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

Станции организуют и проводят гидрометрические наблюдения, обрабатывают и обобщают материалы по гидрологическому ре­ жиму, выполняют исследовательские работы, удовлетворяют за­ просы местных организаций, нуждающихся в гидрологических све­ дениях.

Гидрологическая сеть делится на основную (опорную) п спе­ циальную. Опорная сеть служит для общего изучения водного ре­ жима; наблюдения на ней ведутся в течение многих лет. Продол­ жительность действия станций и постов опорной сети зависит от степени изученности гидрологического режима водного объекта и от необходимости обеспечения народнохозяйственных организаций гидрометрическими данными. Гидрологические станции и посты опорной сети размещаются в бассейне реки более или менее рав­ номерно и с таким расчетом, чтобы при меньшем их количестве результаты наблюдений с достаточной точностью освещали бы ре­ жим главной реки и ее притоков. При создании опорной сети гид­ рологических станций и постов стремятся к тому, чтобы резуль­ таты наблюдений каждой станции или поста отражали условия, характерные для достаточно большого участка реки или опреде­ ленного физико-географического района. Иначе говоря, каждая станция или пост должны быть достаточно представительны (ре­ презентативны) для рассматриваемого района. При этом в воз­ можно полной мере должны учитываться запросы народнохозяйст­ венных организаций.

Специальные гидрологические станции и посты организуются для изучения местных особенностей режима водоема, которые не могут быть освещены материалами наблюдений опорных станций и постов, и для удовлетворения потребностей службы гидрологи­ ческой информации и прогнозов. Продолжительность работы спе­ циальных станций и постов зависит от поставленных перед ними задач.

Кроме государственной сети, находящейся в системе Гидроме­ теорологической службы, имеются гидрологические станции и

таких станций и постов создана Министерством мелиорации и вод­ ного хозяйства СССР, эта сеть действует на оросительных систе­ мах и обеспечивает оперативный учет использования воды. Име­ ются гидрологические посты в системе Министерства речного флота РСФСР (на шлюзах и перекатах), а также в проектных ор­ ганизациях. Наблюдения на этих станциях и постах ведутся пе­ риодически (посезонно) или в течение ограниченного срока, обычно во время изысканий, выполняемых для проектирования п строи­ тельства сооружений.

Для сравнимости результатов наблюдений различных станций (постов) все полевые и камеральные работы выполняются по еди­ ной методике, изложенной в соответствующих выпусках «Настав­ ления гидрометеорологическим станциям и постам».

10

Все станции и посты, согласно принятой в Гидрометеорологиче­ ской службе классификации, подразделяются по видам (в зависи­ мости от основного профиля наблюдений и работ) и по разрядам (в зависимости от объема наблюдений и работ).

По видам станции делятся на метеорологические, автоматиче­ ские радиометстанции, унифицированные автоматические телемет­ рические гидрометеорологические станции, аэрологические, гидро­ логические, морские гидрометеорологические (прибрежные), судо­ вые гидрометеорологические и специализированные.

Посты по видам подразделяются на метеорологические, гидро­ логические, озерные гидрометеорологические, морские гидрометео­ рологические и специализированные.

По разрядам станции и посты делятся на I, II, III разряды. Метеорологические станции (I, II, III разряд) предназначены

для изучения метеорологических условий и климата обслужива­ емой территории и передачи информации в заинтересованные ор­ ганизации.

Автоматические радиометстанции (без разряда) служат для из­ мерения метеорологических элементов в труднодоступных и необ­ житых районах и передачи по радио в установленные сроки соот­ ветствующей информации.

Унифицированные автоматические телеметрические гидромете­ орологические станции (без разряда) являются системами, пред­ назначенными для автоматического измерения и регистрации ряда гидрометеорологических элементов с последующей передачей ин­ формации.

Аэрологические станции (I, II разряд) предназначены для про­ изводства температурно-ветровых наблюдений с использованием радиолокаторов или радиотеодолитов, а также выполняют основ­ ные метеорологические (наземные) наблюдения.

