Тип руслового процесса и его расчетные параметры устанавливают на основе морфометрического обследования русел и пойм рек, данных русловых съемок, материалов аэросъемок, топографических планов и карт, а также лоцманских карт за разные годы.

Морфометрические обследования существующих инженерных сооружений осуществляют с использованием как традиционных геодезических методов, так и современных методов наземной стереофотограмметрии, цифровой фотограмметрии, лазерного сканирования, а также наземно-космических съемок с использованием систем спутниковой навигации «GPS».

5.4. Гидрометрические работы

данные об изменениях уровнейДводы Ив течение года и за многолетний период;

данные о скоростях теченияАи расходах потока в целом для всего сечения долины реки и для характерных его частей;

данные о геометрическихбхарактеристиках потока (площадях живых сечений, ширине, глу ине и уклонах свободной поверхности), данные о характеристикахируслового процесса.

В связи с этим г дрометрические работы подразделяют на следующие: водомерныеСнаблюдения (измерение уровней воды и уклонов свободной поверхности речного потока); промеры глубин; измерение скоростей, направлений течения и расходов; измерение твердого стока.

Гидрометрические работы выполняют в два этапа. До начала паводка выполняют:

- выбор, разбивку, закрепление и съемку гидростворов, устройство в случае необходимости тросовых перетяжек;

- устройство и геодезическую привязку водомерных постов; - сооружение вышек для поплавковых наблюдений и наблюдений

за траекториями льдин, судов и плотовых составов; - производство подводной съемки меженного русла; - измерение толщины льда.

В период паводка выполняют:

водомерные наблюдения на водомерных постах (наблюдения за изменениями уровней воды);

154

измерения мгновенных уклонов свободной поверхности потока;

измерения скоростей течения и вычисление расходов воды;

измерения поверхностных скоростей и направлений течения поплавками, наблюдения за траекториями льдин, судов и плотовых составов;

промеры глубин (подводную съемку русла);

измерения твердого стока (расходов влекомых и взвешенных руслоформирующих наносов).

Изыскательские партии, выполняющие комплекс морфометрических и гидрометрических работ, должны быть снабжены плавучими

средствами: весельными и моторными лодками, а на больших реках катерами и понтонами. Должны иметь необходимый парк геодезиче-

ских и гидрометрических приборов. При этом по возможности в изыскательских партиях целесообразно иметь светодальномеры, электронные тахеометры, приемники спутниковой навигации «GPS», современные фототеодолитные комплекты, лазерные сканеры, эхолоты, электронные скоростемеры, приборы геофизической разведки и т.д.

Для изучения гидрологического, гидравлическогоИ и руслового режима рек проводят регулярные наблюдения за изменениями уров-

ней воды, определяют уклоны рек, измеряютДскорости и направления скоростей течения, определяют расходы воды и расходы твердого

стока (руслоформирующих наносовА), измеряют толщину льда и т.д. На участке изыскан й мостового перехода, как правило, устраи-

Указанные расстояния обеспечивают измерение уклона свободной поверхности с точностью до 10 % при измерении уровней воды с точностью до 1 см.

Если в створе проектируемого мостового перехода на излучине меандрирующей реки имеет место разность уровней воды на противоположных берегах более 2 см, то устанавливают по три водомерных поста на каждом берегу.

На реках со сложной свободной поверхностью воды (горные, блуждающие реки, реки с широкими поймами и при наличии попе-

155

речного уклона) количество и размещение водомерных постов определяют в зависимости от местных условий. При этом, если направление течения на пойме отличается от течения в главном русле, то по концам обследуемого участка реки на поймах устанавливают водомерные посты реечного типа.

Различают водомерные посты:

-свайные на беспойменных нескальных берегах рек (рис. 5.3);

-реечные на поймах, в руслах при сравнительно небольшой амплитуде колебания уровней воды или на скальных берегах;

-свайно-реечные на высоких пойменных берегах.

