622

2

УДК 630*237

Андрющенко, П. Ф. Гидротехнические мелиорации [Текст] : методические указания по организации и прохождению учебной практики студентами специальностей 250201 – Лесное хозяйство, 250203 – Садово-парковое и ландшафтное строительство; по направлению подготовки 250100 – Лесное дело / П. Ф. Андрющенко, А. Н. Дюков, Т.А. Малинина. – Воронеж, 2012. – 16 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»

Рецензент д-р с.-х. наук, проф. ВГАСУ А.Ю. Черемисинов

3

ВВЕДЕНИЕ

Практика по гидротехническим мелиорациям имеет цель познакомить студентов с методами гидрометрических исследований основных характеристик речного режима в связи с использованием рек в качестве водоприемников при осушении лесных заболоченных земель и устройства их в качестве источника для орошения лесопитомников. Благодаря такой практике студенты закрепляют свои теоретические знания и получают основные навыки изучения водного режима реки. Кафедра лесомелиорации, почвоведения и озеленения имеет многолетний опыт проведения учебной практики со студентами по гидротехническим мелиорациям. Практика состоит из трех этапов, включающих подготовительные работы и камеральную обработку наблюдений.

В состав подготовительных работ входит детальное ознакомление студентов с основами методики гидрометрических изменений. Для этой цели проводится семинар, на котором объясняется студентам программа работ, календарный план полевых и камеральных работ, демонстрируются все существующие приборы с подробным объяснением их устройства и назначения, производится их проверка.

Программа работ включает цели и задачи учебной практики, основные гидрометрические измерения и знакомство с работой гидрологических станций.

К полевой практике студенты приступают после того, как послушают лекции по гидротехническим мелиорациям, выполнят некоторые практические задания и напишут контрольные работы. Основной упор при подготовке к полевым работам на знакомство с гидрометрическими приборами: гидрометрической вертушкой, поплавками, батометрами различных систем и т.д. Для этой цели студенты сами разбирают и собирают приборы, изучают их устройство и принцип действия.

Вподготовительный период также входит знакомство с сертификатами приборов, тарировочными кривыми, их назначением и применением. Студенты изучают уход за гидрометрическими приборами, их хранение, подготавливают приборы к работе.

Вподготовку приборов к работе входит тщательный осмотр прибора и проверка правильности сборки отдельных деталей, проверка прибора по части пригодности к работе, смазка приборов, проверка наличия сертификатов, пригодности батарей питания доя электрической сигнализации и т.д.

Полевые работы проводятся студентами в естественно-природных условиях (река Усмань). Характер проведения полевых работ различен. В начале практики проводятся более простые гидрометрические работы (измерение уровней воды, промерные работы), по мере накопления опыта характер работ усложняется.

Вполевые работы входит выбор участка. Для этой цели исследуется участок реки, выбирается наиболее подходящий для гидрометрических

4

работ участок, назначаются гидрометрические створы, производится глазомерно-буссольная съемка участка и подробное его описание.

В описание должно войти рельеф окружающей местности, почвы и растительность, характеристика долины, поймы и русла, их гидрографическая характеристика (характер склонов 1 дна долины, ее строений, характер грунтов и растительного покрова поймы, формы очертания меженного русла в плане, характер берегов, степень их устойчивости, заражаемость русла). Составляются общие сведения об участке реки (на каком км от устья выбран гидрометрический створ, площадь водосборного бассейна). Выбранный участок фиксируется кольями-сторожками.

Основным назначением промерных работ является выяснение рельефа дна рек, пойменных озер и других водных объектов. Кроме того, промерные работы необходимы при изменении расходов воды и наносов, изучении температуры воды на глубинах и т.д.

Промеры глубин ограничиваются производством поперечного промера выбранного участка реки. Промеры ведутся ручным лотом, штангой или рейкой Число промерных вертикалей назначается в зависимости от ширины

идлины исследуемого участка реки. Одновременно измеряется

направление струй и скорость течения поплавками для определения расхода воды. Направление струй определяется с помощью поверхностных поплавков. Эти данные используются для определения поплавочного или фиктивного расхода воды. Для этой цели определяется скорость движения поплавков на р. Усмань, составляется схема направления поплавков, что необходимо делать для контроля, чтобы в случае брака в работе была возможность повторить эксперимент.

Для измерения расхода воды вертушкой необходимо ознакомить студентов со способами производства работ, составом и порядком. Студенты разбивают гидрометрические створы, назначают число скоростных и промерных вертикалей, выбирают способ измерения скоростей на глубине вертикалей. И затем уже производят измерение скорости течения воды.