Гидрологические станции I разряда осуществляют изучение гидрологического режима водных объектов, руководят работой прикрепленных постов и станций II разряда, а также обслуживают народнохозяйственные организации материалами гидрометриче­ ских наблюдений. Гидрологические станции II разряда работают по несколько сокращенной программе.

Морские гидрометеорологические станции (прибрежные) де­ лятся на I и II разряды; предназначены они для изучения гидро­ метеорологического режима прибрежной зоны морей.

Судовые гидрометеорологические станции (I, II, III разряд) производят комплекс гидрометеорологических и аэрологических наблюдений в открытой части моря, а также осуществляют пере­ дачу информации обслуживаемым организациям.

Специализированные станции и посты ведут наблюдения и ра­ боты по специальным программам, разработанным в соответствии с основным их назначением. К специализированным станциям от­ носятся:

болотные, изучающие гидрометеорологический режим и микро­ климат болотных массивов с целью определения их роли в водном

11

РАЗДЕЛ I

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА РЕКАХ

Г Л А В А В Т О Р А Я

УСТРОЙСТВО ВОДОМЕРНЫХ постов

§ 4. Цель наблюдений за уровнем воды Типы водомерных постов

У р о в н е м воды называется высота поверхности воды, отсчи­ тываемая относительно некоторой постоянной плоскости сравне­ ния, называемой нулем графика поста.

Уровень воды является важным элементом гидрологического режима водных объектов. От высоты уровня зависят и другие эле­ менты: глубина и ширина реки, площадь водного сечения, уклоны, скорости течения, расходы воды и пр.

Сведения об уровне воды используются многими отраслями на­ родного хозяйства. Прежде всего, данные об уровнях нужны для водного транспорта и лесосплава, так как с высотой уровня воды связаны глубины, определяющие возможность судоходства и сплава леса на мелководных участках рек. Сведения об уровнях широко используются при проектировании, строительстве и экс­ плуатации различных гидротехнических сооружений. Знать уровни воды в местах проектируемых сооружений необходимо для пра­ вильного выбора типа сооружения, определения высоты пролетной части мостов, глубины заложения всасывающих труб водозаборов и т. д. Данные об уровнях воды необходимы при строительстве оросительных и осушительных каналов, так как значения отметок заложения дна каналов определяются амплитудой колебания уровня воды.

Помимо непосредственного использования, сведения об уровне необходимы для вычисления стока воды. Между количеством про­ текающей воды и уровнем в большинстве случаев существует од­ нозначная зависимость, которая дает возможность по данным ежедневных уровней определить сток воды за каждый день.

Высота уровня воды в реке непрерывно меняется. Основным фактором, определяющим характер этих изменений, является ко­ личество протекающей воды в русле, т. е. расход воды; при увели­ чении расхода уровень, как правило, повышается и наоборот.

13

Помимо этой основной причины, на высоту уровня могут оказывать влияние деформация русла, ветер, водная растительность, ледяные образования, работа гидротехнических сооружений. При размыве русла, сопровождающемся понижением дна, уровень понижается, а при намыве — повышается при неизменной водности реки. Ле­ дяные образования и водная растительность создают дополнитель­ ные сопротивления движению воды, стесняют русло реки и умень­ шают скорость течения, что вызывает повышение уровня. На усть­ евых участках рек значительное влияние на ход уровня оказывают ветровые сгоны и нагоны воды, а также морские приливы и отливы.

Ларактер влияния указанных выше факторов на высоту уровня воды чрезвычайно сложен и неустойчив во времени. Поэтому, чтооы с достаточной точностью изучить уровенный режим, необ­ ходимы длительные и непрерывные наблюдения.

Наблюдения за уровнем воды и другими элементами гидроло­ гического режима проводятся на гидрологическом посту, представ­ ляющем собой определенное место на реке, выбранное с соблюде­

нием известных правил (см. § 12) и соответствующим образом оборудованное.

Гидрологический пост оборудуется водомерными устройствами (водомерный пост), позволяющими систематически измерять вы­ соту уровня воды. Каждый водомерный пост состоит из установок для непосредственных измерений высоты уровня (рейки, сваи, са­ мопишущие приборы и др.) и постоянных знаков — реперов, слу­

жащих для определения высотного положения всех водомерных устройств (нуля реек, головок свай).

