точках измерения, определяется по формуле:

V_cp = 0,1 (V_пов +3V₀₂ + 3V₀₆ + 2V₀₈+ V_дно), (5)

где V_пов ,V₀₂ , V₀₆ ,V₀₈ , V_дно - соответственно скорости на поверхности, на глубине 0,2; 0,6; 0,8 и у дна.

Все измерения для расчета скорости потока заносятся в таблицу 7. (имеется такие стандартные бланки).

Для вычисления расхода воды используется данные про­меров глубин (табл.6, гр. 1-8) и измерения скоростей (табл.7), расчеты сводятся в общий стандартный бланк (табл.6).

В данной работе расход воды, протекающий в канале или речном русле, вычисляется путем суммирования частных рас­ходов между соседними скоростными вертикалями:

, (6)

где - полный расход воды, м³/с; , ,…, - средние скорости на вертикалях, м/с; - площадь водного сечения между берегом (границей «мертвого» пространства) и первой скоростной вертикалью, м²; , ,…, - площадь между скоростными вертикалями, м²; - площадь

Таблица 7. Измерение скорости течения

Река _ _ _ _ _ пункт_ _ _ _ _ способ вычисления_ _ _ _ _

№ Скоростных вертикалей	Общая глубина h, м	Точки измерения скорости	Продолжительность наблюде ний t , с	Число сигна лов, К	Общее число оборотов лопастного винта N, об	число оборотов в секунду n, об/с	Скорость в точке V, м/с	Средняя скорость на вертикали Vср , м/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9
І		Пов. 0,2 0,6 0,8 Дно
2		Пов. 0,2 0,6 0,8 дно
3
…
10

водного сечения между последней скоростной вертикалью и берегом; - коэффициент для скоростей на прибрежных вертикалях, равный: для пологого берега с глубиной на урезе, равной нулю - 0,7; для обрывистого берега или неровной стенки – 0,8; для гладкой стенки – 0,9; при наличии мертвого объема – 0,5.

В итоге выполнения работы, должен быть вычислен расход воды, а также построен поперечный профиль водотока (рис.10). Профиль строится на миллиметровке, на нем наносятся линии равных скоростей (изотах) через 0,1-0,2м/с (проставля­ются отметки изотах), а сверху над профилем строится эпюра средних скоростей; справа или внизу на свободном поле графи­ка даются эпюры распределения скоростей по глубине для двух-трех скоростных вертикалей.

Рисунок 10. Поперечный профиль водного сечения реки с изотахами и эпюрами скоростей по ширине и на вертикалях.

Работа №6. Измерения расходов воды с помощью вертушки основным способом и поверхностными поплавками

Для измерения расходов потока поверхностными поплавками и основным способом выбирается прямолинейный участок и на нем назначается средний (основной) створ. Если на участке имеется гидрометрический створ (мостик), то он обычно и слу­жит средним створом.

Ниже и выше основного створа, на расстоянии 15-30 м, наз­начается еще два: верхний (верховой) и нижний, с таким расче­том, чтобы продолжительность хода поплавка между ними была не менее 20 с. Выше верхнего створа, примерно в 5-10м назначается пусковой створ. Все створы по концам закрепля­ется вехами или пирамидками.

На одном из берегов, параллельно основному направлению течения, разбивается прямая линия (базис), служащая постоян­ным началом. К нему привязываются верховой, основной (сред­ний) и низовой створы. Измеряется дважды расстояние между верховым и низовым створом (прямой и обратный ход). На каж­дом створе натягивается шпагат, а основной створ размечается бирками с указанием расстояний от принятого постоянного на­чала.

В работе (отчете) желательно дать схему размещения всех створов с указанием их названий и необходимых расстояний (рис. 11).

Рисунок 11. Расположение створов для измерения расходов воды поплавками.

Измерение расхода основным способом производится в среднем створе. Расчет общего расхода производится по формуле:

, (7)

где - полный расход воды, м³/с; , ,…, - средние скорости на вертикалях, м/с; - площадь водного сечения между берегом (границей «мертвого» пространства) и первой скоростной вертикалью, м²; , ,…, - площадь между скоростными вертикалями, м²; - площадь водного сечения между последней скоростной вертикалью и берегом; - коэффициент для скоростей на прибрежных вертикалях, равный: для пологого берега с глубиной на урезе, равной нулю - 0,7; для обрывистого берега или неровной стенки – 0,8; для гладкой стенки – 0,9; при наличии мертвого объема – 0,5.

Все измерения и обработка производятся аналогично изложенному в работе №5 с той лишь разницей, что скорость здесь на скоростных вертикалях измеряется только в трех (или 2-х) точках- 0,2, 0,6 и 0,8 (0,2 и 0,8 ) глубины. Число же скорост­ных вертикалей несколько меньше и должно быть не меньше 5. Запись всех измерений тоже производится на стандарт­ных бланках (табл. 6,7, работа № 5).

Средняя скорость на вертикали при трех точках изме­рения определяется по формуле

V_ср= 0,25(V₀₂ + 2V₀₆ + V₀₈). ( 8)

Соответственно средняя скорость на вертикали при двух точках изме­рения определяется по формуле

V_ср= 0,5(V₀₂ + V₀₈). (9)

Для измерения расхода с помощью поплавков у каждого створа устанавливается наблюдатель для производства засе­чек времени. Работа начинается с пуска поплавков на пус­ковом створе. Первый поплавок бросается у берега и далее передвигаясь к середине и в целом до полного охвата ширины потока.

В момент пересечения поплавком верхнего створа включается секундомер, в момент пересечения среднего створа отмечается место его прохождения от принятого начала - базиса (по ширине реки); отсчеты делают по размеченному шпагату. В мо­мент прохождения поплавка через нижний створ секундомер выключают. Таким образом, делают не менее 10 бросании поплавка по ширине потока в пусковом створе. Результаты зано­сятся в таблицу 8.

Таблица 8. Измерение скоростей течения поплавками

№ Поплавка	Расстояние прохождения поплавка через средний створ от постоянного начала, м	Продолжит хода поплавка t , с	Расстояние между верхним и нижним створами, м	Скорость поплавка, м/с
1	2	3	4	5
Ур.л. б.
1
2
3
…
10
Ур.п.б.

По данным граф 2 и 5 таблицы на миллиметровке строится график связи (эпюра) между поверхност­ной скоростью потока и шириной реки от постоянного начала по среднему створу V = ƒ (В) (рис.12).

V_пов , м/с

INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image13.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image13.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image13.jpeg" \* MERGEFORMATINET

Рисунок 12. Распределение поверхностных скоростей по ширине реки В.

Расстояния от постоянного начала на этом графике должны соответствовать таковым таб­лицы 6 гр.3. На этот же график пунктиром наносится положение скоростных вертикалей, на которых измерялись скорости основным способом. По данным поплавочных измерений вычисля­ется фиктивный расход.

Для вычисления этого поплавочного (фиктивного) расхода используется тот же стандартный бланк (таблица 6), что и для вертушечного расхода (работа №5). В заголовке бланки, в строке «способ вычисления» пишется «фиктивный». В эту расчетную таблицу выписиваются уже готовые данные граф 1-8 из бланка вычисления расхода основным способом. А в графе 9 для каждой скоростной вертикали вместо средней скорости (измеренной вертушкой) берется поверхностная поплавочная скорость. Для этих вертикалей она определяется (снимается) по графику V = ƒ (В), зная расстояние скоростных вертика­лей от постоянного начала (для этого и строится график).

Вычисляется фиктивный расход Q_фикт и переходной коэффициент К для перехода от фиктивного расхода к действи­тельному Q_д

K₁ = Q_д / Q_Фикт . (10)

Затем находится действительный расход по выражение

Q_д = Q_Фикт ∙K₁ . (11)

В качестве Q_д надежнее брать детальный расход, если он измерен в данном створе.

Работа № 7. Определение расхода воды по меткам высоких вод

При проектировании гидротехнических сооружений на во­дотоках, где не производились гидрометрические наблюдения или не охвачен исторический максимум, возникает необходи­мость в установлении таких важных величин максимальных расхо­дов воды косвенными методами. В данном случае может быть использован гидравлический способ определения максимальных рас­ходов по меткам высоких вод, которые остается на берегах пос­ле прохождения половодья. Величина расхода Q рассчитывается по формуле Шези

, (12)

где -площадь поперечного сечения на уровне высоких вод в м²,

С - скоростной коэффициент (коэффициент Шези),

h_ср -средняя глубина потока в паводок в м,

J -уклон уреза водной поверхности при уровне высо­ких вод (безразмерная величина), определяется путем нивелирования.

Примечание: Если метки УВВ установит невозможно, то уклон нивелируется по дну или принимается уклон воды во время полевых работ.

Состав работ:

1.Для выполнения данной работы на реке выбирается ровный участок, разбивается три свора: верхний, средний и нижний. Расстояние между верхним и нижним створами по­рядка 50-80м. Средний створ, в котором определяет расход, назначается перпендикулярно течению между метками высоких вод левого и правого берега. Определение площади поперечно­го сечения потока при УВВ ( ) распадается на два этапа. Определение площади живого сечения при меженном уровне во­ды (МУВ ) и определение площади заключенной между УВВ и МУВ ) (рис.13).

Рисунок 13. Схема к определению площади живого сечения потока при вычислении расхода по меткам высоких вод.

Чтобы вычислить измеряется глубины меженного русла. Для этого через русло реки между урезами левого и правого берега натягивается шпагат, размеченный у промерных верти­калей бирками (металлическими или деревянными метками). Про­тив меток гидрометрической штангой производятся промеры глу­бин, результаты которых записываются в табл.9.

Таблица 9. Журнал промеров глубин при меженном уровне

№№ промерных вертикалей	Расстояние от постоянного начала, м	Глуби на, м	Расстояние между промерными вертикалями, м	Средняя глубина между промерными вертикаля ми, м	Площадь между промерными вертикаля ми, м2	Отметка дна на промерной вертикали, м
Верхний (средний, нижний) створ
Ур.л.б.
1
2
3
…
Ур.п.б.

Отметка дна (последняя графа) определяется как разность между отметкой уреза МУВ (табл.10) и глубиной при этом уровне. Эти данные используются для построения поперечного профиля.

Таблица 10. Журнал нивелирования русла реки при уровне высоких год

Горизонт инструмента - 50,666м

Наименование и номер точек нивелирования	Расстояние от уреза УВВ л.б. до точки нивелирования, м	Отсчеты по рейке (черные), Мм	Превышение, мм	Условные отметки точек нивелирования (дна русла),м	Глубина при УВВ, м	Площадь между точками нивелирования, м2
1	2	3	4	5	6	7
Средний створ
УВВ.л.б.	0	0666	0450	50,000	0	1,12
1	5	1116		49,550	0,45
2
3
…
МУВ л.б.
.
..
.
МУВ п.б.
.
.
.
УВВ п.б.

Величина определяется в результате обработки данных нивелирования. Последнее, включая промеры глубин, производится для всех трех поперечников (эти и другие материалы использует­ся затем и для составления плана участка, см. работу № 2). Пло­щадь же вычисляется только для среднего створа. Нивелирование всех трех створов делается с одной стоянки, расположенной в створе среднего поперечника, с отсчетами по одной стороне рей­ки ( черные).

При этом, нивелирование выполняется на обеих берегах от меток УВВ до меженных урезов воды всех основных точек перегиба рельефа (что необходимо для более точного определения площади водного сечения) или через равные расстояния, если перегибов нет. Расстояния между точками отмеряется рейкой. Измерения заносятся в журнал (табл.10) и обрабатывается

Г

.

Отметка уровня высоких вод на одном берегу, (а она будет такой же и на другом) принимается условно и задается преподавателем. Обычно берется 50,000 м усл. Условные отметки гр.5 вычисляется как разность горизонта инструмента минус отсчет по рейке (гр.З). Глубина (гр.6 ) определяется как разность первоначальная отметка уровня высо­ких вод (50,000м усл.) минус условная отметка гр. 5. Она мо­жет быть определена и как равность соседних отсчетов по рейке гр.З.

Суммируя и получаем полную площадь живого сечения потока во время прохождения половодья ( ).

Примечание. При небольших глубинах и скоростях тече­ния, позволяющих устанавливать нивелирную рейку в русло ре­ки, возможно совместное нивелирование поводочного и межен­ного русел, а следовательно и одновременный подсчет .

Подсчитывается средняя глубина реки в паводок по выражению

h_ср = /B. (13)

где B-ширина потока по урезу высоких вод (УВВ) в м.

По данным табл. 9 и 10 на миллиметровой бумаге строится попе­речный профиль реки для среднего створа (рис.13) и план участка реки (рис.14), который в данном случае построен в границах уровня высоких вод.