Водомерные посты размещают в местах, не подверженных размывам, навалу льдин, вне заводей, при отсутствии волнобоя, подпо-

Рис. 5.3. Схема свайного водомерного поста:

а – свайный водомерный пост; б – схема промеров; в – определение толщины льда: 1 – водомерные рейки; 2 – линейка; 3 – уровень; 4 – ледомерная рейка; 5 – лунка; 6 – индекс; 7 – поверхность льда; 8 – нижняя кромка льда

Для устройства свайных водомерных постов используют железобетонные призматические мостовые сваи заводского изготовления, обрезки рельсов или деревянные сваи из прочного дерева, которые забивают в грунт ниже глубины сезонного промерзания. На торцах

156

свай записывают их номера, при этом счет ведут сверху вниз от первой сваи. Последнюю сваю устанавливают ниже уровня наименьшей межени. Превышения между торцами соседних свай не должны быть больше 0,5 м, при этом сами сваи не должны возвышаться над поверхностью земли более чем на 0,25 м.

При измерениях уровней воды на свайных водомерных постах используют переносные рейки с сантиметровыми делениями, которые нередко изготавливают ромбического поперечного сечения для лучшего обтекания водой на течении.

Реечный водомерный пост представляет собой рейку с сантиметровыми делениями и прямой оцифровкой длиною 2 – 3 м, укрепляемую на опоре моста, а на пойменных участках – на стволе дерева или на забитой в грунт деревянной свае. Для этой цели часто используют обычные цельные 3-метровые нивелирные рейкиИ.

Для непрерывной автоматической фиксации колебаний уровней воды иногда применяют специальныеДавтоматические приборы –

ламниграфы, записывающие результаты измерений на магнитные носители информации.

При устройстве водомерногоАпоста, для контроля неизменности положения реек или свай вблизи него устанавливают репер, который закладывают по общим правиламбустройства грунтовых реперов, обязательно в месте, не подверженном затоплению в паводки. Реперы водомерных постовиувязывают между собой и привязывают к пунктам государственной н вел рной сети двойным геометрическим нивелированиемСIV класса. Высоты нуля рейки и головок свай устанавливают двойным геометр ческим нивелированием технической точности, которое производят дважды: до и после прохода паводков.

Измерения уровней воды в период межени производят 2 раза в сутки (в 8 и 20 ч). Во время паводка количество измерений увеличивают до 4, 6, 12 или 24 раз в сутки в зависимости от скорости подъема или спада уровней.

Если наблюдения производят при волнении, то отсчеты по рейке берут дважды (при набеге и откате волны) и за окончательный отсчет принимают среднее значение. Отсчеты заносят в специальный водомерный журнал и по окончании водомерных наблюдений строят графики изменения уровней воды (водомерные графики) Н = f(t) по всем водомерным постам.

При производстве гидрометрических работ на местности разбивают и закрепляют гидрометрические створы (рис. 5.4). Гидрометри-

157

ческие створы на местности трассируют теодолитом, разбивают пикетаж и снимают двойным геометрическим нивелированием. Створы закрепляют вехами по две на каждом берегу, а при широком разливе устанавливают дополнительные вехи на поймах. По результатам съемки створа строят профиль (см. рис. 5.4).

На заросших поймах прорубают просеки шириной 5 – 6 м для свободного плавания лодок в ходе производства гидрометрических работ. На гидростворах намечают и закрепляют промерные вертикали плавающими вехами (рис. 5.5, а) или створными знаками (рис. 5.5, б).

Число промерных вертикалей на поймах назначают также в зависимости от их ширины, но не реже чем через 200 м.

158

Съемку русел рек, каналов и водохранилищ производят с целью последующего проектирования различных гидротехнических инженерных сооружений (в том числе и мостовых переходов).

Плановое обоснование съемок русел создают методами триангуляции, трилатерации и полигонометрии, высотное – геометрическим нивелированием III, IV классов и техническим нивелированием.