По способу устройства различают водомерные посты: 1) про­ стые, на^ которых высота уровня измеряется непосредственно во­ домерной рейкой. К таким постам относятся реечный, свайный реечно-свайный (смешанный) и передаточный; 2) автоматические! на которых колебания уровня воды непрерывно и автоматически воспринимаются датчиком (поплавком, манометром, сильфоном), ■эти посты могут быть автоматическими без самописцев уровня (сигнализаторы уровня) и автоматическими саморегистрирую­ щими, оборудованными самописцами для записи высоты уровня.

§ 5. Простые водомерные посты

Реечные водомерные посты. Реечные водомерные посты наибо­ лее просты по устройству и удобны для производства наблюдений. В конструктивном отношении они могут быть устроены с верти­ кальной или наклонной рейкой. В практике гидрометрических ра­

бот наибольшее распространение получили реечные посты с верти­ кальной рейкой.

По с т ы с в е р т и к а л ь н о й р е й к о й состоят из одной или нескольких реек, прочно укрепленных на существующих гидротех­ нических сооружениях или на специально забитых сваях. Посты этого типа устраиваются преимущественно на участках рек с кру­ тыми берегами при небольшой амплитуде колебаний уровня (до

14

2—3 м), в месте, где имеются условия, обеспечивающие полную сохранность рейки и неизменность ее высотного положения.

Постоянные водомерные рейки бывают деревянные, чугунные и металлические (эмалированные).

Деревянные рейки изготовляются из прочного сухого бруса ши­ риной 10—14 см, толщиной 2—4 см, длиной 2 м и более. На ли­ цевой стороне рейки через 2 см нанесены деления, и каждый де­ циметр оцифрован. Деления наносят масляной краской или выжи­ гают. Изготовляются деревянные рейки и с рельефными делениями

вкоторые вставлены фарфоровые

вкладыши, образующие шкалу рейки с делениями через 2 см. Чугунные рейки удобны тем, что в случае по­ вреждения вкладыша его можно заме­ нить запасным. Для прикрепления

состоит из отдельных, слегка выпуклых стальных пластин длиной 50 см, шири­ ной 12 см. На лицевой стороне рейки цветной эмалью нанесены через 2 см деления и обозначен каждый деци­ метр. На углах пластин имеются от- j верстия для крепления рейки при по­ мощи винтов.

При установке металлической или чугунной рейки пластины по­ следовательно укрепляются на каком-либо неподвижном основа­ нии. В зависимости от амплитуды колебаний уровня рейка может состоять из различного числа пластин.

Крепление реек в пункте наблюдений производится различными способами в зависимости от местных условий. К деревянным ча­ стям сооружений рейки прикрепляются при помощи гвоздей, вин­ тов или болтов, а на каменных сооружениях — на штырях, заде­ ланных цементом.

Нулевое деление рейки должно находиться на 0,2—0,5 м ниже наинизшего уровня воды, а верхняя часть рейки — на 0,25 м выше наивысшего уровня.

15

При наличии на участке водомерного поста гидротехнических сооружений (мостов, набережных, плотин) рекомендуется исполь­ зовать их для устройства реечного поста. Рейка в этом случае прочно укрепляется на устое моста, на стенке набережной или плотины. Устанавливать рейку нужно в наиболее защищенном от ледохода и плывущих предметов месте — с низовой стороны устоев или на боковых стенках сооружений. При отсутствии таких защи­ щенных мест рейку заделывают заподлицо с поверхностью соору­ жения в специально выбранном пазу или ограждают ее защитными устройствами (ледорезами, отбойными сваями).

При отсутствии гидротехнических сооружений или при невоз­ можности их использования водомерная рейка укрепляется на оди­ ночной свае (рис. 2 а) в случае устойчивого грунта и спокойного

течения или на кусте свай (рис. 2 б) при наличии на участке поста

оживленного судоходства или интенсивного лесосплава. Сваи имеют диаметр 20—25 см, изготавливаются из прочных пород де­ ревьев и забиваются на глубину не менее 2,0 м. Для удобства на­ блюдений сваю следует устанавливать ближе к берегу, но так, чтобы она не обсыхала. Водомерную рейку укрепляют заподлицо со сваей и защищают от повреждений ледорезом.