Нивелирование продольного уклона производится на участке реки длиной 30-50 м (по указанию преподавателя). С помощью нивелира определяется превышение точки В над А (рис.15), а мерной лентой – расстояние между ними Ł,м. (А и В берутся на урезе воды одного из берегов). Тогда

I= ∆h/L. (14)

Результаты нивелирование заносятся в табл. 11.

Рисунок 14.План участка реки.

Рисунок 15. Схема к определению уклона водной поверхности.

Таблица 9.Нивелирование продольного уклона водной поверхности

Расстояние между точками нивелирования L м.

Точки на урезе воды	Отсчеты (черные),мм	Превышение,мм	Уклон
В	h1	∆h = h2 - h1	I = ∆h/L
А	h2

Примечание. Уклон водной поверхности может быть вычислен также по отметкам урезов воды при нивелировании верхнего и нижнего створов (cм. выше). Значение коэффициента Шези С берется по Павловокому в зависимости от средней глубины русла h_ср (табл. 12 ) и коэффициента шероховатости n (табл. 13). Для удобства получения квадратных корней из h_ср и уклона I удается использовать таблицу 14. После нахождения всех составляющих формулы Шези, вы­числяется сам расход по зависимости (12)

^.

Этот расход сопоставляется с величинами других расходов, измеренных различными методами: детальным, ос­новным и поплавочным. Делается вывод о точности каждого ме­тода измерений и условий их применения.

Таблица №10. Значения скоростного коэффициента С м^0,5/с по формуле Н.Павловского

Гидравлический радиус «hср»	Коэффициент шероховатости п
	0,011	0,020	0,025	0,030	0,035	0,040		0,050	0,080
1	2	3	4	5	6	7		8	9
0,10	67.2	30.8	22.4	17.3	13.8	11.2		8.1	3.7
0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 1,30 1,50	68,8 70,3 71,5 72,6 73,7 74,6 75,5 76,3 77,0 77,7 79,3 80,7 82,0 83,1 84,1 85,3 86,0 86,8 88,3 89,4 90,9 92,0 93,1 94,0 95,7	32,6 33,0 34,0 34,8 35,7 36,4 37,1 37,8 38,4 39,0 40,3 41,5 42,5 43,5 44,4 45,2 45,9 46,6 47,9 48,8 50,0 50,9 51,8 52,5 53,9	23,5 24,5 25,4 26,2 26,9 27,6 28,3 28,8 29,4 29,9 31,1 32,2 33,1 34,0 34,8 35,5 36,2 36,9 38,0 38,9 40,0 40,9 41,6 42,3 43,6	18,3 19,1 19,9 20,6 21,3 21,9 22,5 23,0 23,5 24,0 25,1 26,0 26,9 27,8 28,5 29,2 29,8 30,4 31,5 32,3 33,3 34,1 34,8 35,5 36,7	14,7 15,4 16,1 16,8 17,4 17,9 18,5 18,9 19,4 19,9 20,9 21,8 22,9 23,4 24,0 24,7 25,3 25,8 26,8 27,6 28,6 29,3 30,0 30,6 31,7		12,1 12,8 13,4 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,4 16,8 17,8 18,6 19,4 20,1 20,7 21,8 21,9 22,4 23,4 24,1 25,0 25,7 26,3 26,9 28,0	8,2 9,3 10,0 10,4 10,9 11,2 11,8 12,2 12,5 12,8 13,6 14,4 15,0 15,6 16,2 16,7 17,2 17,7 18,6 19,3 20,0 20,6 21,2 21,8 22,7	4,1 4,5 4,8 5,2 5,4 5,8 6,0 6,4 6,6 6,8 7,5 8,0 8,5 8,9 9,4 9,8 10,1 10,6 11,3 11,9 12,5 13,0 13,5 14,0 14,8

Таблица 13.Коэффициент шероховатости «n» для искусственных и естественных водотоков (по М.Ф. Срибному и др.)

№ категории водотока	Характеристика русла	«n»
1.	Каналы с бетонной облицовкой	0,012-0,017
2.	Каналы в земляном русле, чистые, в связан­ных, песчаных и гравелисто-галечных грун­тах	0,0200-0,0275
3	Естественные русла в весьма благоприятных условиях (чистое, прямое, незасоренное, земляное, со свободным течением русло)	0,025
4.	Сравнительно чистые русла постоянных рав­нинных водотоков в обычных условиях, из­вилистые или же прямые, но с неправильностями в рельефе дна (отмели, промоины, места­ми камни) Земляные русла периодических водотоков (сухих лугов) в относительно благоприятных условиях	0,040
5.	Русла (больших и средних рек), значительно засоренных, извилистые и частично заросшие, каменистые, с неспокойным течением. Периодические (ливневые и весенние) водотоки, несущие во время паводка заметное количество наносов, с крупногалечным или покрытым растительностью (травой и пр.)ложем Поймы больших и средних рек, сравнительно разработанные, покрытые нормальным количест­вом растительностью (травы, кустарника)	0,050
6.	Pycлa периодических водотоков, сильно за­соренные и извилистые Сравнительно заросшие, неровные, плохо разработанные поймы рек (промоины, кустарники, деревья с наличием заводей) Галёчно-валунные русла горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала	0,070

Таблица 14. Значении квадратных корней из глубин и уклонов потока

Средняя глубина,м	√hср		I	√I
0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5	0,31 0,387 0,447 0,500 0,548 0,592 0,632 0,671 0,707 0,742 0,775 0,806 0,837 0,861 0,894 0,922 0,949 0,975 1,00 1,049 1,095 1,140 1,183 1,225	0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045 0,005 0,0055 0,0060 0,0065 0,0076 0,0075 0,0086 0,0085 0,0096 0,0095 0,01 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015		0,031 0,0387 0,0447 0,0500 0,0548 0,0592 0,0632 0,0671 0,0707 0,0742 0,0775 0,0806 0,0837 0,0866 0,0894 0,0922 0,0949 0,0975 0,1000 0,1049 0,1095 0,1140 0,1183 0,1225

Работа 8. Измерение расходов взвешенных и влекомых наносов

При проектировании сооружений на водотоках необхо­димо знать количество и режим переносимых водой наносов. Измерение расходов взвешенных наносов производится одновременно с измерением расхода воды детальным способом.

Для расчета расхода взвешенных наносов определяется мутность наносов в граммах, содержащихся в м³ воды. Отбор проб про­изводится на каждой скоростной вертикали батометром - бутыл­кой интеграционным способом. Для этого батометр – бутылку (рис.16) медленно, равномерно опускает на штанге до дна и также поднимает обратно до поверхности. За время опускания-подъ­ема батометр-бутылка должна наполнится водой ниже горлышка. Отобранные пробы переливаются в сосуды (бутылки 0,8л ).

INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image26.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image26.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image26.jpeg" \* MERGEFORMATINET Рисунок 16. Батометр – бутылка на штанге.

INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image27.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image27.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image27.jpeg" \* MERGEFORMATINET Рисунок 17. Батометр-сетка ГГИ.

На всех бутылках должны быть этикетки, где указывается да­та взятия пробы, номер вертикали, объем пробы. На каждой скоростной вертикали берется одинаковый объем проб.

Выделение количества наносов из проб производится путем фильтрования с помощью прибора Куприна.

Фильтры с наносами высушиваются и взвешивается. Зная объем пробы и количество наносов в ней, рассчитывается мутность ^α в кг/м³

_{α =} (Р₂ - Р₁) ∙ 10³

V

где Р₂ – масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частей, г;

Р₁ – масса фильтра до опыта, г;

V - объем воды для анализа, л;

10³-переводной коэффициент из л воды в м³.

.

Ввиду отсутствия времени и соответствующего оборудова­ния, лабораторная обработка проб воды нами не производится. Средняя мутность на вертикалях задается преподавателем. В районе проведения практики для канала Нура-Есиль эта мутность на­ходится в пределах 20-100 г/м³.

Вычисление расходов взвешенных наносов проводят графическим или аналитическим методами. При аналитическом способе определения расхода взвешенных наносов подсчитывают средние единичные расходы по вертикалям по формулам:

, (17)

, (18)

(19)

Расход взвешенных наносов в кг/с вычисляют по формуле, аналогичной формуле (6), с тем же значением коэффициента К, учитывающего распределение скоростей вблизи берегов водотока:

, (20)

Если пробы потока на мутность объединяют в одну пробу, характеризующую мутность всего потока , то

(21)

где α₁, α₂, …, α_n - средние мутности воды на первой, второй ..., и последней вертикалях в г/м³,

g₁, g₂, …, g_n -частичные расходы воды соответственно между урезом и первой скоростной верти­калью, где бралось проба, между первой и второй, второй и третьей вертикалями, между последней вертикалью и урезом во­ды и т.д.

Эти данные о расходах берутся из работы №5, табл.№6 "Измерение расхода воды детальным способом".

Вычисление расхода наносов аналитическим способом из­меренного интеграционным или суммарным методом (когда сред­няя мутность берется по каждой вертикали), производится по форме табл. 15.

Таблица №15 . Вычисление расходов взвешенных наносов

№ скоростных вертикалей на которой взята проба	Вес фильтра в г		Средняя мутность, г/м3		Частичный расход воды между скоростными .вертикалями g, м3/с	Частичный расход взвешенных наносов между вертикалями r, кг/с
	До взятия пробы Р1	После взятия пробы Р2	На скоростной вертикали	Между скоростными вертикалями
1	2	3	4	5	6	7
Ур.л.б.
1
2
3
…
Ур.п.б.
					Σg = Q	Σ r = R

Схема к вычислению твердого расхода показана на рис.17.

Скоростные вертикали

INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image29.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image29.jpeg" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "D:\\..\\..\\..\\ardak.tuyakbaeva\\AppData\\Local\\Microsoft\\Windows\\Temporary Internet Files\\Content.Outlook\\VS06L9KK\\media\\image29.jpeg" \* MERGEFORMATINET

Рисунок 17.Схема к вычислению расхода наносов.

После вычисления общего расхода взвешенных наносов находятся средняя мутностъ α_ср всего потока в г/м³

_{α ср =} R 10³

Q

Измерение расходов влекомых наносов. Влековые или донные наносы - это твердые наносы, которые передвигаются ( влекутся) по дну русла (G).

Для вычисления такого расхода производится отбор их проб специальными батометрами, например, батометр-сетка ГГИ, рис. 17 (на горных реках) или батометром Полякова (равнинные реки).

Расходы влекомых наносов измеряется одновременно с из­мерением расхода воды и взвешенных наносов, на тех же ско­ростных вертикалях у дна.

Для взятия проб наносов батометр на штанге опускается на дно вертикали (входной частью против течения) и выдержи­вается определеннее время (например, 60-180 с). Затем батометр поднимается, а уловленные наносы выбираются и взвешивается на технических весах (в некоторых случаях определя­ется их объем в см³ с помощью мерного сосуда определенной емкости, а также производится механический анализ наносов).

Сам расход G рассчитывается аналитическим путем по формулам. Предварительно определяется элементарный расход наносов μ в г/(м∙с) для каждой вертикали на один погонный метр русла по выражению

где Р -вес наносов в пробе на вертикали попавших в батометр в г,

t - продолжительность выдержки батометра на верти­кали в с,

l - ширина входного отверстия батометра в см,

100 - коэффициент для перехода от расхода наносов на 1см ширины прибора к расходу на один погонный метр русла.

Затем вычисляется полный расход G влекомых наносов в кг/с по формуле

где μ₁, μ₂, …, μ_n – элементарный расход наносов на первой, второй ..., и последней вертикалях в г/(м∙с),

b₁, b₂, …, b_n – расстояние (ширина реки) соответственно между урезом и первой скоростной верти­калью, где бралось проба, между первой и второй, второй и третьей вертикалями, между последней вертикалью и урезом во­ды и т.д.

-0,001 перевод расхода из грамм и в кг.

Все вычисления расхода удобно свести в таблицу 16.

№ Скоростных вертикалей	Расстояние от постоянного начала,м	Продолжительность наблюдений на вертикали t, c	Вес пробы на вертикали, г	Элементарный расход на вертикали μ, г/(м∙с)	Средний элементарный расход между вертикалями μсрi, г/(м∙с)	Расстоя ние между вертикаля ми b, м	Расход наносов между вертикалями Gi, кг/с
1	2	3	4	5	6	7	8
Ур.л.б.
1
2
3
…
Ур.п.б.
						Σ bi = B	ΣGi = G

Таблица 16. Вычисление расхода влекомых наносов

Общая формула вычисления расхода влекомых наносов в кг/с имеет вид

G=0,001 μ_ср В ,

где μ_ср - средний элементарный расход наносов для всего периметра русла,

В-общая ширина реки (канала).

