книги из ГПНТБ / Орлова, В. В. Гидрометрия учебник

или щитом, раскрашенным в яркие цвета. Помимо створных зна­ ков, на всех поперечных профилях на урезах воды ставятся вехи для определения расстояний до урезов.

было производить засечки для нескольких профилей и чтобы углы между направлением профиля и лучом визирования на промерную точку были не менее 30°. Если установить угломерный инструмент на магистрали затруднительно, то стоянка может быть вынесена в любое удобное место, но расстояния, определяемые до промер­ ных точек, должны быть привязаны к магистрали.

Промеры производятся с лодки или катера, перемещающихся строго по створу поперечного профиля. Через равные промежутки

Ю 6 б)

Рис. 44. Схемы засечек промерных точек одним инструментом с бе­ рега (а) и с лодки (б).

времени или через одинаковое число гребков измеряется глубина и одновременно засекается положение промерной точки. Засечки могут производиться по сигналам с лодки в момент отсчета изме­ ряемой глубины или по сигналам с берега. Во втором случае по­ ложение промерных точек намечается заранее и глубина измеря­ ется в момент сигнала с берега, означающего, что лодка находится в намеченной промерной точке. Этот способ дает возможность бо­ лее равномерно распределить положение промерных точек на про­ филе. Однако наиболее распространенным является первый способ, дающий возможность распределять промерные точки с учетом из­ менения глубин. При значительном количестве промерных точек засечки обычно производятся через два-три измерения глубины, а положение промежуточных точек определяется по интерполяции.

Сигналы при промерах глубин даются отмашками флажками разного цвета. Для засечек промерных точек отмашка дается по­ очередно красным и белым флажком, а для засечек положения урезов воды поднимаются одновременно оба флажка.

89

При работе с мензулой мензулист в момент отмашки делает по линейке кипрегеля отметку черточкой иа линии профиля, пишет номер засечки и первую букву цвета флажка, например: 1 к, 26

и т. д. При засечках теодолитом в момент отмашки отсчитывается угол между направлением магистрали и лучом визирования на промерную точку. В промерной книжке (в лодке) записывается глубина, номер точки, цвет флажка и характер грунта.

При значительной скорости течения, если лодка не может пере­ мещаться по створу поперечного профиля, положение промерных точек засекается одновременно двумя угломерными инструмен­ тами. Мензулы или теодолиты в этом случае устанавливаются на

широких реках с труднодоступными берегами. Положение промер­ ных точек засекается с судна, передвигающегося строго по створу поперечного профиля. В каждой промерной точке секстантом из­ меряется угол (рис. 44 б) между линией створа АВ и лучом ви­ зирования на береговой ориентир С. Ориентиром может служить

створный знак или другой хорошо видимый предмет, положение которого определено в плане. Точка С назначается на видном

месте, чтобы ею можно было пользоваться при промерах несколь­ ких профилей. При значительной скорости течения (более 1,5 м/с) засечки необходимо производить двумя секстантами.

§ 30. Промеры по косым галсам и продольным профилям

При значительной скорости течения (более 1,5 м/с), затрудня­ ющей передвижение лодки по поперечному профилю, промеры вы­ полняются по косым галсам, продольным профилям или смешан­ ным способом.

При промерах глубин по косым галсам лодка перемещается от одного берега к другому по направлениям АБ, БВ, В Г и т. д.

(рис. 45 а). Косые галсы выбираются с таким расчетом, чтобы их направление составляло с нормалью к общему направлению тече­ ния угол не более 30°. При значительной ширине реки и при боль­ шой скорости течения применяется система перекрестных галсов.

Положение промерных точек засекается с базиса двумя угло­ мерными инструментами, обычно мензулой с кипрегелем. Для удобства обработки на планшетах мензул из точки стояния инст­ румента проводятся дуги в количестве, равном числу намечаемых

оба планшета совмещаются; пересечение линий засечек указывает местоположение промерной точки.

При промерах с движущегося судна засекаются не все промер­ ные точки, а каждая вторая-третья; положение промежуточных находится интерполяцией.