Содержание отчета должно включать:

1.Введение.

2.Описание участка реки, выбранного для проведения гидрометрических работ, и составление плана местности.

3.Разбивка гидрометрических створов и промерные работы

4.Определение расхода воды гидрометрической вертушкой и поплавками.

5.Описание гидроузла Воронежского водохранилища при экскурсии.

5

1. Выбор участка реки для производства гидрометрических работ

На равнинных реках участок реки должен быть прямолинейным на протяжении пятикратной ширины реки с однообразными по длине участка шириной, глубиной и продольным уклоном с правильной (корытообразной) формой профиля поперечного сечения.

На участке (выше или ниже) не должны впадать крупные притоки, находиться неустойчивые перекаты, острова, которые могут вызвать переменный подпор, косоструйность, поперечные уклоны и др.

Берега и, особенно, русло должны быть возможно белее устойчивыми, не подвергаться зарастанию.

Пойма должна быть наименьшей ширины, по возможности ровная, без протоков, стариц, возвышенностей, свободной от древесной и кустарниковой растительности.

Склоны должны быть по возможности параллельными между собой, хотя бы на протяжении половины ширины разлива при высоком стоянии уровня воды.

Предварительное ознакомление состоит в выяснении черт естественноисторических условий района, особенно его гидрографической структуры. Изучается современное состояние и перспективное развитие водного хозяйства, ирригации, водоснабжения и т.д. Наличия знаков геодезической сети, высотных реперов, пунктов триангуляции, могущих служить для привязки геодезической основы участка станции, крупномасштабных планов, карт, профилей реки.

Рекогносцировочное обследование. В процессе рекогносцировочного обследования участка реки в летнюю межень производятся следующие работы:

1.Общий осмотр участка.

2.Выявляется наличие переменного подпора.

3.Производится глазомерно-буссольная съемка с промерами глубин и определениями скорости течения.

4.На этой основе составляется описание участка реки.

Граница глазомерно-буссольной съемки определяется отметками самого высокого (исторического) уровня воды, а по длине реки - длиной участка (но не менее 200 м). Промеры делают и за пределами участка до регулирующего сечения - порога, переката, узкости, излучины.

Масштаб съемки назначается таким, чтобы русло реки (без поймы) на плане изображалось полосой, шириной не менее 2-3 см (1:100, 1:200, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:20000). В случае широкой поймы, когда изображение меженного русла получается мелким, необходимо снять его отдельно, в более крупном масштабе.

На плане глазомерно-буссольной съемки должны быть показаны:

6

1.Плановая и высотная основы съемки - магистраль и поперечные профили с выписанными азимутами направлений и высотами основных точек на них и глубины.

2.Реперы и метки ГВВ (горизонта высоких вод) с отметками высот.

3.Линии рабочих урезов воды и границы разлива при самом высоком (историческом) уровне воды с выписанными отметками высот.

4.Рельеф русла реки - изобатами, а рельеф поймы и берегов горизонталями, сечением через 1-2 м.

5.Векторы скорости течения.

6.Грунты русла и берегов.

7.Ситуация (болото, луг, пашня, кустарник, лес и пр.), а также дороги, мосты, переправы, населенные пункты и др.).

8Название реки, протоков, островов, урочищ, сооружений, населенных пунктов.

9Заглавная надпись - название реки и бассейне, дата съемки, фамилия, Основой глазомерно-буссольной съемки служат магистраль и поперечные профили.

Магистраль прокладывается приблизительно параллельно общему (направлению течения реки, поблизости к рабочему урезу. От магистрали разбиваются поперечные профили через всю долину реки и промерные поперечники.

Поперечные профили разбиваются примерно перпендикулярно общему направлению долины, в пределах отметок, превышающих на 0,5 - 1,0 м отметку самого высокого (исторического) уровня воды.

Промерные поперечники разбиваются приблизительно перпендикулярно общему направлению течения и примерно через равные промежутки (разбивается один поперечный профиль - по середине участка и 3-5 промерных поперечника).

Углы магистрали, концы поперечных профилей и промерных поперечников и все точки переломов рельефа на профилях закрепляются кольямивехами. Общая для магистрали и среднего профиля точка закрепляется более прочно и служит временным репером.

Магистраль и профили нивелируются геометрически по 5-му разряду, с

определением расстояний дальномером, а азимутов - буссолью с точностью до ± 0,5 оС.