Примечание: Данные граф I и 2 берутся из таблицы вычисления расхода воды. При дефиците времени и отсутствия весов некоторые величины граф 3 и 4 задается произвольно.

Работа 9. Метеорологические наблюдения

Метеорологические факторы оказывает большое влияние на всю живую и мертвую природу, на рост, развитие и урожай растений. Важнейшим условием нормального роста растений яв­ляются, в частности, тепловые условия и наличие достаточного количества влаги в почве. Испарение влаги из почвы определя­ется температурой и влажностью воздуха, скоростью ветра. А скорость перемещения воздушных масс зависит от изменения давления и пр. Вот почему эти работы включены в состав практики, студенты должны ознакомиться с метеоприборами и с порядком наблюдений за основными метеоэлементами. Основные метеоприборы приведены в приложении Б.

В период учебной практики студенты выполняют метеонаблюдения по сокращенной программе. В течение пяти часов производятся ежечасные наблюдения за температурой и влаж­ностью воздуха и скоростью ветра.

Температура и влажность воздуха. Влажность воздуха характеризуются следующими величинами:

1.Упругостью водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, выраженной в мб или мм рт.ст. Эта величина называется абсолютной влажностью воздуха и обоз­начается через "е".

2.Процентным отношением абсолютной влажности возду­ха "ε" к упругости насыщенного пара «Е» при той же тем­пературе. Эта величина (обозначаемая "τ" в % ) называется отно­сительный влажностью

здесь Е - максимальная упругость водяного пара в тех же единицах, что и " ε ".

Относительная влажность показывает насколько близок или далек влажный воздух от полного насыщения ( Е). Если водяной пар полностью насыщает пространство, т.е. когда ε = Е, то относительная влажность равна 100%. Если относитель­ная влажность равна 0%, то это значит, что воздух абсолютно сух.

Для измерения влажности в полевых условиях использу­ется аспирационный психрометр Ассмана. Значения влажности воздуха определяется по показаниям сухого и смоченного (правый) термометров. Сухой термометр показывает обычную температуру воздуха. А у смоченного-резервуар обвернут ба­тистом смоченным дистиллированной водой (в полевых условиях можно использовать ватную закладку). Вода от батиста испаря­ется и тем сильнее, чем суше будет воздух. На это испарение затрачивается тепло, которое отнимается у термометра, а по­тому показания смоченного термометра будут меньше, чем по­казания сухого. Разница в их показаниях тоже тем больше, чем суше будет воздух. По величине показаний сухого и смоченного термометров, при помощи психометрических таблиц, определяется влажность воздуха (табл. 18).

Перед измерением психрометр Ассмана укрепляется на высоте 2м. Затем приводится в действие вентилятор, который всасывает наружный воздух через цилиндрические оправы. По истечении 4 минут от начало работы вентилятора снимается показания термометров. Наблюдения записываются в таблицу 17.

Таблица 17. Наблюдения за температурой и влажностью воздуха

Дата, час	Температура, °С			Влажность
	Сухой термометр	Смоченный термометр	разность	Абсолютная «ε », мб	Относительная τ ,%
06.06, 9-00	25,0	23,0	2,0	26,8	84
10-00
…
13-00

Таблица 18. Таблица для определения абсолютной (ε в мб) и относительной ( τ в %) влажности воздуха, наблюденной психрометром Ассмана

Температура сухого термометра, °С	Температура смоченного термометра, °С
	10		11		12		13		14		15		16		17
	ε	τ	ε	Τ	ε	Τ	ε	τ	ε	τ	ε	τ	ε	τ	ε	τ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
18	6,9	31	8,4	41	10,0	49	11,6	56	13,3	65	15,1	73	16,8	82	18,7
19	6,3	29	7,7	36	9,3	43	10,9	50	12,7	58	14,4	66	16,1	74	18,0
20	5,6	24	7,1	30	8,7	37	10,3	44	12,0	51	13,7	59	15,5	66	17,3
20,4	5,3	22	6,8	29	8,4	35	10,0	42	11,7	49	13,5	56	15,2	64	17,1
21	4,9	20	6,4	26	8,0	32	9,6	39	11,3	46	13,1	53	14,8	60	16,7
21,4	4,7	18	6,1	24	7,7	30	9,3	37	11,1	43	12,8	50	14,5	57	16.4
22	4,3	16	5,7	22	7,3	28	8,9	34	10,7	40	12,4	47	14,1	54	16,0
22,4	4,0	15	5,5	20	7,1	26	8,7	32	10,4	38	12,1	45	13,9	51	15,7
23	3,6	13	5,1	18	6,7	24	8,3	30	10,0	36	11,7	42	13,5	48	15,3
23,4	3,3	12	4,8	17	6,4	22	8,0	28	9,7	34	11,5	40	13,2	46	15,1	53
24	2,9	10	4,4	15	6,0	20	7,6	26	9,3	31	11,1	37	12,8	43	14,7	49
24,4	2,7	9	4,1	14	5,7	19	7,3	24	9,1	30	10,8	35	12,5	41	14,4	47
25	2,3	7	3,7	12	5,3	17	6,9	22	8,7	27	10,4	33	12,1	38	14,0	44
26	1,6	5	3,1	9	4,7	14	6,3	19	8,0	24	9,7	29	11,5	34	3	40
27	0,9	3	2,4	7	4,0	11	5,6	16	7,3	21	9,1	25	10,8	30	12,7	36
28	0,3	1	1,7	5	3,3	9	4,9	13	6,7	18	8,4	22	10,1	27	12,0	32
29			1,1	3	2,7	7	4,3	11	6,0	15	7,7	19	9,5	24	11,3	28
30			0,4	1	2,0	5	3,6	9	5,3	13	7,1	17	8,8	21	10,7	25
31					1,3	3	2,9	7	4,7	10	6,4	14	8,1	18	10,0	22
32							2,3	5	4,0	8	5,7	12	7,5	16	9,3	20
33									3,3	7	5,1	10	6,8	14	8,7	17

Продолжение таблицы 18

Температура сухого термометра, °С	Температура смоченного термометра,°С
	18		19		20		21		22		23		24		25
	ε	τ	ε	Τ	ε	Τ	ε	τ	ε	τ	ε	τ	ε	τ	ε	τ
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
18	20,7	100
19	20,0	91	22,0	100
20	19,3	83	21,3	91	23.3	100
20,4	19,1	79	21,1	88	23,1	97
21	18,7	75	20,7	83	22,7	91	24,9	100
21,4	18,4	72	20,4	80	22,4	88	24,7	97
22	18,0	68	20,0	76	22,0	84	24,3	92	26,4	100
22,4	17,7	65	19,7	73	21,7	80	24,0	88	25,9	98
23	17,3	63	19,3	69	21,3	76	23,6	84	25,7	92	28,1	100
23,4	17,1	59	19,1	65	21,1	73	23,3	81	25,6	89	27,8	97
24	16,7	56	18,7	63	20,7	70	22,9	77	25,1	84	27,5	92	29,9	100
24,4	16,4	54	18,4	60	20,4	67	22,7	74	24,8	81	27,2	89	29,6	97
25	16,0	50	18,0	57	20,0	63	22,3	70	24,4	77	26,8	84	29,2	92	31,7	100
26	15,3	46	17,3	52	19,3	58	21,6	64	23,7	71	26,1	78	28,5	85	31,1	92
27	14,7	41	16,7	47	18,7	52	20,9	58	23,1	65	25,5	71	27,9	78	30,4	85
28	14,0	37	16,0	42	18,0	48	20,3	53	22,4	59	24,8	65	27,2	72	29,7	78
29	13,3	33	15,3	38	17,3	43	19,6	49	21,7	54	24,1	60	26,5	66	29,1	72
30	12,7	30	14,7	34	16,7	39	18,9	44	21,1	50	23,5	55	25,9	61	28,4	67
31	12,0	27	14,0	31	16,3	36	18,3	40	20,4	45	22,8	50	25,2	56	27,7	62
32	11,3	24	13,3	28	15,3	32	17,6	37	19,7	41	22,1	46	24,5	51	27,1	57
33	10,7	21	12,7	25	14,7	29	17,0	33	19,1	38	21,5	42	24,0	47	26,4	52
34	10,0	19	12,0	22	14,9	26	16,3	30	18.4	34	20,8	39	23,2	43	25,8	48
35	9,4	16	11,4	19	13.4	23	15,6	27	17.8	31	20,2	35	22,6	40	25,1	44

Скорость ветра. Для определения скорости ветра служит анемометр. Главной его частью является небольшая крестовина с четырьмя полушариями, обращенными выпуклой поверхностью в одну сторону. Крестовина с полушариями легко вращается под действием ветра в одну сторону. С боку коробки имеется арретир, при помощи которого можно включить и выключить анемометр.

При наблюдениях сначала берут первоначальный ( он четырехзначный) отсчет, отмечает положение всех стрелок анемометра. Затем прибор включают и поднимают на вытянутой руке вверх. По истечении 5-10 секунд включают секундомер на 100-120с.

I I

j

После этого времени анемометр выключают и делают вто­ричный отсчет по стрелкам. Разность двух отсчетов, разделен­ная на продолжительность работы прибора, позволяет опреде­лить число оборотов в секунду “п". По тарировочной таблице или графику (прилагается к прибору) при известной "п", находим скорость ветра в м/с, таблица 19.

Таблица 19. Наблюдения за скоростью ветра

Дата, час	Показания счетчика		разность	Продолжитель ность, с	Число оборотов в секунду «n», об/с	Скорость, м/с
	конечное	начальное
06.06. 9-00	7673	7480	193	100	1,93	2,0
10-00
…
13-00

Приводятся графики колебания, наблюденных метеоэлементов во времени.

Работа №10.  Методика изучение и описания озера [http://biofile.ru/geo/24187.html]

Полевые работы на озере нужно начинать с рекогносцировочного обследования водоема, в результате которого составляется его краткая характеристика: особенности водосборного бассейна с указанием форм рельефа, характера грунта, облесенности и, приуроченность озера к той или иной форме рельефа, заболоченности.

Ознакомление с прилегающей к водоему местностью позволит оценить условие формирования озерной котловины и поверхностного стока в озеро, при изучении котлована и путем опроса местных жителей устанавливается граница колебания уровня воды в озере.

Съемка озера. После визуального обследования производится гидрографическая съемка озера. Съемка осуществляется с помощью буссоли или мензулы путем обхода или посредствам графических засечек. Съемку способом засечек целесообразно применять при вытянутой, сравнительной узкой форме озера. В этом случаи съемочный ход достаточно проложить только на одном берегу в виде незамкнутой магистрали, а противоположный берег снимает засечками. Определяется отметка уровня воды в озере относительно условного рейтера методом нивелирования. При ограниченности во времени можно применять глазомерную съемку.

Промеры глубин. Измерение глубин озера начинают с разбивки на нем промерных профилей или створов. Количество профилей и их расположение зависит от размера и формы водоема. При округлой фигуре и равном дне достаточно наметить два взаимно перпендикулярных профиля или же промерные профили разбивать из единой береговой точки в разных направлениях. Промерных глубин производятся с лодки с помощью ручного лота или наметки, рис. 18.

Рисунок 18. Простейшие приборы для измерения глубин:

а) наметка, б) лотлинь, в) лебедка «Нева» [КубГАУ, 2007. – 151 с. ].

Расстояние между промерными точками определяется по скорости движение лодки. Скорость хода лодки рассчитывается заранее. Для этого на берегу намечаются 2 точки на расстоянии 100-200 метров. В намеченных точках ставят вехи. Зная расстояние и время, за которое лодка проходит это расстояние, определяют ее скорость.

Точки промеров более точно можно установить методом засечек с берега. Количество промерных точек зависит от площади, конфигурации озера и рельефа дна. При плавном очертании дна расстояние между промерными точками могут составлять 20-25 метров. Во время промеров глубин ведется опробование донных и изучение водной растительности. Определяется видовой состав и распространение ее по поверхности дна. На озерах с пологими берегами водно-болотные растения надвигаются на озеро с берегов. В прибрежной части озер выделяют несколько зон, со своеобразной растительностью, описание производится по этим зонам.