S0

При облегченных исследованиях промеры по косым галсам можно производить без засечек. В этом случае на урезах воды в начале и в конце каждого галса забиваются колья и по оконча­ нии промеров измеряются расстояния между ними. В процессе промеров нужно следить, чтобы лодка перемещалась по галсу с равномерной скоростью и глубины измерялись через равные про­ межутки времени или через одинаковое число гребков. Линии гал­ сов при обработке принимаются за прямые, а промерные точки наносятся по интерполяции между урезами.

Промеры глубин по продольным профилям (рис. 45 б) произ­

водятся при очень больших скоростях течения, когда нельзя удер­ жать лодку даже на косых галсах. При промерах лодка свободно плывет по течению и через равные промежутки времени или оди­ наковое количество гребков измеряется глубина. Положение про^

мерных точек засекается двумя угломерными инструментами с бе­ рега или двумя секстантами с лодки. Закончив промеры по одному продольному профилю (продольнику), лодка снова завозится вверх и спускается по следующему продольнику.

Продольные профили назначаются равномерно по ширине реки приблизительно через 0 ,1 —0 , 2 ее ширины со сгущением к берегам.

При облегченных исследованиях промеры производятся без за­ сечек. В этом случае назначают несколько поперечных профилей и положение их наносят на план. Глубины измеряют обязательно в местах пересечения лодкой поперечных профилей и в нескольких точках между ними. При обработке положение промежуточных точек находят интерполяцией между поперечными профилями.

Промеры глубин смешанным способом выполняются при слож­ ном рельефе дна, когда одним способом не удается достаточно подробно осветить все особенности строения русла реки. В этом случае промеры по поперечным профилям или косым галсам ком­ бинируются с промерами по продольникам.

§ 31. Приведение глубин к мгновенному уровню воды

Как указывалось выше, во время производства .промеров глу­ бин на каждом поперечном профиле фиксируется высота рабочего.

91

уровня воды по ближайшему водомерному посту или по забитому вблизи уреза воды колу.

Если промеры производились в течение сравнительно длитель­ ного времени, то высота рабочего уровня за время промеров может измениться и глубины, измеренные на разных профилях, будут несравнимы между собой. Для получения сравнимых результатов необходимо значения всех измеренных глубин привести к одному мгновенному уровню, называемому условным или срезочным.

Определение мгновенного уровня производится следующим об­ разом. В створе всех поперечных профилей вблизи уреза воды од­ новременно (по сигналу или по выверенным часам) забиваются вровень с поверхностью воды колья. Нивелированием от ближай­ шего репера определяются отметки верха кольев и таким образом получаются отметки мгновенного уровня на всем участке промер­ ных работ. Для приведения измеренных глубин к мгновенному уровню для каждого профиля вычисляется срезка глубин АН, рав­

ная разности отметок мгновенного и рабочего уровня воды:

На величину полученной срезки исправляются значения изме­ ренных глубин.

Термин «срезка глубин» применяется потому, что обычно опре­ деление мгновенного уровня производится при самом низком уровне промеров, поэтому глубины срезают (уменьшают) на ве­ личину АН. В редких случаях, когда мгновенный уровень выше

рабочего уровня, срезка будет положительной, т. е. глубины нужно увеличить на величину АН.

§ 32. Особенности промеров глубин на горных реках

Горные реки вследствие бурного течения обычно характеризу­ ются неровной водной поверхностью. Часто наблюдается перекос поверхности воды от одного берега к другому, а также неровности в виде чередования бугров и впадин. В некоторых случаях разность отметок уровня по ширине реки может достигать десятков санти­ метров. В этих условиях обычные способы промеров, исходящие из горизонтальности водной поверхности, не дают истинного очерта­ ния линии дна, а сравнение профилей разных съемок может при­ вести к неверному представлению о характере деформации русла. Поэтому на горных реках, где наблюдаются значительные неров­ ности и перекосы поверхности воды, необходимо в первый год действия поста произвести три-четыре съемки поперечного про­ филя водной поверхности при разных фазах водного режима. В процессе съемки нивелированием от ближайшего репера опре­ деляются отметки поверхности воды не менее чем в 1 0 точках

по ширине реки.