Для получения продольного профиля водной поверхности на участке станции, попутно с магистралью, нивелируются как промежуточные точки, колья, забитые одновременно вровень с водой на урезах у промерных поперечников.

После измерения на местности и обработки магистрали поперечные профили и промерные поперечники накладываются по транспортиру на миллиметровой бумаге в удобном масштабе. (При широкой пойме - более 5 км, через долину прокладывается один поперечный профиль по середине участка).

7

Промеры глубин. Промерами освещается участок реки более обширный, чем выбранный. Вверх от участка - равный выбранному, а вниз - до регулирующего сечения (сужения, крутой излучины и т.д.). Промеры ведутся по проложенным поперечникам по 10-25 промерным вертикалям. Плановое положение промерных точек на поперечниках определяется на нешироких реках по перетянутому размеченному тросу или засечкой с берега по теодолиту.

Отмечается на ощупь фунт дна (ил, песок, галька, камни и др.). Уровень воды, при котором произведены промеры, привязывается к временному реперу. На миллиметровой бумаге строят поперечные профили, отыскиваются положения точек с круглыми значениями глубин (0,5; 1,0; 1,5 м и т.д.) и по ним проводятся изобаты. Данные продольных промеров глубин представляются в виде схематических продольных профилей.

Скорость течения. Определение направления и величины скорости течения производится одновременно с промерами глубин поверхностными поплавками. Обязательное условие таких измерений - безветренная погода. Поплавочными измерениями освещается весь участок реки (по стержню).

Полученные в результате обработки измерений значения скорости течения накладываются на планшет в виде векторов, длина которых в масштабе выражает величину скорости, а направление совпадает с направлением течения. Около векторов следует выписать величину скорости.

Глазомерная съемка ситуации является заключительной работой. Съемка ведется на планшете, на котором наложены магистраль, поперечные профили, промерные поперечники, изобаты и векторы скорости с выписанными данными измерений: с отметками высот, глубинами, величиной скорости течения и т.д.

Рисуется на глаз; конфигурация рабочих урезов воды, бровки меженных берегов, рельеф берегов, поймы, склонов долины, границы растительных формации (болото, луг, кустарник, лес и пр.), дороги, населенные пункты.

Описание участка. Оно включает:

1.Сведения об основных чертах гидрологического режима реки и данные по морфологии участка

2.Сведения о водном хозяйстве.

3.Заключение о пригодности участка реки для организации на нем гидрологических наблюдений. В состав описания основных черт гидрологического режима входит:

1.Описание изменчивости русла и берегов - случаи перемещения русла, образование и исчезновение мелей, кос, островов, обвала берегов и др.

2.Зарастаемость русла водной растительностью.

3.Процессы замерзания и вскрытия, характер ледостава.

4.Колебания уровня воды (наибольший, амплитуда, общий характер годового хода, пересыхания потока).

8

5. Приводятся самые краткие описания морфологии прилегающих к створам участков реки.

Приводятся краткие сведения о водном хозяйстве реки, краткие описания водохозяйственных устройств, которые могут повлиять на режим реки (подбор реки).

Описание участка желательно иллюстрировать фотографиями, зарисовками, схемами.

2.Порядок работы

2.1.Разбивка магистрали и промерных створов

Для работы трех подгрупп разбивки магистрали производится но следующей схеме:

На прямолинейном участке: реки разбивается: пять створов; с условием, что каждая подгруппа работает на 3-х створах (равных). Расстояние между створами 30-40 м.

Сначала на правом берегу на расстоянии 1-1,5 метра от бровки берега разбивается основная линия 1-2-3-4-5. Затем с помощью теодолита под углом 90о к основной линии разбиваются поперечники 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5. Все точки 1- 1, 2- 2 и т.д. закрепляются на местности колышками.

Размещенные створы в дальнейшем предназначаются для промерных работ и: измерения скорости печения вертушкой и поплавками. Для измерения скорости течения вертушкой предназначаются отдельно для каждой группы створы 2,3,4.

Для измерения скоростей поплавками из пяти размещенных створов каждая подгруппа пользуется тремя створами, сдвинутыми относительно друг друга на один пролет. Первая подгруппа проводит работу с поплавками в створах 3,4,5, вторая - 1,2,3, третья - 2,3,4. При этом соответственно створы 2,3,4 являются главными створами, створы 1,2,3 - верхними, створы 3,4,5 - нижними

Пусковые стороны располагаются за 10 м до верхних створов. Промерные работы каждая бригада проводит на трех створах, тех же, что и при работе с поплавками.

