3502

2

УДК 630*237

Гидротехнические мелиорации [Текст] : методические указания по организации и прохождению учебной практики для студентов по направлению подготовки 35.03.01 – Лесное дело / В. И. Михин, Е. А. Михина, Т. А. Малинина, Т. П. Деденко ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2017. – 19 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 4 от 12 мая 2017 г.)

Рецензент д-р с.-х. наук, проф. кафедры землеустройства и ландшафтного проектирования ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ В.Д. Постолов

Ответственный редактор заведующий кафедрой лесных культур, селекции и лесомелиорации ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» д-р с.-х. наук В.И. Михин

Методические указания могут быть использованы при обучении слушателей по соответствующим программам дополнительного профессионального образования.

3

Оглавление

Введение …………………………………………………………………............. 4

1.Выбор участка реки для производства гидрометрических работ …............. 6

2.Порядок работы ………………………………………………………............. 9

2.1.Разбивка магистрали и промерных створов ………………………............ 9

2.2.Промерные работы …………………………………………………............. 10

2.3.Измерение скоростей течения воды поверхностными поплавками и определение расхода воды ……………………………………………............ 10

2.4.Вычисление расхода воды в реке ………………………………….............. 11

3.Аналитический способ определения расхода воды………..………….......... 12

4.Определение расхода воды при помощи гидрометрической

вертушки ……………………………………………………………….............….13 5. Рабочая программа …………………………………………………............…. 16 Библиографический список …………………………………………….............. 17

4

ВВЕДЕНИЕ

Учебная практика по гидротехническим мелиорациям позволяет не только закрепить теоретический курс, но и приобрести навыки в проведении непосредственных работ и наблюдений, познакомить студентов с методами гидрометрических исследований основных характеристик водного режима в связи с использованием рек в качестве водоприѐмников при осушении заболоченных земель и устройства их в качестве источника для орошения. Практика состоит из трѐх этапов, включающих подготовительные работы и камеральную обработку.

В состав подготовительных работ входит детальное ознакомление с основами методики гидрометрических измерений. Студентам объясняется программа работ, календарный план полевых и камеральных работ, демонстрируются все существующие приборы с подробным объяснением их устройства и назначения, производится их проверка. В подготовительный период также входит знакомство с сертификатами приборов, тарировочными кривыми, их назначением и применением, где осваивается уход за гидрометрическими приборами, их хранение, подготовка к работе.

Программа включает цели и задачи учебной практики, основные виды гидрометрических работ и знакомство с функционированием гидрологических станций. Далее студенты приступают к полевой практике, где знакомятся с гидрометрической вертушкой, поплавками, батометрами различных систем и т.д.

Полевые работы проводятся в естественно-природных условиях (река Усмань) и их характер различен. В начале практики выполняются более простые гидрометрические работы (измерение уровней воды, промерные работы) и по мере накопления опыта они усложняется. При этом осуществляется выбор участка. Для этой цели исследуется участок реки, который наиболее подходящий для работ, назначаются гидрометрические створы, производится глазомерно-буссольная съѐмка и подробное его описание. Изыскания дополняются описанием ландшафта местности, почвы и растительности, приводится характеристика гидрографической сети с еѐ элементами (долины, поймы и русла), характер склонов и дна долины, строение, особенность грунтов и растительного покрова поймы, формы очертания меженного русла в плане, берега, 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 озѐр 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. Количество промерных вертикалей назначается в зависимости от ширины и длины исследуемого участка реки. Одновременно измеряется

5

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 их движения, что необходимо делать для контроля, чтобы в случае брака в работе была возможность повторить эксперимент.

Для измерения расхода воды гидрометрической вертушкой разбиваются створы, назначается число скоростных и промерных вертикалей, выбирается способ измерения скоростей на глубине вертикалей. Далее производятся измерение скорости течения воды.

Содержание отчѐта 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.

6

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, более 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, 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, могут 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 съѐмка с промерами глубин и определениями скорости течения.

4.Составляется описание участка реки.

Граница глазомерно-буссольной съѐмки 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 съѐмки 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 съѐмки должны быть показаны:

1. Плановая и высотная основы съѐмки – 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.

7

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, населѐнные пункты и др.).

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

9.Заглавная надпись – название реки и бассейна, дата съемки, фамилия, Основой глазомерно-буссольной съѐмки 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 кольями – вехами. Общая для магистрали и среднего профиля точка закрепляется более прочно и служит временным репером.

Магистраль и профили нивелируются геометрически 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).

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 грунт дна (ил, песок, галька, камни и др.). Уровень

8

воды, при котором произведены промеры, привязывается к временному реперу. На миллиметровой бумаге строят поперечные профили, отыскиваются положения точек с определѐнными 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 вписывается величина скорости.

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

Прорисовывается конфигурация рабочих урезов воды, бровки меженных берегов, рельеф берегов, поймы, склонов долины, границы растительных формаций (болото, луг, кустарник, лес и пр.), дороги, населѐнные 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 нѐм 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).

5.Краткие описания морфологии прилегающих к створам участков реки.

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

Описание участка желательно иллюстрировать фотографиями, зарисовками, схемами.

9

Рис. 1. Река Усманка

2. Порядок работы 2.1. Разбивка магистрали и промерных створов

Для работы трѐх подгрупп разбивки магистрали производится по 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.

Размещѐнные створы в дальнейшем предназначаются для промерных работ и измерения скорости течения вертушкой и поплавками. При работе по измерению 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 пролѐт. 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.

10

Пусковые стороны располагаются за 10 м до верхних створов. Промерные работы каждая бригада проводит на трѐх створах.

Необходимые инструменты:

1.Мерная лента со шпильками – 1.

2.Размеченный трос – 1.

3.Вешки – 6.

4.Колышки – 10.

5.Топор для забивки колышков – 1.

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 каждой 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 книгу учѐта измерений расходов. По результатам промеров вычерчивают поперечные профили по всем гидростворам. Определяют площади поперечного сечения (W), а также смоченные периметры (X) и гидравлические радиусы (R), вычерчиваются линии равных глубин.

2.3. Измерение скоростей течения воды поверхностными поплавками и определение 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, вешками закреплять его 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.