При большой скорости течения или при угрозе повреждения рейки пост устанавливается в ковше-котловане. Для этого у более крутого берега вблизи уреза воды выкапывается яма размером 2X3 м и в дно ее забивается свая, к которой прикрепляется рейка. Яма сообщается с рекой открытой канавой или трубой.

Для определения высоты уровня воды по реечному посту про­ изводится отсчет по ближайшей к берегу рейке, около которой установилась поверхность воды.

-16

берег по створу поста и на построенном по этим данным профиле наметить места для свай с соблюдением следующих правил:

1)головка верхней сваи должна быть на 0,25—0,50 м выше наивысшего уровня воды, а головка нижней сваи — на 0,25—0,50 м ниже наинизшего уровня;

2)превышение одной сваи над другой должно быть 0,7—0,8 м,

апри пологом береге 0,2—0,4 м;

3)расстояние между сваями (для удобства наблюдений) должно быть по возможности не более 2,0 м.

Сваи могут быть деревянные и металлические. Деревянные сваи имеют толщину 0,20—0,25 м, изготавливаются из прочных

пород деревьев (дуб, сосна, лиственница). Длина свай назнача­ ется в зависимости от характера грунта и глубины его промерза­ ния, но не менее 1,5—2,0 м. Нижний конец сваи заостряется на три-четыре грани (рис. 5 а), и вся свая для предохранения ее от

гниения обугливается или осмаливается. На заостренный конец сваи при забивке ее в плотные грунты надевается железный баш­ мак, а на верхний конец— бугель (железный обруч), предохра­ няющий сваю от раскалывания и размочаливания.

Металлические сваи изготавливаются на заводе (винтовые сваи) или на месте (отрезки балок, труб, рельсов и др.).

Способы установки свай в зависимости от характера грунта и типа свай могут быть различными — сваи забиваются, закапыва­ ются или завинчиваются.

18

В мягкие и торфяно-илистые грунты забиваются деревянные сваи. Забивка производится ручной бабой (деревянной или метал­ лической) весом 60—80 кг (рис. 5 б). Под воду сваи забиваются

•с помощью подбабка, представляющего собой отрезок бревна, на­ ращенный на сваю боковыми накладками (рис. 5 в). Верхняя часть

подбабка находится над водой и принимает удары бабы; после забивки сваи на требуемую глубину подбабок и накладка снима­ ются.

Чтобы сваи не изменяли своего высотного положения при за­ мерзании и оттаивании грунта, их следует забивать так, чтобы в мягкие грунты они углубились не менее чем на 0,5 м в непромер­ зающий слой, а в слабые торфяно-илистые грунты — не менее чем

Рис. 5. Заготовка сваи (а), баба (б) и подбабок (е).

/ — верхний конец подбабка, 2 — накладка, 3 — свая.

При наличии плотных (щебень, валуны) и мелкозернистых грунтов (ил, глина, суглинок) сваи не забиваются, а закапываются на глубину не менее 1,5 м. Для большей прочности деревянные сваи закапываются с крестовиной, а нижний конец металлических свай заделывается в бетонный монолит. В зоне многолетней мерз­ лоты сваи должны быть закопаны не менее чем на 0,5 м в вечно­ мерзлый грунт.

Металлические винтовые сваи завинчиваются в грунт специаль­ ным ключом так, чтобы над поверхностью земли возвышалась лишь головка сваи.

Если берега сложены плотными скальными грунтами, то вместо свай на скале высекают горизонтальные площадки размером 10X Х15 см и в центре их заделывают на цементе металлические штыри.

При установке свай необходимо следить, чтобы они располага­ лись вертикально в запроектированных местах и в одном створе. Для выполнения последнего условия перед установкой свай по линии створа натягивается шнур или бечева.