с разбивкой пикетажа. При ширине реки свыше 800 м теодолитные ходы прокладывают по о еим ерегам. Плановое обоснование съемок

располагают по обе м берегам.

Нивелирные ходы закрепляют грунтовыми реперами, устанавливаемыми в среднем через 2 – 3 км.

мещают таким образом, чтобы с них хорошо просматривалась береговая линия, которую затем снимают. На реках снимают также прирусловой вал по бровкам русла. Наиболее производительной и эффективной такая съемка оказывается при использовании электронных тахеометров.

Измерение глубин речного русла дает возможность построить план дна реки в горизонталях или изобатах. При наличии плана пойм в горизонталях и плана дна русла можно составлять поперечные сечения долины реки по любому интересующему проектировщиков створу.

159

Промеры глубин, как правило, производят с весельных или моторных лодок. В зависимости от характера реки используют три способа подводных съемок: по поперечникам при сравнительно небольших скоростях течения (рис. 5.6, а), косыми галсами при средних скоростях течения (рис. 5.6, б) и продольными галсами при больших скоростях и глубинах реки (рис. 5.6, в).

Первые два способа применяют при небольшой ширине водного зеркала, когда лодку можнобустанавливать в конкретных створах, а ориентирование ее осуществлять визуально по створным вехам, установленным на берегахи. Расстояния между промерами глубин не должны быть более 1/10 ш р ны русла. Фактически во многих случаях фиксируютСзнач тельно большее число промерных точек.

Промеры по поперечн кам выполняют прямыми угловыми засечками положения лодки теодолитом со съемочной точки на берегу, положение которой выбирают так, чтобы угол между промерным створом и направлением от лодки на теодолит составлял порядка 30 – 50°. Лодку устанавливают в промерном створе по береговым створным вехам. Наблюдатель в лодке подает сигналы флажком о производимых промерах наблюдателю у теодолита, который считывает углы по горизонтальному кругу теодолита. Расстояния между поперечниками принимают не более половины ширины русла реки (см. рис. 5.6, а). На сравнительно нешироких реках промеры нередко ведут, передвигая лодку по натянутому поперек реки размеченному тросу.

Промеры по косым галсам выполняют после расстановки на бе-

160

регах специальных поворотных и створных вех, позволяющих перемещать лодку по практически прямым линиям, ориентируясь по береговым вехам. Промеры при этом ведут непрерывно, а теодолитом фиксируют положение каждой десятой промерной точки. Промежуточные промерные точки располагают на равных расстояниях между зафиксированными теодолитом точками (см. рис. 5.6, б).

При широком водном зеркале, в частности при промерах во время паводков, когда ориентирование лодки по береговым створным вехам становится затруднительным или невозможным, подводную съемку осуществляют продольными галсами (лодка при этом не управляется, а перемещается только силой течения реки). Для фиксирования положения лодки прямыми угловыми засечками требуется наличие на берегах уже двух теодолитов (смИ. рис. 5.6, в).

Для всех трех способов подводных съемок русел рек целесообразно использовать электронные тахеометрыД. На лодке устанавливают отражатель, а засечки ведут с одной точки полярным способом в режиме работы электронного тахеометраА«Слежение». Еще более эффективным является использование для определения положения лодки многоканальных приемниковбсистем спутниковой навигации «GPS», устанавливаемых на лодке и фиксирующих ее положение в режиме реального времении, с записью координат на магнитные носители информации (д скеты).

НаиболееСпро звод тельно и эффективно можно выполнять измерения глубин с применением эхолотов, принцип действия которых состоит в определении глубин по времени прохождения ультразвукового импульса от излучателя до дна реки и обратно.

Гидрографический двухчастотный эхолот «СКАТ-50М» предназначен для измерения глубин при выполнении съемки рельефа дна на внутренних водоемах и мелководных участках шельфа в составе автоматизированных промерных комплексов (рис. 5.7).