Съемка производится следующим образом. На берегу устанав­ ливается нивелир, и от постового репера определяется отметка

92

горизонта визирования Н. Затем определяются отметки поверх­

ности воды. Для этого:

а) при небольшом превышении мостика или люльки над уров­ нем воды (до 2 —3 м) нивелирная рейка устанавливается так, что­

бы ее нулевое деление совпало с поверхностью воды и в этот момент по ней производится отсчет; при значительном волнении нулевое деление рейки устанавливается на высоте гребня и по­ дошвы волны;

б) если переправа подвешена на высоте 3— 6 м, отметки по­

верхности воды определяются следующим образом. В выбранных точках нивелированием определяются отметки туго натянутого по­

где Н — отметка горизонта визирования; I — отсчет по нивелирной рейке; h — отсчет по счетчику глубин; d — высота груза.

Одновременно со съемкой поперечного профиля водной поверх­ ности не менее чем в 20 точках измеряется глубина. По получен­ ным данным вычерчивается профиль водной поверхности и про­ филь дна.

При промерах с помощью штанги непосредственный отсчет глубины по ней затруднителен вследствие набега воды и плохой

на дно и производят отсчет не у поверхности воды, а на уровне

воды, и делают второй отсчет. Глубина будет равна разности этих отсчетов.

93

§33. Обработка материалов промерных работ

Всостав обработки материалов промеров глубин входит: 1) об­ работка книжки промеров глубин; 2 ) составление поперечных про­

филей русла реки; 3) вычисление морфометрических характери­ стик профиля; 4) составление плана русла реки.

Обработка книжки для записи промеров глубин состоит в сле­ дующем: 1 ) сверяется количество промерных точек и их нумера­ ция по записям в книжке промеров и в журнале засечек, 2 ) вычис­

ляются расстояния от постоянного начала до урезов воды и до промерных точек, 3) вводится поправка на угол отклонения троса от вертикали, 4) все измеренные глубины приводятся к мгновен­ ному уровню, 5) вычисляются отметки дна.

Расстояния до промерных точек I при засечках одним теодоли­

том определяются графически или вычисляются по формуле

филя; а — угол между магистралью и направлением на промерную точку (см. рис. 44 а).

При графическом способе положение промерных точек предва­ рительно наносится на план и с полученного плана с учетом мас­ штаба снимаются расстояния.

При работе с мензулой расстояния снимаются с планшета, на котором производились засечки.

При засечках секстантом расстояния определяются графиче­ ски— снимаются с плана, на котором с помощью протрактора на­ несено положение промерных точек.

Отметка дна в каждой промерной точке вычисляется как раз­ ность между отметкой рабочего уровня и глубиной в данной точке, исправленной на угол отклонения троса от вертикального положе­ ния (при промерах лотом).

Составление профилей поперечных сечений и вычисление мор­ фометрических характеристик. Профили поперечных сечений могут быть составлены до рабочего уровня воды и до уровня высоких вод. Во втором случае часть сечения, не занятого водой, вычерчи­ вается по данным нивелировки берегов.

При составлении профиля по горизонтальной оси откладыва­ ются расстояния от постоянного начала до промерных точек, а по вертикальной оси — глубины (рис. 47) или отметки дна. Верти­ кальный масштаб назначается в 5—20 раз крупнее горизонталь­ ного. На профиле наносится положение рабочего уровня воды с указанием его отметки и даты. Под профилем выписываются: расстояния от постоянного начала, глубины, отметки дна, харак­ тер грунта. Если профиль составлен до уровня высоких вод, то на нем дополнительно наносятся значения высшего и низшего уровней по данным многолетних наблюдений на ближайшем водомерном посту.

94

Для профиля поперечного сечения вычисляются следующие мор­ фометрические характеристики.

П л о щ а д ь п о п е р е ч н о г о с е ч е н и я F—площадь, ограни­

ченная линией дна и поверхностью воды; определяется планимет­ рированием профиля или вычисляется аналитически.

Согласно рис. 48, площадь между урезом воды и первой про­ мерной вертикалью f\, имеющая форму треугольника, вычисляется

по формуле

где hx— глубина первой промерной вертикали; Ьх— расстояние

между урезом воды и первой вертикалью.