Температурный режим озер определяется в основном метеорологическими условиями. Но в различных частях водоема температурные условия неодинаковы, что определяется его размерами, глубиной и формой озерной котловины. Измерение температуры воды, поверхностного слоя, ведется одновременно с промерами глубины. Водный термометр погружается на глубину 10 сантиметров и выдерживается 3-5 минут. Для измерения температуры воды на различных глубинах используются глубоководный опрокидывающийся термометр. Глубоководный термометр в отличие от обычных, позволяет определить температуру глубинных слоев воды через любое время, после извлечение его на поверхность, так как температура воды на заданной глубине фиксируется опрокидыванием термометра. Опрокидывающийся термометр состоит из двух термометров: основного и вспомогательного, заключенных в стеклянную трубку, предохраняющую. Определение прозрачности и цвета воды производиться одновременно с измерением воды. Прозрачность воды определяется с помощью белого диска. Сведения о годовом ходе температуры воды, сороках ледовых явлений, толщине льда можно получить из соответствующих справочников или расспросов местных жителей.

Описание гидрологического режима озер составляют по данным наблюдений. Собираются, прежде всего, сведенья об уровненном режиме озера, годовом ходе уровня воды, высоте и сроках наступления наивысшего и низшего уровней. Для характеристики ледового термического режима используются материалы стационарных и полевых исследований. В процессе проведения полевой практики собираются сведенья о хозяйственном использовании водоемов путем личных наблюдений, опроса местных жителей. Изучается качество воды и влияние на него антропогенных факторов. Выявление негативного со стороны воздействия.

Биоиндикация качества воды по животному населению. Одним из эффективных методов исследования качества воды является биоиндикация – определение по наличию организмов – биоиндикаторов.

Биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или интенсивность которых служит показателем каких - либо естественных процессов или условий окружающей среды, наличие определенных веществ в воде или почве, степени загрязнения. Методы биоиндикации применимы только к водоемам, имеющим собственную биоту. Они учитывают реакцию на загрязнение целых сообществ водных организмов или же отдельных систематических групп. Основными показателями является уменьшение видового разнообразия (в 2, в 4, а иногда и в десятки раз) и изменения обилия водных организмов. Причем обилие может, как снижаться (при очень высоком уровне загрязнения), так и расти по сравнению с нормальным состоянием. Этот рост объясняется тем, что в водоемах, особенно при их загрязнении органическими веществами, могут выжить немногие, но устойчивые к загрязнению, виды животных. Например, некоторые виды рачков, сине-зеленые водоросли.

Именно эти закономерности применяются во многих методах биоиндикации. Учитывается так же способность определенных организмов обитать в водоемах с тем или иным уровнем загрязнения. Следует так же учесть то, что представители любой подвидовой систематической группы (рода, семейства, отряда) практически никогда не обладают одинаковыми экологическими потребностями. В состав таких групп могут входить совершенно разные по степени выживаемости виды: устойчивые к загрязнителям, не устойчивые, виды универсалы.

Считаются индикаторами очень чистой воды – ручейники, пресноводные моллюски, личинки веснянок, поденок, вислокрылок.

Некоторые виды способны жить в умеренно загрязненных водоемах – это бокоплавы, водяные ослики, личинки мошек, двустворчатые моллюски – шаровки, битини, лужанки, личинки стрекоз и пиявки, большая ложноконская клипсина, водяные скорпионы и др. Личинки комаров – звонцов, личинки иловой мухи, малощетинковые кольчецы (трубочники), используются как организмы – индикаторы сильного органического загрязнения. Но среди этого семейства есть немало видов, обитающих только в чистой воде.

Физико-химические методы исследования качества воды. Для проведения физико-химического анализа воды необходимо правильно провести пробоотбор. В зависимости от цели исследования, проба воды для анализа может быть получена несколькими способами:

- путем однократного отбора всего количества воды, нужного для анализа, путем смешанных проб, отобранных одновременно в разных местах исследования водоема.

При отборе проб воды используют посуду из бесцветного стекла или полиэтилена – марок, разрешенных для контакта с питьевой водой. На практике удобно пользоваться банкой или бутылью. В местах с затрудненным доступом к воде, банку или бутылью можно прикрепить к месту.

В озерах, водохранилищах, прудах, где течение воды резко замедленно, качество воды может быть неоднородным на различных участках (здесь возможно возникновение вторичных источников загрязнения) поэтому в этих водоемах обычно берут серию проб по глубине. Для получения достоверных результатов следует проводить как можно быстрее. В воде происходят процессы окисления – восстановления, физика – химические, биохимические, вызванные деятельностью микроорганизмов.

Биохимические процессы в воде можно замедлить, охладив ее до 4°С. В этих условиях медленнее разрушается и многие органические вещества.

Органические показатели воды. Содержание взвешенных частиц – это показатель качества воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы. Для анализа берут 500-1000 мл воды. Фильтр перед работой взвешивают. После фильтрования осадок с фильтра высушивают до постоянной массы при 150 °С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Весы должны обладать высокой чувствительностью, лучше использовать аналитические весы. Содержание взвешенных веществ α в мг/л в испытуемой воде определяют по формуле:

_{α =} (Р₂ - Р₁) ∙ 10³

V

где Р₂ – масса бумажного фильтра с осадком взвешенных частей, г;

Р₁ – масса фильтра до опыта, г;

V - объем воды для анализа, л;

Ценность воды определяют визуально, сравнивая с раствором, имитирующим ценность природных вод. Сведения о ценности воды, приложение А.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений трехвалентного железа, цвет (окраска).

При загрязнении водоема стоками промышленных предприятий, вода может иметь окраску не свойственную цветности природных вод. Для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения может иметь окраску в столбике высотой 20 см, для водоемов культурно-бытового назначения – 10см.

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц или, тины, песка, микроорганизмов, от содержания химических веществ.

Измеряют прозрачность воды различных водоемов с помощью диска Секи (можно взять фанерку размером 20 х 20см с белой поверхностью, к которой прикреплен груз и веревка с метками на ней для определения глубины). Мерой прозрачности может служить так же высота столба воды (в см), при которой можно различить на белой бумаге стандартный шрифт с высотой букв 3,5 см и дном из плоского отшлифованного стекла. Цилиндр устанавливают неподвижно над стандартным шрифтом на высоте 4см. Просматривая шрифт сверху через столб воды, и доливая, ее в цилиндр находят высоту столба воды, позволяющей читать шрифт. Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. Запах воды водоемов не должен превышать 2 баллов обнаруживаемых непосредственно в воде (для водоемов хозяйственно-питьевого назначения) после ее хлорирования.

100мл исследуемой воды при комнатной температуре наливают в колбу вместимостью 150-200 мл. с широким горлом, накрывают часовым стеклом или притертой пробкой, стряхивают вращательным движением, открывают пробку или сдвигают часовое стекло и быстро определяют характер и интенсивность запаха. Затем колбу нагревают до 60 °С на водяной бане итак же оценивают запах.

По характеру запахи делятся на две группы: запахи естественного происхождения (от живущих в воде и отмерших организмов, от влияния почв и т.п.) находят по классификации, приведенной в таблице 4. Вторая группа запахи искусственного происхождения (от промышленных выбросов, для питьевой воды – от обработки воды, реагентами на водопроводных сооружениях) называются по соответствующим веществам: хлорофенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т.п. Интенсивность запаха так же оценивается при 20 и 60 °С также по 5 бальной системе. Запах воды следует определять в помещении, где воздух не имеет постороннего запаха. Желательно, чтобы характер и интенсивность запаха отмечали несколько исследователей.

Химические показатели воды. Водный показатель (рН). Питьевая вода должна иметь нейтральную реакцию (рН около 7). Величина рН воды водоемов хозяйственного, питьевого, культурно - бытового назначения регламентируется 6,5-8,5. В результате происходящих в воде химических и биологических процессов и потерь углекислоты рН воды может быстро изменяется, поэтому его следует определять сразу же после отбора пробы, желательно на водоеме. Оценивать величину рН можно оценивать разными способами:

Приближенное значение рН. В пробирку наливают 5 мл исследуемой воды, 0,1 мл универсального индикатора, перемешивают и окраске раствора оценивают величину рН:

-розово-оранжевая - рН около 5,

-светло-желтая - рН 6,

-светло-зеленая - рН 7,

-зеленовато-голубая - рН 8.

рН можно определить с помощью универсальной индикаторной бумаги, сравнивая окраску со шкалой. Свинец является одним из основных загрязнителей окружающей среды. Большая концентрация свинца тормозит биологическую очистку сточных вод. Основными источниками загрязнения свинцом является выхлопные газы автотранспорта и сточные воды различных производств. Допустимая концентрация свинца в воде- 0,03 мг/.л. качественное определение родизонатом натрия. На лист фильтровальной бумаги нанесите несколько капель исследуемого раствора, и добавить 1 каплю свежеприготовленного 0,2%- го раствора родизоната натрия. В присутствии ионов свинца образуется синее пятно или кольцо. При добавлении 1 капли буферного раствора синий цвет превращается в красный. Реакция очень чувствительная: обнаруживаемый минимум 0,1 мкг. Таким образом, важнейшее значение в современных условиях придается изучению экологического состояния водных ресурсов, связанного с антропогенным загрязнением.

Одним из эффективных методов исследования качества воды является биоиндикации – определение по наличию организмов – биоиндикаторов.

Работа № 11. Гидрографическое обследование участка реки [http://edu.greensail.ru/monitoring/methods/polev_gidrologic.shtml]

Для проводения гидрографического обследования участка реки прокладывается маршрут. Как правило, маршрут составляет 4-5 км по правому и левому берегам ручья или участка реки. Проводимые работы можно разбить в несколько этапов:

1. Сбор сведений и описание водосбора реки (по литературным данным);

2. Обследование долины и поймы реки;

3. Обследование русла реки,

4. Выяснение режима реки.

Сбор сведений и описание водосбора реки. В начале описания водосбора указывается название географического района (области) и речного бассейна более высокого порядка, к которому он принадлежит. Приводятся сведения об истоке и устье, общей длине реки, площади водосбора. Дается краткая характеристика рельефа, почво-грунтов, растительности, гидрографической сети и заболоченности. Описывается выделенный участок реки: границы, протяженность.

Обследование долины реки. В процессе полевых работ по обследованию долины реки собирают следующие сведения о ее типе и очертаниях в плане, ширине; о склонах долины их высоте, внешнем виде, крутизне, пересеченности, грунтах и растительности; о террасах - их количестве, высоте, почвогрунтах, растительности, изрезанности; о дне долины (пойме) - его ширине, характере поверхности, почвогрунтах, растительности, затопляемости. При обследовании долины должны быть отмечены также имеющиеся оползни, конусы выносов, выходы подземных вод, дороги и тропы, проходящие по ее склонам и дну, проходимость склонов и дна долины вне дорог.

Все это записывается в полевом дневнике с обязательным указанием ориентиров. Записи иллюстрируются зарисовками и схемами.

Речная долина обследуется путем визуального осмотра. Осмотр местности производится с бровки долины или возвышенных мест, в пределах видимости, но не менее 150-200-метровой полосы, прилегающей к бровкам обоих берегов долины.

Кроме сведений, полученных визуально, производится полуинструментальная съемка плановых очертаний долины. Съемка поперечных профилей осуществляется в наиболее типичных местах, отображающих форму долины. Таких профилей (от бровки до бровки) должно быть не менее двух, и делаются они с помощью ватерпаса и реек.

Крутизна склона также определяется ватерпасовкой. Определив при помощи ватерпасовки превышение (h) между двумя точками, находящимися на склоне, и горизонтальное проложение (d) между ними, вычисляют значение тангенса угла по формуле, a далее по тригонометрическим таблицам угол наклона (α), т.е. крутизну склона.

В случае широкой долины (300 и более метров) съемка профилей нижней части долины (до максимальных уровней воды) производится с помощью ватерпасовки, а верхней части (до бровки) - полуинструментально. Расстояние в этом случае измеряется шнуром или шагами. Превышение и крутизна с помощью горизонтального визирования или эклиметром. Расположение профилей устанавливается и наносится на план глазомерной съемки. На профиле долины по возможности должны быть отражены все ее элементы: бровки, склоны, пойма, террасы, русло.

На поперечном профиле речной долины показывают все ее элементы и приводятся отметки наивысшего уровня высоких вод (НУВВ) в период половодий и паводков. Эти уровни определяются по следам высокой воды на местности и путем опроса местных жителей. При измерениях высот в долине за нулевую отметку принимается рабочий уровень воды в русле реки, т.е. уровень, наблюдавшийся во время выполнения работ. При обработке полевых материалов высоты, вычисленные над рабочим уровнем, путем введения поправок приводятся к условному уровню воды.

Для иллюстрации описания речной долины в полевой тетради делают ее зарисовки (схематические глазомерные профили). На таких профилях показывают форму долины, вид склонов, положение поймы и русла, при этом расстояния определяются шагами, а для определения высоты и крутизны применяются простейшие приборы (вместо эклиметра для горизонтального визирования можно использовать папку, блокнот, держа их в вытянутой руке).