Основными особенностями эхолота являются: высокая точность определения глубины в различных условиях, простота и надежность работы, высокая скорость передачи данных в порт компьютера. Предельная инструментальная погрешность при вероятности 0,95 не превышает 0,5 % на глубинах 5 – 50 м. Максимальная разрешающая способность канала измерения глубины составляет 2,5 см.

161

при ледяном покрове толщиной до 1 м, но не менее безопасной толщины для производства работ. При промерах глубин со льда в месте измерения на лед наливают немного воды и на смоченную поверхность устанавливают вибратор.

Глубины с батиграммы снимают с помощью палетки в виде круговой кривой с радиусом, равным радиусу движения пера эхолота при записи на ленту.

При обработке материалов промерных работ определяют линейную невязку, которую находят из сравнения общей длины промерного створа и той же длины, полученной суммированием расстояний между промерными точками. При измерениях скоростей течения для последующего вычисления коэффициентов шероховатости, расходов воды и выполнения гидравлических расчетов, а также для определения направлений течений для правильного размещения оси сооруже-

И является зависимость точностиАизмерений от погодных условий.

поплавковый способ измерения скоростей течения. Его недостатком

ния нередко используют наиболее простойДи дешевый одноточечный

Определение направлений и измерение поверхностных скоростей

течения воды в реке одноточечнымб способом осуществляют с помощью поплавков с засечками их при лизительно через равные интервалы времени по вертикальномуи и горизонтальному кругам теодолита, устанавливаемого на спец альной вышке или на высоком крутом берегу (рис. 5.9)С. Одновременно при производстве засечек берут отсчеты по секундомеру.

Поплавки изготавливают из дерева в виде круглого диска диаметром около 25 см и толщиной порядка 5 см. В центре диска укрепляют стержень высотой до 15 см с белым флажком. В ветреную погоду для придания поплавку большей устойчивости к нему прикрепляют небольшой груз.

Поплавковые измерения производят в количестве:

двух во время ледохода с засечками плывущих льдин;

двух на подъеме паводка;

двух на пике;

трех-четырех на спаде паводка до межени.

163

шета и поверхностной скорости течения и лежат в пределах от 120 до

20 с.

Определение положения поплавков производят способом полярных координат по горизонтальному углу , отсчитываемому от створа засечного пункта (вышки), и расстоянию от центра вышки до поплавка d (см. рис. 5.9), которое определяют по формуле

tg I sin

где hT – высота прибора над рабочим уровнем воды в створе вышки;– вертикальный угол; – горизонтальный угол между створом засечного пункта и направлением на поплавок; I – продольный уклон

свободной поверхности потока.

Измерения скоростей течения гидрометрическимиИ вертушками (рис. 5.10) или электронными скоростемерами производят на строго

В формуле (5.1) знак минус применяют для поплавков ниже за-

сечного створа, а плюс – выше створа.

закрепленных промерных вертикаляхД(см. рис. 5.5) в тех случаях, когда уровень воды в реке меняется ыстро и ширина ее велика. В ос-

Высоту рабочего уровня воды вычисляют как среднее значение

высот уровней в начале и конце наблюдений.

тальных случаях можно устанавливатьАлодку в гидрометрическом створе по береговым створным вехам, не закрепляя определенных

способом.

При шеститочечномС способе измерения скоростей на каждой промерной вертикали ведут у поверхности воды на 0,2 – 0,4 – 0,6 – 0,8 глубины воды и у дна (при пятиточечном способе точку на 0,4 глубины исключают). При незначительных глубинах число промерных точек на вертикали уменьшают: при глубине потока на вертикали от 1 до 3 м – до трех (поверхность, 0,6 глубины, дно), при глубине менее 1 м – до одной (0,6 глубины). Вертушку или скоростемер опускают на тросе с помощью гидрометрической лебедки, а при глубине до 3 м – на штанге.

165