Площадь между первой и второй промерными вертикалями {г,

имеющая форму трапеции, будет равна

f h \ + h l’ и

■/2 —-----2-----°ъ

где &2 — расстояние между вертикалями.

Формула для вычисления общей площади поперечного сечения имеет вид

д = 2 - / 2 !й, + А + А _ 6.2+ . . . + ■*!».- ! ■ + .bn_ l + J ^ b n. (13)

95

При равных расстояниях между промерными вертикалями пло­ щадь поперечного сечения вычисляется по формуле

— h ^ - 2 + ^ 3 + • • • ~ \-h -n -\-\— у - ) ^ ” Ь ^

В пределах площади поперечного сечения различаются: пло­ щадь водного сечения, площадь живого сечения и площадь мерт­ вых пространств.

П л о щ а д ь в о д н о г о с е ч е н и я при открытом русле равна площади поперечного сечения до рабочего уровня воды. При на­ личии ледяного покрова площадь водного сечения равна разности площади поперечного сечения и площади погруженного льда.

практически больше начальной скорости прибора.

Рис. 48. Схема к вычислению площади поперечного сечения и длины смоченного периметра.

П л о щ а д ь ю м е р т в ы х п р о с т р а н с т в называется часть площади водного сечения, где скорость течения меньше чувстви­ тельности прибора. К мертвому пространству также относится во­ доворотная зона с замкнутыми циркуляционными течениями.

Ши р и н а реки В — расстояние между урезами по поверх­

ности воды; равна разности расстояний от постоянного начала до урезов воды дальнего и ближнего берегов:

ная между урезами воды. При наличии ледяного покрова в длину смоченного периметра включается и длина нижней поверхности

96

льда. Величина смоченного периметра вычисляется как сумма ги­ потенуз прямоугольных треугольников (см. рис. 48), т. е.

от деления площади поперечного сечения на длину смоченного пе­ риметра:

Для широких и неглубоких рек величина гидравлического ра­ диуса близка к значению средней глубины и в таких случаях при­

бумаги в выбранном масштабе откладывается магистраль и на­ носится положение поперечных профилей. На линии каждого про­ филя откладываются расстояния от постоянного начала до уре­ зов левого и правого берегов и по полученным точкам проводится плавная линия урезов воды. Затем путем аналитической или гра­ фической интерполяции проводятся изобаты (линии равных глубин) или горизонтали.

При аналитической интерполяции на линии каждого профиля откладываются расстояния от постоянного начала до промерных точек и справа от них выписываются значения глубин (отметок дна). По выписанным глубинам проводятся изобаты (горизон­ тали). Точки с наибольшими глубинами соединяются плавной ли­ нией, называемой линией наибольших глубин.

При графической интерполяции для определения положения изобат на плане используются профили поперечных сечений. Для этого на каждом профиле наносятся уровни воды, соответствую­ щие различным значениям глубин (изобат) (рис. 49). С профилей

снимаются расстояния от точек пересечения уровней воды со смо­ ченным периметром до постоянного начала и переносятся на план. Полученные точки и являются местами положения изобат. Соеди­ нив точки одинаковых значений изобат плавными линиями, полу­ чаем рельеф русла реки в изобатах.

При засечках промерных точек двумя, мензулами обработка промеров производится следующим образом. С рабочего планшета первой мензулы переводятся на восковку магистраль и линии за­ сечек на промерные точки первого галса (рис. 50 а). Затем эта

Рис. 50. Обработка планшетов при засечках двумя инст­ рументами.

а — первый рабочий планшет, б — второй рабочий планшет, в — восковка первого планшета, г — отчетный планшет.

восковка накладывается на рабочий планшет второй мензулы и на линиях засечек первой мензулы отмечаются (штрихами) точки пересечения их с линиями засечек второй мензулы. Полученная восковка накладывается на чистый лист бумаги (отчетный план­ шет) и на него перекалываются магистраль и точки засечек на первый галс (рис. 50г). Все остальные галсы обрабатываются ана­

логично первому галсу. Справа от линии галсов выписываются глубины и затем проводятся изобаты.

Составление плана русла реки по батиграммам эхолота. Бати­ грамма эхолота представляет собой поперечный профиль русла реки, отдельные участки которого имеют разные горизонтальные

■98