Необходимые инструменты: 1.Мерная лента со шпильками - одна. 2.Размеченный трос - один 3.Вешки - 6 шт.

4.Колышки -10 шт.

5.Топор для забивки колышков - один.

2.2. Промерные работы

Промеры производятся с целью выяснения характера рельефа дна реки, вычерчивания поперечных профилей в створе реки и определения площади поперечного сечения реки (живого сечения). Промерные работы производятся ка-

9

ждой группой по пяти створам. Промерные точки (вертикали) располагаются в соответствующем створе на расстоянии 2 - 2,5 м друг от друга.

Промерные работы производятся по поперечникам по размеченному тросу, независимо от ширины реки число их должно быть не менее 20. Например: при ширине 100 м - через 5 м; при ширине 20 м - через 1 м и т.д.

Данные промеров записываются в книжку измерения расходов и вычисляются площади поперечного сечения. По результатам промеров вычерчивают поперечные профили по всем гидростворам. Определяют площади поперечного

сечения - W, а также смоченные периметры X и гидравлические радиусы - R

ивычерчиваются изотахи -линии равных глубин.

2.3.Измерение скоростей течения воды поверхностными поплавками

иопределение расхода воды

Для измерения скоростей поверхностными поплавками используются ранее разбитые створы - основной (средний), верхний и нижний, которые закрепляются вешками перед началом измерений

Пусковой створ располагается в 10-15 м от верхнего, и пешками закреплять сто не обязательно. На пусковом створе последовательно в различных точках ширины реки забрасываются 15-18 поплавков.

Первыми пускаются поплавки по середине реки. Поплавки пускают из 5- 6 мест таким образом, чтобы в основном створе проходили бы 3-4 шт. в одной точке. Время прохождения поплавка должно быть одинаково, если же отличается более, чем на 10% от других поплавков этой группы, то этот поплавок исключается и должны быть пущены еще 1-2 поплавка для этой группы.

Моменты прохождения поплавков через створы отмечаются сигнальщиком флажками, а время прохождения засекается секундомером и регистрируется в журнале.

На основном створе в момент пересечения его поплавком отмечается расстояние от постоянного начала до поплавка в створе. Расстояние отмечается по размеченному тросу, натянутому в главном створе и регистрируется в журнале.

Расстановка людей: сигнальщики в верхнем и основном створе - 2 чел., хронометристы - 2 чел (верхний и нижний створ), регистратор - 1 чел. на основном створе, для вылавливания поплавков - 1 чел.

Инструменты: трос с разметкой -1, вешки - 6, секундомеры - 2, поплавки - 10 штук.

2.4. Вычисление расхода воды в реке (по измерениям скорости течения поплавками)

Вычисление расхода воды при определении поверхностных скоростей поплавками производится графоаналитическим и аналитическим способами в

10

соответствующих графах журнала. Для определения скорости течения воды предварительно производится группировка поплавков. С этой целью на клетчатку в координатах продолжительности хода и положения поплавков в основном створе (масштаб вертикальный 1 см - 10 сек, горизонтальный 1 см - 500 см), по результатам записей в полевом журнале накладываются точки.

Каждую группу объединяют поплавки, прошедшие основной створ на приблизительно равных расстояниях от постоянного начала. Таких групп назначают 5-10 и обозначают их римскими цифрами. Для каждой группы вычисляется среднее от постоянного начала и средняя продолжительность хода.

Например: II группа поплавков

Vповерх. = 60:101,3=0,59 м/сек

Точность Vср. принимается 0,01 м/сек.

Для графомеханического вычисления расхода на миллиметровой бумаге по данным промеров глубины вычерчивается профиль живого сечения реки по основному створу.

Вычисленная скорость в каждой вертикали и каждой группы поплавков откладывается в масштабе и вычерчивается эпюра распределения поверхностных скоростей по ширине реки. Дальнейшие вычисления ведутся в журнале. Определяется фактический расход для каждой площади живого сечения:

2. Планируется площадь эпюры элементарных расходов по ширине реки.

3. Аналитический способ определения расхода

Производится вычисление расхода в соответствующей таблице полевого журнала. Из графического построения наносятся только точки мест происхождения поплавков через основной створ, в целях четкого объединения в группу.

Чтобы перейти от Qфикт к Qдейств (среднему для поперечного сечения), необходимо ввести поправочный коэффициент К.

Qср.=К х Qфикт,