В полевой тетради дается характеристика склонов долины реки по всему маршруту следования.

При обследовании склонов устанавливается наличие речных террас и производится их описание. Террасы нумеруются в порядке их расположения над дном долины, счет ведут снизу. Прирусловую, заливаемую при высокой воде часть долинного ложа называют пойменной или луговой террасой. Следующие вышерасположенные террасы обычно называются первой, второй и т.д. надпойменными террасами.

В полевом дневнике отмечаются все более или менее значительные выходы подземных вод, ключи, родники, встречающиеся в пределах речной долины, а также места, где грунтовые воды находятся на незначительной глубине от поверхности земли. Верным признаком близости к поверхности грунтовых вод является наличие у подножия склонов долины зеленых островков влаголюбивой растительности, в частности, тростника, камыша, различных видов осок.

Производится подробное обследование пяти наиболее значительных источников на маршруте. Указываются местоположение каждого из этих пяти источников, высота выклинивания над уровнем воды в реке или дном долины, гидрогеологические сведения и качество воды. Все эти сведения записываются в "Ведомость обследования источников".

Каждый исследуемый водный источник нумеруется; место его условным знаком наносится на план глазомерной съемки.

Расходы источника измеряются объемным способом. На маршруте помимо сведений об источниках также собирают сведения о колодцах: их местоположение, дату открытия колодца, гидрогеологические и режимные сведения. Все эти данные получаются путем непосредственных замеров колодцев и опроса местных жителей. Полученные сведения записываются в "Ведомость обследования колодцев".

Обследование поймы реки. При обследовании поймы собирают сведения о ширине и высоте в характерных местах, положении по отношению к реке, рельефе поверхности, глубине залегания подземных вод и наличии их выходов на поверхность, степени заболоченности, грунтах и растительности, ее затопляемости и т.д.

Обследование русла реки. При обследовании русла должны быть собраны сведения, характеризующие очертание его в плане (извилистость и разветвленность), русловые образования, ширину, глубину и скорость течения реки, подпоры их распространение, засоренность и зарастаемость русла, дно и берега реки. Данные о русле и берегах записываются в полевой дневник и анкету по режиму реки. Кроме того, составляется описание существующих на реке гидротехнических сооружений.

Ширина, глубина и скорости течения реки определяются при производстве гидрометрических работ на выбранных участках; места измерений наносятся на карту условными обозначениями, данные измерений записываются в полевом дневнике и журналах.

Гидрометрические работы производятся в начале и конце маршрута (на двух участках, разбиваются по три поперечника на каждом участке). Осуществляются промеры глубин на каждом поперечнике, измеряется скорость течения (наибольшая поверхностная скорость) поверхностными поплавками. При измерении расхода по наибольшей поверхностной скорости порядок и состав работ:

• поплавки забрасывают только на стрежень реки, где наблюдается наибольшая скорость течения;

• количество поплавков уменьшается до 5-7;

• положение поплавков в основном створе не фиксируют.

Определяются отметки максимальных уровней воды на исследуемых участках. При промерах глубин ведутся наблюдения за характером поверхности дна реки и слагающими его грунтами. Во время промеров глубин ведутся наблюдения над уровнем воды на реке. В дальнейшем промеры глубин приводятся к условному уровню. С этой целью находят разницу между условным и рабочим уровнями по данным наблюдений на водомерном посту. При отсутствии на реке водомерных постов высота условного уровня устанавливается приближенно - по опросу местных жителей.

Сбор сведений о режиме реки осуществляется путем опроса местного населения. Опрос надо производить на берегу реки, чтобы на местности можно было установить высоту характерных уровней, указанных опрашиваемым лицом и в нескольких пунктах (не менее двух) для каждого обследуемого участка реки. Собранные путем опроса сведения заносятся в полевой дневник с указанием пункта, к которому они относятся, по этим данным заполняется также "Анкета по режиму рек".

Для характеристики водного режима реки собираются сведения: о половодье, времени начала подъема воды, наступлении наивысшего уровня, его высоте, продолжительности стояния высоких вод, спаде уровня, времени окончания половодья; о летней и зимней межени ее продолжительности, времени наступления межени; о паводках их частоте (сколько наблюдается за сезон) и продолжительности.

По ледовому режиму реки собирают данные о замерзании реки - времени появления сала, шуги и заберегов, осеннего ледохода, его продолжительности; о ледяном покрове характере поверхности, максимальной толщине льда на плесах и перекатах; о вскрытии реки начале весеннего ледохода, его продолжительности.

Характеристика качества воды реки может быть составлена по данным опроса и личным наблюдениям. На участках реки у населенных пунктов определяется цвет, вкус и запах воды.

Во время маршрута производится глазомерная съемка участка реки. При глазомерной съемке необходимо наносить не только то, что имеет непосредственное отношение к водному объекту (бровки берегов, урезы воды, глубины, очертания болот, источники, склоны долин и т.д.), но и сельскохозяйственные угодья, искусственные сооружения, дороги, населенные пункты, мосты и т.п. Расстояния при съемке определяются шагами или с помощью рейки. Высоту точек местности эклиметром или любым угломерным инструментом (если расстояние до точки измеряется шагами, то угол находится по формулам. Все данные наносятся на план.

Перечень отчетных документов по результатам гидрографического обследовании участка реки: 1) полевой дневник, 2) план маршрутной глазомерной съемки (в масштабе 1:5000); 3) два поперечных профиля долины; 4) поперечные профили русла реки; 5) журналы ватерпасовки долины; 6) журнал измерения расхода воды поверхностными поплавками; 7) анкеты обследования источников и колодцев; 8) анкета по режиму рек; 9) типовой график колебания уровня воды обследуемой реки.

Измерение скоростей течения воды поверхностными поплавками (полный метод). Поплавки разбиваются на группы. Для этого на миллиметровке в журнале на поле координат) наносятся точки. По оси ординат откладывается продолжительность хода поплавков по оси абсцисс - расстояние от постоянного начала. Поплавки объединяются в группы (3-5 групп). По центрам тяжести групп поплавков проводится плавная кривая, которая сводится на урезы (эпюра). На эпюре, с учетом группировки поплавков, намечают скоростные вертикали. Рассчитывают характерные данные для каждой группы поплавков ("группировка поплавков").

• среднюю продолжительность хода поплавков находят как среднее арифметическое из отметок времени прохождения через створ для данной группы поплавков по тому же принципу находят среднее расстояние от постоянного начала; среднюю поверхностную скорость поплавков определяют по уравнению

V=L/t . ( 27)

Производят вычисление площади водного сечения, из промерного журнала выписывают расстояния от постоянного начала и глубины;- определяют расстояния между промерными точками и средние глубины между ними;

• площадь сечения между промерными точками находят произведением расстояния на среднюю глубину между промерными точками;

• для каждой группы поплавков рассчитывают площадь сечения в интервале путем суммирования площадей сечения между промерными точками для поплавков данной группы.

Фиктивный расход вычисляется по формуле, но в данном случае - поверхностная скорость на вертикали. Расход называется фиктивным потому, что он вычислен по поверхностным скоростям и завышен по сравнению с действительным расходом. Действительный расход будет меньше фиктивного на величину, пропорциональную коэффициенту который равен отношению действительного расхода к фиктивному:

Измерение расходов воды поверхностными поплавками (сокращенный метод). Расход воды по наибольшей поверхностной скорости течения (работы производились на маршруте) определяется так. Рассчитываются два расхода по данным измерений, полученным в начале и конце маршрута для трех профилей. Таким образом, имеются две серии запуска поплавков по 5 - 7 измерений в каждой. Из первой и второй серий выбираются три поплавка, показавшие наименьшую продолжительность хода между створами. Для каждого из трех поплавков вычисляется скорость его движения. Из значений скорости течения по трем отобранным поплавкам вычисляется среднее. Полученная величина скорости для каждой серии будет являться наибольшей скоростью течения воды.

Осредненная площадь водного сечения определяется по формуле площади водного сечения, определенные по трем указанным выше профилям. Переходный коэффициент от наибольшей поверхностной скорости к средней может быть получен по формуле

Гидрографическое обследование участка реки. Выделяют следующие основные формы рельефа: равнинный, холмистый, горный. При описании почвогрунтов, прежде всего надо обратить внимание на их свойства в отношении водопроницаемости, влагоемкости, размываемости. Для характеристики почвогрунтов используются их естественные обнажения по склонам оврагов, берегам рек, а также откосы выемок, карьеры, котлованы. Обычно выделяют следующие разновидности грунтов: глинистые, суглинистые, супесчаные, песчаные, хрящеватые (щебенчатые), конгломератные, скальные, торфяные.

Описание растительности участка реки приводится по основным ее группировкам: лесная, кустарниковая, луговая, степная, болотная, с указанием, где она находится. Для леса отмечается характер его расположения: сплошные массивы, полосы (лесонасаждения), отдельные пятна.

Различают следующие элементы долин:

• дно или ложе - наиболее низкая часть долины, заключенная между подошвами склонов. Затопляемое высокими водами дно долины или затопляемая часть его называется поймой. Часть дна (ложа) долины, занятая водами реки, называется руслом,

• склоны - повышенные участки суши, ограничивающие с боков дно долины и имеющие уклон к реке;

• подошва склона - самая нижняя линия склона долины, сопрягающаяся с ее дном;

• бровки - линии сопряжения склонов долины с поверхностью, прилегающей к долине местности;

• террасы - относительно горизонтальные площадки с уклонами вниз по течению (продольный) и к руслу (поперечный), располагающиеся уступами над современным дном долины. В долине может быть несколько террас.

По форме поперечного профиля речные долины подразделяются на следующие типы:

• щель - глубокая и очень узкая долина с отвесными, а местами нависающими склонами. Ширина долины почти равна ширине русла, т.е. дно полностью занято речным потоком. Дно и берега долины сложены твердыми кристаллическими породами, свойственными горным районам;

• каньон - долина с почти отвесными склонами, плоским, но большей частью сравнительно узким дном. Склоны каньона часто имеют ступенчатый характер. Такая форма долин встречается в области нагорий и предгорий;

• ущелье - глубокая долина с узким дном, кверху ширина долины увеличивается, а крутизна уменьшается;

• V-образная долина - разновидность ущелья, отличается от него более пологими склонами и большей шириной дна. Склоны могут быть прямыми, ступенчатыми, выпуклыми;

• корытообразная, или троговая, долина - имеет крутые, вогнутые склоны; к ложу долины они становятся пологими. Этот тип долины образовался вследствие ледниковой деятельности;

• ящикообразная долина - имеет широкое и почти плоское дно и умеренно крутые, реже почти отвесные склоны. Дно нередко заполнено мощной толщей аллювиальных отложений, в которые глубоко врезано русло. Такие долины часто встречаются в равнинных и предгорных районах;

• трапецеидальная долина - по профилю напоминает ящикообразную, но отличается более пологими склонами. Широко распространенный тип долины;

• неясно выраженная долина - имеет пологие склоны, которые по мере удаления от реки постепенно сливаются с прилегающей местностью. Определить элементы такой долины, как, например высоту бровок, границу ее дна, является трудной задачей. Такой профиль долины характерен для небольших рек, прорезающих равнины.

Описанные выше типы долин на всем своем протяжении не сохраняют ясно выраженную правильную форму. На некоторых участках профиль долин может быть искажен обвалом, оползнем, конусом выноса бокового притока. При обследовании реки такие участки долины надо отметить, сделать их зарисовки.

По крутизне склоны долин подразделяются на очень пологие (угол наклона менее 5°), пологие 5-10°, умеренно крутые 10-20°, крутые 20-45°, очень крутые 45-60°, близкие к отвесным (более 60°), почти отвесные (угол около 90°).

По внешнему виду склоны долины могут быть:

• отвесными - подошва склона очень хорошо выражена;

• наклонными - сравнительно ровная поверхность склона пересекается с дном долины под углами различной крутизны, подошва ясно обозначена;

• вогнутыми - вверху склон крутой, а внизу его крутизна уменьшается, и подошва выражена неясно;

• выпуклыми - верхняя сравнительно пологая часть склона сменяется более крутой, подошва большей частью выражена отчетливо;

• ступенчатыми - склон представляет собой ряд горизонтальных или близких к горизонтальным площадок.

При описании внешнего вида склона необходимо также отмечать наличие мощных скоплений обломочного материала, снесенного водой с верхней части склона или вынесенного ею из боковых долин.

Террасы могут быть наносными - аллювиальными, образованными продуктами размыва реки (песок, галька), и коренными, сложенными основными горными породами. Можно выделить следующие элементы террасы:

• поверхность - собственно терраса;

• уступ - имеющий характер круто наклоненной поверхности или даже обрыва, ограничивающего террасу снизу;

• подошва - линия сопряжения уступа с поверхностью нижележащей террасы или с ложем долины;

• бровка - линия пересечения поверхности террасы с поверхностью уступа или обрыва;

• высота - превышение бровки террасы над подошвой. Высотное положение бровки террасы зависит от того, насколько она пострадала от размыва, поэтому измерение высоты террасы производится в ряде характерных мест маршрута;

• ширина - расстояние между ее бровкой и верхней закраиной. Она измеряется рулеткой, шагами. Для каждой террасы приводится наибольшая и преобладающая ширина.

По положению относительно берегов реки пойма бывает односторонней (левобережной или правобережной) и двухсторонней, а по расположению относительно уровня воды в реке - низкой, подвергающейся ежегодно затоплению, и высоко расположенной, заливаемой только в очень высокие половодья или паводки.

По степени развития и характеру форм рельефа поверхность поймы может быть:

• непересеченной, почти ровной - отдельные повышения очень редки, имеют небольшую высоту, а понижения, к которым относятся ложбины, озера-старицы, протоки, встречаются в небольшом количестве и отличаются небольшими размерами;

• умеренно пересеченной - выпуклые (положительные) формы рельефа встречаются чаще и наблюдаются отдельные, не образующие систем ложбины, протоки и озера-старицы;

• пересеченной - рукава, протоки, промоины ложбины образуют системы, препятствующие передвижению по пойме;

• волнистой - в рельефе поверхности поймы преобладают возвышенные бугры, гряды, валы и другие положительные формы.

В зависимости от характера растительности и степени увлажнения в меженный период различают следующие поймы:

• луговая (открытая) сухая пойма - в летнюю межень представляющая сухой или слабо увлажненный луг (без болотной растительности); редкие кустарники встречаются в виде узких прерывистых бордюров по берегам основного русла и стариц;

• луговая (открытая) заболоченная пойма - представляющая сплошь или большей частью заболоченный луг, на котором произрастают влаголюбивые растения и обитатели болот - осока, пушица. В зарастающих или уже заросших старицах встречаются отложения торфа, местами имеются заросли кустарника и отдельные деревья;

• кустарниковая или лесная (закрытая) сухая пойма - сходна с луговой (открытой) сухой поймой, но значительная часть ее площади занята лесом и зарослями кустарника. Поэтому просматриваемость такой поймы плохая;

• кустарниковая или лесная (закрытая), заболоченная пойма -напоминающая луговую (открытую) заболоченную пойму, но зарос-ли кустарника или леса занимают значительные пространства;

• болотная пойма - представляющая травяное или переходное болото со значительной мощностью торфа.

Почвогрунты пойм могут быть илисто-глинистыми, песчаными, песчано-гравелистыми, песчано-галечными, гравелисто-галечиыми, каменистыми, торфянистыми.

По затоплению поймы должны быть собраны следующие сведения: о границах наибольшего и обычного разливов, характере затопления, его сроках, о глубинах и продолжительности стояния воды в пойме при наибольшем и обычном разливах. Все эти сведения собираются по опросу местных жителей. Собираются сведения об использовании поймы (сенокос, огороды, гидротехническое строительство, осушительные работы и т.д.).

К основным элементам речного русла относятся:

• ширина реки - расстояние между урезами воды,

• глубина реки - наибольшая по водному сечению,

• дно реки - подводная часть русла;

• берег реки - надводная часть русла от уреза воды до его бровки;

• бровка берега - линия сопряжения берега с дном долины или гребнем берегового вала;

• высота берега - превышение его бровки над урезом воды;

• ширина русла - расстояние между бровками берегов.

Под извилистостью русла реки понимают степень изменяемости его направления, а под разветвленностью русла - разделение его на рукава. По извилистости речные русла или их участки разделяются на относительно прямолинейные и меандрирующие. Прямолинейные русла почти не изменяют своего направления, имеют большие и плавные излучины. Меандрирующие русла по характеру излучин бывают:

• умеренно извилистыми, когда сравнительно редко встречающиеся меандры имеют плавные очертания;

• извилистыми, когда меандры встречаются чаще, но не имеют обратного расположения по отношению к направлению реки;

• сильно извилистыми, когда меандры очень часты и многие из них имеют обратное направление.

Оценку степени извилистости речного русла можно производить с возвышенного берега. Отсюда удобно сделать зарисовку выделяющейся по своему очертанию и размерам петли или излучины. По разветвленности русла реки приводятся сведения об островах, рукавах, протоках, староречьях, заливах, их местоположении. По степени разветвленности различают русла:

• неразветвленные - острова отсутствуют или встречаются очень редко, размеры их по сравнению с шириной реки незначительны;

• умеренно разветвленные - острова встречаются чаще, длина их не превышает 3-5 ширин русла, при пересечении долины в поперечном направлении встречаются 2-3 коротких рукава или протоки, основное русло имеет большую ширину по сравнению с рукавами и выделяется среди них довольно четко;

• сильно разветвленные - русло разделяется на большое количество рукавов и проток различной длины, ширины и глубины, рукава и протоки могут иметь значительное протяжение и далеко отходить от основного русла.

Наиболее характерные элементы разветвленности речного русла:

• основное, или главное, русло - наиболее широкая и глубокая ветвь русла;

• остров - часть дна долины, ограниченная рукавами или протоками реки; закреплен растительностью, отличается устойчивостью;

• останец обтекания - участок поймы (дна долины) между действующим руслом и покинутым рекой старым руслом - староречьем;

• рукав - часть реки, отделенная от ее главного русла или других рукавов островом или отсохшей отмелью;

• протока - ответвление реки, обычно отходящее далеко от основного русла реки. При низких уровнях скорости течения в протоках меньше, чем в основном русле, поэтому они часто зарастают водной растительностью;

• староречье - старое русло реки (протоки), оставшееся вследствие прорыва рекой перешейка меандры. При низкой воде староречья часто не сообщаются с рекой или открытым к руслу бывает только один конец староречья;

• старица - староречье, полностью отделившееся от реки и превратившееся в озеро, чаще всего имеющее дугообразную форму;

• залив - глубоко вдающееся в берег речное образование.

Для характеристики берегов реки собираются сведения о их высоте, крутизне, грунтах, растительности и разрушаемости. По устойчивости различают берега:

• устойчивые - почти не размываемые;

• умеренно размываемые - размыву подвергаются преимущественно вогнутые берега, разрушающиеся во время весеннего половодья или при паводках;

• сильно размываемые - интенсивно разрушающиеся в половодье и в паводок.

Русловые образования:

• перекат - мелководный участок реки, образующийся на перегибах русла, т.е. в местах перехода от одного закругления к другому;

• плес (плесовый участок) - относительно глубоководный участок реки между перекатами, расположенный преимущественно в излучинах русла;

• порог - небольшой по длине участок реки со значительным падением уровня и бурным течением. Образуется обычно в местах выхода на поверхность трудно размываемых горных пород или нагромождения крупных валунов, в межень выступающих из воды;

• стремнина - участок реки, на котором расположено несколько порогов;

• водопад - падение воды с отвесного уступа в ложе реки;

• осерёдок - небольших размеров временный остров, образованный речными отложениями. Размеры и очертания осерёдка могут изменяться вследствие его размыва или намыва;

• отмель - мелководный участок в русле реки, в низкую воду обсыхает;

• коса - низкая и узкая песчаная или песчано-галечная полоса, примыкающая к урезу реки и вдающаяся в русло длинным клином. Если коса вдоль берега размывается, то она становится отмелью;

• пляж - широкая, ровная береговая полоса, сложенная песчаными наносами или мелкой галькой.

Дно реки может быть:

• ровным - при плавном изменении глубин;

• неровным - глубины распределяются неравномерно;

• очень неровным - присутствуют глубокие ямы, отмели, нагромождения камней (валунов), выходы кристаллических пород.

Речное дно может быть илистым, глинистым, песчаным, галечным, каменистым (камни диаметром до 0,2 м), валунным (размер отдельных валунов более 1 м), скальным, торфянистым.

Работа №12. Измерение высоты волны Проверить фактические (измеренные) с расчетными данными

Волномерные наблюдения на озерном посту. Задача практики – определение основных элементов волн и характеристика ветроволнового режима водоема.

Состав наблюдений. Волномерные наблюдения выполняются каждый час. Дополнительные волномерные наблюдения сопровождаются измерением уровня воды на водомерном посту.

В состав наблюдений входит:

• определение среднего периода волн по волномерной вехе или береговому прибою;

• определение наибольшей разности волновых горизонтов (высоты волны) по волномерной вехе;

• определение направления распространения волн и стадий развития волнения;

• оценка степени волнения и состояния поверхности водоема по соответствующим шкалам;

• определение скорости и направления ветра.

В этом объеме наблюдения производятся в эти сроки только тогда, когда высота волн превышает 20 см. При меньшей высоте волн работы ограничиваются выполнением наблюдений, указанных в п. 3-5.

Специальные исследования и наблюдения [ Вагапов]. Наблюдения за волнением на водохранилищах и озерах. Измерения скорости и направления течений. Наблюдения за температурой, цветом и прозрачностью воды. Взятие проб воды для химического анализа. Автоматизация гидрологической сети

Волномерные вехи и наблюдения по ним. Элементы (высоту, период и т. п.) волны у берега определяют при помощи волномерных вех; для этой цели применяют также специальные приборы - волномеры и самописцы волнения.

Волномерные вехи. Веха представляет собой шест дли­ной 8 - 12 м, диаметром 10 см. Верхнюю часть вехи на длину 0 - б м раскрашивают различными цветами в виде колец высотой 10 см. Веху устанавливают па сваях, прочно забиваемых в грунт дна. При глубинах более 3 - 5 м веху устанавливают на якорях, на плаву. Для придания вехе плавучести вблизи ее нижнего конца укрепляют деревянную бабку из отрезка сухого бревна длиной 1,2 - 2 м (рис. 14.1 а). Чтобы веха не сдвигалась с места волнением и течением, она при­крепляется мягким 6 - 10-миллиметровым тросом к мертвому якорю весом 80 - 100 кг.

При глубинах более 10 - 12 м конструкция вехи усиливается, в качестве поплавка для вехи применяют сварной металлический бачок объемом 80 - 100 л. Применяют также поплавки из поропласта. Вес якоря увеличивается до 150 - 200 кг.

При значительных изменениях уровня воды веха для сохранения ее вертикального положения подтягивается или опускается. После установки вехи определяют ее местоположение и отметку нуля.

Проверку указанных характеристик производят еженедельно и сверх того после каждого сильного шторма. Отметку нуля вехи определяют также после каждого ее опускания или подтягивания.

Автоматические вехи. Размеры автоматической вехи те же, что и описанных выше, но, в отличие от волномерных вех, деления ее рельефные (в виде выступающих через 2 см зубцов). Веха оцифрована через 10 см, снабжена кольцеобразным поплавком в виде металлического сосуда, имеющего пластинчатые пружины. Пружины поплавка упираются в деления рейки, поэтому поплавок, отмечающий высоту гребня волны, может только подниматься, а поплавок, отмечающий уровень подошвы волны, может только опускаться. Автоматические вехи устанавливают попарно.

Рисунок 19. Волномерные вехи.

Наблюдения за волнением проводят в стандартные сроки, а при сильных штормах и в дополнительные сроки. При максимальной разности волновых горизонтов менее 10 см на малых озерах и 20 см на больших озерах измеряют только скорость и направление ветра, средний период волны (если возможно производить от­счеты) и отмечают состояние водной поверхности.

Состав и последовательность наблюдений на волномерном посту следующие:

1. определяют в начале и конце наблюдений скорость и направление ветра;

2. по волномерной вехе измеряют средний период волн и определяют наибольшую разность волновых горизонтов;

3. отмечают направление распространения волнения, стадию развития волнения и другие его характеристики.

Для нахождения среднего периода волн по секундомеру отмечают время прохождения через веху 101 последовательного гребня волн и делением времени на 100 получают средний период волн. Наблюдения проводят два раза, причем расхождение между двумя отсчетами недолжно превышать 5%. За окончательный результат берут среднее из двух определений.

При наблюдении необходимо учитывать все гребни волн, проходящих через веху, а не выбирать только наиболее ярко выраженные.

Наибольшая разность волновых горизонтов получается как разность между наибольшим отсчетом по вехе при прохождении вершин волн и наименьшим отсчетом по вехе при прохождении подошв волн, выбранных из большого числа наблюденных волн за определенный отрезок времени. Эта разность будет больше, чем высота волны, так как самой высокой вершине не соответствует самая глубокая подошва волны.

Наблюдения должны быть организованы следующим образом. В зависимости от величины среднего периода волны, который опре­деляют в начале наблюдений, назначают время производства на­блюдений за вершинами с таким расчетом, чтобы через веху про­шло около 50 волн. За это время наблюдатель должен зафиксиро­вать наивысшее деление вехи, до которого поднимались вершины. В течение такого же времени проводят наблюдения за подошвами волн, при которых фиксируют низшее деление вехи, до кото­рого они опускались. Отсчет производится с точностью до 5 см.

Наблюдения повторяют по два раза, и для вершин берется максимальное значение из двух отсчетов по вехе, а для подошв - минимальное значение. Вычитая из максимального значения отсчета наивысшей вершины волны минимальное значение отсчета, отвечающее отметке самой низкой подошвы, получают максимальную разность волновых горизонтов, которая будет соответствовать 100 волнам.

Одновременно с наблюдениями за волнением измеряют скорость ветра и определяют его направление. Скорость ветра измеряют при помощи ручного анемометра, устанавливаемого на шесте высотой 2 м над поверхностью воды вблизи берега. Если берега крутые, измерять скорость ветра в виде исключения можно на высоком берегу, но постоянно на одной высоте над поверхностью подвес закрепляют на кран-балке лебедки. Длину вытравляемого троса определяют по блок-счетчику, учитывая при этом, что нижняя ферма опускается на глубину, втрое меньшую, чем указывает счетчик. Угол направления течения определяют с помощью делений лимба по указателю. Для установки указателя но направлению линии створа используют визирное устрой­ство 6. К недостаткам прибора следует отнести громоздкость и большой вес. В настоящее время он приме­няется редко.

Радиоизмеритель течений ГМ-33 предназначен для измерения направлений и скоростей течений в морях на глубинах до 200 м, но может «применяться и на крупных водохранилищах и озерах. Устанавливается на специальном автономном заякоренном радиобуе. Для измерений направлений и скоростей течений применена вертушка с магнитной системой, устанавливающейся по магнитному меридиану. Вращение ротора вертушки и изменения направления продольной оси вертушки относительно магнитной рамки под действием течения преобразуются в электрические импульсы с последующим преобразованием их в сигналы радиопередатчика. К бую подвешиваются две вертушки на различных глубинах. Скорость течения измеряется в диапазоне от 0,03 до 3,00 м/с с точностью ±(2см/с + 3% измеряемой величины); направление течения регистрируется с точностью ±10°. Дальность действия радиосистемы до 30 км.

Передатчик радиобуя работает в ультракоротковолновом диапазоне. Сигналы принимаются приемным устройством с поворотной антенной и регистрируются на телеграфной ленте. Величины скоростей и направлений течений определяются по частоте и взаиморасположению записанных на ленте сигналов. Длительность автономной работы радиобуя до 30 суток.

Наблюдения за температурой, цветом и прозрачностью воды. Изучение термического режима водоемов имеет большое практическое значение при изучении испарения с водной поверхности, исследовании замерзания и вскрытия водоемов, условий образова­ния в них льда, шуги, полыней и других сопутствующих им явлений, а также необходимо при изучении ледового режима для проектирования и эксплуатации гидростанций и водозаборных со­оружений систем водоснабжения. Знать термический режим, цвет и прозрачность вод озер и водохранилищ необходимо при исследо­вании их ледового режима и изучении перемешивания их водных масс, химического и газового режимов вод этих водоемов и развития в них биологических процессов.

Наблюдения за температурой воды. Наблюдения за температурой воды проводятся на всех гидрологических станциях и постах, на которых ведутся наблюдения за уровнем, и включают:

1. систематические ежедневные измерения температуры воды в постоянном месте – в прибрежной зоне или на стрежне реки;

2. временные эпизодические параллельные измерения температуры воды в нескольких точках по длине и ширине реки с целью выявления типичности постоянного места измерений.

Место для измерения температуры воды в реках выбирается в створе или вблизи водомерного поста в прибрежной части на проточном месте с глубиной по возможности не менее 0,3-0,5 м. К месту измерений не должны подходить струи родниковых или сбросы промышленных вод. Температура воды в месте измерения должна мало отличаться от средней температуры воды во всем водном сечении и по длине реки на участке поста. Соблюдение этого условия 'Проверяют путем организации эпизодических исследований.

При ширине реки менее 10 м измерения температуры воды производят на стрежне, а при малых глубинах - в самом глубоком проточном месте реки.

Температуру воды измеряют водным термометром с точностью до 0,1 С⁰.

На шугоносных реках в переходные периоды, осенью и весной, при температуре воды, близкой к 0°, для измерений применяют микротермометр, позволяющий отсчитывать значения температуры воды с точностью до 0,01° С в диапазоне от - 8 До +1,2° С.

Для измерения температуры воды с повышенной точностью в настоящее время применяют преимущественно микроэлектротермометр ГР-51, имеющий диапазон измерения от - 2 до +1,60° С и точность отсчета по шкале 0,01° С. Прибор состоит из датчика, укрепленного на конце трехжильного кабеля длиной 12 м, и основного прибора с измерительной частью. Датчик состоит из двух сопротивлений -медной и манганиновой проволок, намотанных бифилярно и заключенных в тонкостенный металлический кожух. Медная проволока используется в качестве термочувствительного элемента, манганиновая проволока имеет приблизительно постоянное сопротивление. Основной прибор состоит из деревянного ящика, на панели которого находятся кнопка включения питания, ручка реохорда с указателем, шкала реохорда, клеммы для подключения кабеля и наушников. На внутренней стороне панели выполнен монтаж измерительной части прибора. Переменной частью этих сопротивлений является круговой реохорд. Балансировка моста производится вращением рукоятки прибора, при этом движок перемещается по реохорду. В качестве индикатора баланса плеч моста применены телефонные наушники. При затухании звука в них берут отсчет по шкале реохорда. Для питания моста в приборе имеется полупроводниковый генератор звуковой частоты, получающий в свою очередь питание от гальванических элементов напряжением 1,5 В.

Для измерения температуры датчик погружают в воду на заданную глубину и выдерживают в течение 4-5 минут. Затем, вращая ручку реохорда, добиваются исчезновения звука в наушниках и берут отсчет по шкале. Значение температуры получают по тарировочной таблице.

Методы измерения характеристик волнения. Элементы волнения: высота волны, длина волны, период волны, направление распространения волны, скорость волны, крутизна волны, тип волнения, форма волнения, степень волнения, состояние поверхности моря

Весь комплекс современных наблюдений за волнением обычно выполняют визуально и с помощью различных приспособлений и приборов. Наблюдения за волнением проводятся и с берега, и в открытом море ‑ на судах различного типа и назначения, а также на буйковых станциях и стационарных платформах.

Визуальные наблюдения. Визуальные наблюдения за волнением заключаются в глазомерной оценке следующих элементов волнения: степени, состояния поверхности моря, типа и формы волнения, высоты, периода, направления и скорости распространения волнения.

Устройства и приспособления для определения элементов волн. Для измерения элементов отдельных волн используют различного типа специальные измерительные приспособления. Несмотря на кажущуюся примитивность, при тщательном выполнении измерений они дают отличные результаты. Одними из первых подобных приспособлений, не потерявших своего значения и до настоящего времени, являются волномерные рейки и вехи или волномерные щиты с сеткой, которые предназначены для определения высоты волн и повышают точность визуальных наблюдений.

В океанологической практике прибрежных наблюдений за основными элементами поверхностных волн, а также для измерения расстояний на море используются оптические волномеры-перспектометры. Широкое распространение у нас в стране нашел береговой волномер-перспектометр ГМ-12 (ВБ-49) конструкции Иванова. Оптическая схема прибора представляет собой монокуляр со встроенной специально разграфленной сеткой, состоящей из системы линий в перспективной проекции.

Электродные волнографы. Электродные волнографы включают в себя приборы, датчиками которых являются один или два электрода, погруженных вертикально в воду. Струнные (резистивные) волнографы предназначены для непрерывной записи профиля волн в выбранном масштабе. Датчиком таких волнографов является не окисляемая в морской воде проволока с большим удельным сопротивлением, натянутая обычно на жесткую опору устанавливаемую в прибрежных районах. Проволока заглубляется в воду примерно на половину своей длины. Морская вода служит проводником с малым активным сопротивлением (Прибрежный волнограф ГМ-61)

Электроконтактные волнографы являются частным случаем резистивных волнографов. Они представляют собой вертикальный ряд пар контактов, расположенных через фиксированное (5—10 см) расстояние на несущем стержне (рейке). Между контактами рейки включены постоянные сопротивления. При изменении уровня воды контакты либо замыкаются, либо размыкаются, изменяя общее сопротивление цепи. На точность и стабильность таких волнографов влияют брызги, смачиваемость, коррозия, обрастание и загрязнение контактов. (радиоволнограф «Волновая веха», автономный радиоволнограф ГЗ-2).

Емкостные волнографы в простейшем виде представляют собой изолированный, чаще всего тефлоном или углеродосодержащим полиэтиленом, токопроводящий стержень с загерметизированным нижним концом, помещенным в морскую воду (емкостной датчик для регистрации волн).

Поплавковые волнографы. В качестве датчика для измерения характеристик волнения используются также плавающие поплавки. Поплавки обычно изготовляют в форме вертикального цилиндра и крепят с помощью жестких пружин к несущей конструкции. Переменная архимедова сила, воздействующая на поплавок при прохождении профиля волны, воспринимается пружинами и преобразуется в непрерывную запись колебаний волнового уровня. Но этот метод не позволяет производить измерения в высокочастотной части спектра (волнограф типа Вемельсфельдера).

Измерители гидростатического давления. Измерение давления осуществляется датчиками, расположенными на дне при небольших глубинах или находящимися в фиксированном положении ниже поверхности воды. На каждый датчик при этом воздействуют столб воды и атмосферное давление. Это суммарное давление медленно меняется в связи с наличием в море длиннопериодных колебаний и происходящих атмосферных процессов. Волновой профиль накладывается на эти медленные изменения суммарного давления. Для измерения поверхностного волнения в этом случае используются различного типа датчики гидростатического давления (Волнограф модели 521).

Буйковые волнографы. При использовании волнографов подобного типа датчики характеристик поверхностного волнения располагают или на буе, плавающем на поверхности, или подвешивают к нему (Волнограф ГМ-16, Радиоизмеритель волн ГМ-32 и «Метеобуй», Волнографы, регистрирующие ускорение волнового движения, Волномерный буй «Вейврайдер», Волнограф «Вейвтрек», Волнограф «Вейвкрейстбуй» Автономный волноизмерителъный буй).

Альтиметры. Альтиметры разделяются на системы, работающие в надир (надводные) и в зенит (подводные). Но в обоих случаях носитель может быть неподвижным (надводная или подводная платформа, дно моря) или движущимся (самолет, ИСЗ, подводная лодка). К приборам, работающим в надир, относятся радары, лазеры, инфракрасные альтиметры и сонары (ультразвуковые эхолоты), к приборам, работающим в зенит, ‑ сонары (Акустический измеритель волнения модели 480).

Оптические методы. При проведении наблюдений на больших акваториях для получения комплексных характеристик волнения используется стереофотосъемка волнения. Стереофотограмметрический метод основан на анализе пары снимков.

Микроволновый доплеровский радиолокационный волномер-профилометр (РЛВП), позволяющий производить измерение профиля волны. Источником электромагнитного излучения в нем является диод Ганна, помещенный в резонатор и снабженный теплоотводом.

Судовые волнографы. Волнограф Такера позволяет измерять на малом ходу судна, с судна, лежащего в дрейфе или стоящего на якоре, гидростатическое давление в фиксированной точке на небольшой глубине датчиком волнения, встроенным в обшивку судна в плоскости его центра тяжести, и вертикальное перемещение этой точки акселерометром с двойным интегрированием выходного сигнала.

Волнограф судовой ГМ-62 предназначен для измерения высот и периодов волн с судна в открытом море. Кроме того, он может использоваться для регистрации вертикальной качки той части судна, где подвешены датчики, т.е. линейных колебаний этой части вдоль вертикальной оси.

«Система путевого измерения характеристик волнения океана», предназначенная для измерения волнения на ходу судна и состоящая из: датчика волнения, датчика качки судна, двух аналого-цифровых преобразователей, блока вывода информации на магнитную ленту, магнитного накопителя и компьютера.

Рейдовые наблюдения. Задача практики – выявить характер вертикального распределения и внутрисуточных колебаний основных гидрологических параметров.

Наблюдения на рейдовой вертикали. Рейдовая вертикаль назначается в водохранилище над затопленным речным руслом и закрепляется буем. Работы производятся с большой лодки, катера или другого крупного плавсредства, которое весь период наблюдений устанавливается у буя на 2-3 якоря для предотвращения его рыскания. Для сообщения с берегом используется гребная или моторная лодка.

Наблюдения на рейдовой вертикали производятся с лодки. Работы на рейдовой вертикали производятся сменными группами в составе 3-4 человек в течение суток с интервалом между отдельными сериями наблюдений в 3 часа. В состав каждой серии наблюдений на вертикали входят:

• метеорологические наблюдения;

• определение глубины вертикали;

• измерение температуры воды;

• измерение скорости и направления течений;

• отбор проб воды для определения рН, концентрации растворенного в ней кислорода, а также для измерения удельной электропроводности;

• определение прозрачности и цвета воды.

С наступлением срока данной серии приступают одновременно к измерениям глубины, к наблюдениям за температурой воды, течениями, ветром и к отбору проб воды. Все результаты наблюдений каждой серии заносятся в «Журнал для записи гидрометеорологических наблюдений на озерных вертикалях».

На каждую серию рейдовых наблюдений из группы практикантов назначается поочередно ответственный, в обязанности которого должно входить измерение температуры воды, организация и контроль работы остальных членов группы, а также последующая камеральная обработка материалов, отобранных проб воды и анализ результатов данной серии наблюдений и соблюдение техники безопасности в период работ на воде.

Измерение прозрачности и цвета воды. Прозрачность воды определяется при помощи белого диска (ДБ). Фал, на котором диск погружается в воду, должен быть размечен марками с интервалом 10 см начиная от верхней поверхности диска. Измерения прозрачности производятся в тени от борта судна. Диск медленно опускают в воду и в момент, когда он становится невидимым, отмечают глубину погружения по маркам фала. Затем его медленно поднимают к поверхности воды и вновь отмечают глубину по фалу в момент, когда диск стал виден наблюдателю. Величина прозрачности воды равна среднему значению из этих отсчетов; она записывается в палубный лист с точностью 10 см.

Цвет воды определяется по шкале цветов (ШЦВ), состоящей из 22 запаянных пробирок с растворами, окрашенными в цвета от синего до коричневого и заключенными в деревянный футляр. Так же как и шкала рН, шкала цветов портится от яркого света, поэтому ею следует пользоваться в тени. Для определения цвета воды белый диск погружают с теневого борта в воду на глубину, равную половине прозрачности, и сравнивают окраску воды над диском с окраской пробирок шкалы, под которые подложена белая бумага. Выбрав пробирку с наиболее близкой к забортной воде окраской, записывают ее номер в палубный ласт.

Определение прозрачности и цвета воды производят только в светлое время суток, от восхода до захода солнца.

Более полно об определении качества воды, приложение В.

Приборы и оборудование: буй с якорем, гребная лодка с 2 якорями, электрические фонарики, часы с секундной стрелкой, психрометр аспирационный, анемометр ручной, рейка метеорологическая, вымпел и компас, термометры глубоководные, рамы для термометров, груз гидрометрический, вертушка морская ВМ-М, диск белый ДБ, шкала цветов воды ШЦВ, батометр Молчанова, шкала рН речная, кислородные склянки, канистры (бутылки), палубные листы, листы белой бумаги, полотенце лабораторное, комплект для фиксации О₂: а) пипетки на 1 мл, б) склянка с раствором МnСl₂, в) склянка с раствором КI + NaOН, г) склянка с 3 %-ным раствором борной или уксусной кислоты.

Гидрологический разрез плеса водоема. Задача – выявить характер распределения основных гидрологических характеристик, вертикальной устойчивости вод, а также состав донных отложений и характер распределения водной растительности на поперечном разрезе плеса в связи с особенностями рельефа его дна.

Работы на гидрологическом разрезе. Местоположение гидрологического разреза выбирается заранее по крупномасштабной карте или по предварительным рекогносцировочным промерам одного из плесов водоема так, чтобы он пересекал наиболее характерные морфологические участки затопленной водохранилищем речной долины: речное русло, низкую и высокую поймы, надпойменную террасу и т.п. На схематический план плеса наносится поперечный разрез и три-четыре репера (местные ориентиры) на его берегах, необходимые для засечек местоположения гидрологических станций на разрезе.

В состав работ на гидрологическом разрезе входят:

1. промеры штангой или лотом, эхолотный промер,

2. гидрологические наблюдения на 5-8 вертикалях по разрезу:

а) определение местоположения вертикали;

б) измерение глубины;

в) измерение температуры и электропроводности воды;

г) отбор контрольных проб воды для точного определения электропроводности;

д) измерение прозрачности воды;

е) определение характера грунтов и мощности отложений.

Все работы производятся с лодки. Наблюдения на вертикалях, которые назначаются в характерных точках профиля дна на разрезе, желательно проводить в течение одного дня для получения возможно более синхронных гидрологических данных.

Эхолотные промеры. Для наиболее полной характеристики рельефа дна по поперечному разрезу водоема промеры глубин производят эхолотом, позволяющим получить эхограмму – непрерывную запись профиля дна. Работа эхолота основана на принципе измерения времени прохождения прямого и отраженного ультразвукового импульса от излучателя до дна водоема и обратно – до приемника прибора. На ленте прибора непрерывно регистрируется профиль дна водоема.

Приборы и оборудование. Эхолот (комплект) с рулоном бумаги ЭТБ-2, теодолит со штативом, створные вехи, вешка геодезическая, рулетка, водомерная рейка, наметка, лопата.

Эхолот речной ИРЭЛ (Быков, Васильев, 1972) состоит из центрального прибора, блока питания с аккумуляторной батареей и забортного устройства. Он позволяет измерять глубину от 0,2 до 20 м с точностью 0,1 м при глубинах меньше 5 м и 2% – при больших глубинах. Запись производится в масштабе 1:100 на специальной металлизированной бумажной ленте ЭТБ-2 электротермическим способом.

Съемка размываемого берега. Задача – произвести планово-высотную съемку размываемого участка берега по поперечникам и определить характер переработки берега водохранилища.

Планово-высотная съемка берега. Для изучения переработки берега водохранилища выбирается участок побережья протяженностью 0,1-0,2 км с хорошо выраженными морфологическими элементами размываемого берега – обрывистым клифом и развитой береговой отмелью. На коренном берегу на расстоянии от бровки клифа, превышающем возможную величину ее отступления в результате абразии, установлен капитальный металлический или временный репер. Этот репер служит опорной точкой (точка постоянного начала) плановой основы съемки берега, состоящей из магистралей и нескольких промерных поперечников.

Приборы и оборудование: ватерпасовочные рейки, геодезические вешки, стальная мерная лента со шпильками, цилиндрические уровни, металлические штыри, деревянные колья, гребные лодки, размеченные фалы с поплавком и якорем, наметки, лоты, топор, полевой дневник, нивелирные журналы, промерные книжки.

Разбивка магистралей и промерных профилей. От основного репера параллельно бровке клифа прокладывается магистраль. Направление магистрали на местности обозначается несколькими геодезическими вешками, а ее азимут измеряется буссолью, а длина магистрали – стальной мерной лентой; через каждые 25-30 м от основного репера на магистрали забиваются в землю металлические штыри. Они служат реперными точками, от которых затем разбиваются промерные поперечники.

Расстояние между реперными точками по магистрали должно быть промерено стальной лентой дважды (прямым и обратным ходом) с точностью 0,01 м. При изогнутой линии исследуемого берега магистраль может быть разбита в виде ломаной линии. Тогда вершины углов поворота магистрали должны быть приурочены к реперным точкам. Каждый угол поворота магистрали измеряется теодолитом путем определения как внутреннего, так и внешнего углов. Правильность определения угла поворота магистрали проверяется по сумме измеренных величин углов, которая должна быть равна 360°00'. Все записи ведутся в полевом дневнике. В нем, кроме того, изображается схема исследуемого участка берега и магистрали, на которой указываются измеренные величины углов и расстояний между реперными точками.

По окончании разбивки магистрали приступают к разбивке промерных поперечников. Для этого над каждой реперной точкой устанавливают теодолит и направляют его визирный луч перпендикулярно линии бровки клифа в сторону водоема. По визирному лучу устанавливают две геодезические вешки, одна из которых должна находиться на бровке клифа, другая – на береговой отмели вблизи уреза воды. Затем по компасу измеряют два угла, расположенные между вешками, установленными на магистрали у предшествующей и последующей реперных точек. Сумма этих двух углов должна быть равна внутреннему углу магистрального хода по отношению к берегу водоема. После измерения этих углов на место теодолита у реперной точки ставят третью геодезическую вешку данного поперечника. Измеренные величины углов между магистралью и направлением поперечного промерного створа записывают в полевой дневник и указывают на схеме.

Определение высотного положения характерных точек поперечного профиля. Перед началом определения высотного положения точек, расположенных в створах поперечных профилей, и по окончании работ необходимо измерить уровень воды на ближайшем водомерном посту.

В створе каждого поперечного профиля, обозначенного тремя геодезическими вешками, намечают характерные точки таким образом, чтобы возможно более подробно отразить характер рельефа надводной части берега. Такими точками должны быть бровка клифа, бровка и подошвы отдельных уступов клифа и волноприбойных микротеррас на береговой отмели. Число характерных точек на поперечнике должно быть не менее 10-20. На участках с одинаковыми уклонами берега они могут располагаться на больших расстояниях друг от друга, чем на участках профиля, пересекающих абразионные уступы. В каждую из намеченных точек забивается небольшой деревянный кол вровень с поверхностью земли. Такие же колья забивают вплотную рядом с реперной точкой – началом промерного профиля и на урезе воды вровень с ее поверхностью. На кольях проставляют порядковые номера, начиная от реперной точки.

Высотное положение характерных точек надводной части берега на пологих его участках (на коренном берегу и на береговой отмели) определяют нивелировкой, на обрывистых, где нивелировка невозможна, – ватерпасовкой, или тахиметрической съемкой.

Нивелировка производится так же, как и сваи водомерного поста. Расстояния между кольями измеряют мерной лентой или рулеткой. Записи ведутся в нивелирном журнале, в котором изображается схематический профиль поперечника надводной части берега с указанием порядковых номеров характерных точек, расстояний между ними и превышений с точностью до 1 см.

Ватерпасовка обрывистого клифа производится с помощью двух ватерпасовочных реек. Одну из них располагают горизонтально над обрывом. Горизонтальность ребра рейки проверяется по цилиндрическому уровню. Вторую нивелирную рейку с круглым уровнем устанавливают вертикально на головки кольев, забитых в характерных точках обрыва. По установленным таким образом нивелирным рейкам определяется горизонтальное расстояние между характерными точками обрыва и их превышение относительно бровки клифа. Измеренные величины с точностью до 1 см указываются на профиле в нивелирном журнале.

Определение расстояний между характерными точками надводной части поперечного профиля и их превышений производят дважды – ходом от реперной точки к урезу воды и обратным ходом. Затем подсчитываются суммарное расстояние и превышение между урезом воды и реперной точкой по данным обоих ходов, и если указанные величины расходятся более чем на 0,1% по расстоянию и 1% по высоте, измерения производят третий раз.

Промеры. Определение характера рельефа подводной части берегового склона на поперечном профиле выполняется путем промеров с гребной лодки. Для этого перед началом промеров в створе выставленных на берегу трех геодезических вешек на поверхности воды растягивают фал длиной 30-40 м, размеченный через каждый метр марками. Марки, соответствующие каждому 5 и 10 метрам, должны отличаться по цвету от остальных марок. На берегу фал закрепляют за прочно вбитый в землю кол, при этом начальная марка должна совпадать с колышком, забитым у уреза воды. Второй конец фала крепится к поплавку, которым может служить запасной спасательный круг. Поплавок устанавливают на якоре таким образом, чтобы растянутый на воде фал находился точно в створе береговых вешек.

Промеры с лодок производят у каждой марки фала до глубины 5 м с помощью наметки, на больших глубинах – лотом. Наметка представляет собой шест длиной около 6 м, размеченный10-сантиметровыми делениями. Точность отсчета глубины по наметке равна 5 см, по лотлиню – 10 см. При промерах лодка должна двигаться вдоль поперечника так, чтобы ее не прижимало ветром к фалу. Промеры производятся дважды – при следовании лодки от берега к поплавку и в обратном направлении. Запись результатов промеров ведется в промерной книжке. По звуку удара о дно наметки или лота и следам грунта на них определяют характер (плотность и состав) донных отложений береговой отмели и записывают в промерную книжку.