книги из ГПНТБ / Климов О.Д. Основы инженерных изысканий учеб. пособие

уверенно фиксировать установку рейки на шляпке кованого гвоздя, забитого в торец сваи.

При отсчете уровня наблюдатель ставит переносную рейку на ближайшую к берегу сваю, покрытую водой, и записывает в журнале отсчет по рейке и номер сваи.

Смешанные водомерные посты представляют собой комбинацию реечного поста со свайным. На таких постах фиксация высокого уровня делается по сваям, а низких уровней — по рейке.

Для непрерывной регистрации колебаний уровня применяются специальные приборы — ламниграфы, которые все изменения уровня записывают на ленту, приводимую в движение часовым механизмом. Из специальных средств для измерений уровней можно назвать рейки максимума и рейки минимума, т. е. простейшие устройства, позволяющие фиксировать наивысший или наинизший уровни за какой-то отрезок времени.

Для постоянного контроля за устойчивостью рейки или свай вблизи водомерного поста устанавливают репер, обычно по створу свай водомерного поста, тогда он одновременно является постоянным началом (ПН) счета расстояний, своеобразным началом пикетажа.

Как указано выше, на большинстве водомерных постов система высот условная. Началом счета высот является нуль графика. На реечных водомерных постах нуль графика часто совмещают с нулем водомерной рейки.

Частная система высот на водомерном посту позволяет решать подавляющее число задач по изучению водного режима реки. Однако для ряда задач проектирования сооружений требуется знать не только условные, но и абсолютные (балтийские) высоты уровней. Для этой цели водомерные посты, точнее реперы водомерных постов, привязывают к ближайшим реперам государственной нивелирной сети. Для определения абсолютной отметки уровня воды производят следующий расчет:

В состав наблюдений на водомерном посту, помимо наблюдений за уровнем, входят визуальные наблюдения за состоянием реки (ледостав, ледоход, чисто), состоянием погоды, за температурой воды, воздуха, осадками, толщиной льда.

Толщину льда измеряют специальной рейкой; температуру воздуха — термометром-пращом, а температуру воды — водяным термометром.

На постоянных водомерных постах наблюдения ведут ежесуточно в 8 и 20 ч. Если колебания уровня незначительны, то наблюдения можно вести один раз в сутки (8 ч). При решении специальных за­

142

дач, а также в периоды половодья или паводка фиксация уровня делается чаще, иногда через 2 ч.

Результаты наблюдений на водомерном посту заносят в журнал. Первичная обработка водомерных наблюдений состоит из приве­ дения отсчетов по рейке к нулю графика водомерного поста, составле­ ния сводки, где показывают ежедневные среднесуточные уровни, и построения графика ежедневных уровней, на котором условными значками показывают ледостав, ледоход и другие ледовые явления, имевшие место на реке.

Систематизированные результаты наблюдений уровней на всей сети водомерных постов данного речного бассейна периодически публикуются в гидрологических ежегодниках.

Для получения полноценных материалов наблюдений и гарантии сохранности водомерного поста на весь намеченный срок работы рекомендуется специально выбирать место для установки поста. При этом желательно, чтобы участок реки был прямолинейным, русло устойчивым от размыва или намыва, чтобы берег имел среднюю пологость и был защищен от ледохода; поблизости не должно быть речных причалов; на показания поста не должен влиять подпор от плотины или близрасположенного притока; постом удобней пользо­ ваться, если он находится вблизи населенного пункта. Строго сов­ мещать водомерный пост с осью будущего инженерного сооружения нет необходимости.

На гидрологических станциях, водомерных постах I и II разря­ дов, а также при ведомственных изысканиях разбивается г и д р о ­ м е т р и ч е с к и й с т в о р , используемый для регулярных опре­ делений скоростей течения, расходов воды и наносов. На этом участке реки течение воды должно быть параллельноструйным, что обеспе­ чивается его прямолинейностью и правильным — корытообразным профилем дна. Если предполагается на гидрометрическом створе вести регулярные и продолжительные наблюдения, то его оборудуют мостками, подвесными люльками или снабжают плавательными сред­ ствами /паромом или лодками).

§ 46. ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ НА ВОДОМЕРНЫХ ПОСТАХ

II ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ СТВОРАХ

При организации и эксплуатации водомерных постов и гидро­ метрических створов выполняется комплекс топографо-геодезиче­ ских работ: определение положения гидрометрического створа, нивелирование, промерные работы, русловые съемки.

1. Определение положения гидрометрического створа

На небольших реках направление створа определяют визуально, разбивают его перпендикулярно к общему направлению русла реки. На широких реках сначала устанавливают направление отдельных

143

частей потока. Для этого первоначально на расстоянии, примерно равном половине ширины реки, разбивают два поперечника и при­ вязывают их к разбитому на берегу базису. Далее последовательно по всей ширине реки пускают поплавки и в моменты, когда они про­ ходят через поперечники, засекают их положение. На основании этих определений вычерчивают на плане траекторию движения по­ плавков и находят господствующее направление течения реки. Гидрометрический створ должен располагаться нормально к найден­ ному направлению. Эту задачу решают на плане графически, а затем с плана переносят створ на местность и закрепляют двумя знаками на обоих берегах реки.

На реках, где направление русла и поймы явно не совпадает, разбивают два гидрометрических створа: для низких уровней и для периодов половодий и паводков.

2. Нивелирные работы

Нивелирные работы проводят для передачи отметки от реперов государственной нивелирной сети на репер водомерного поста, для периодического контроля устойчивости рейки или свай водомерного поста, при промерных работах, а также при создании высотного обоснования съемок.

Репер водомерного поста закладывают в грунт с соблюдением общих правил установки реперов, т. е. его монолит должен нахо­ диться ниже глубины максимального промерзания грунта, в месте, удобном для нивелирования, и обязательно вне зоны затопления паводковыми водами, т. е. выше горизонта высоких вод.

Передача отметки на репер водомерного поста выполняется от ближайшего репера государственной нивелирной сети двойным ходом. Допустимую невязку между прямым и обратным ходами подсчитывают по формуле

пред. /Л= 3 0 |//, мм,

где L — длина хода в километрах.

Регулярный контроль устойчивости свай или рейки водомерного поста необходим, поскольку неизменность положения свай в усло­ виях сильно увлажненного грунта, течения и волнения не может гарантироваться длительное время. Контролю подлежат также и отметки реек водомерных постов, расположенных на сооружениях, в силу того, что последние могут испытывать осадку.

Контрольное определение отметки нуля рейки водомерного поста или отметок свай относительно репера водомерного поста обычно ведется с точностью технического нивелирования. Такая точность, учитывая небольшую длину хода, считается достаточной, поскольку отсчеты уровней по рейке водомерного поста округляют до 1 см. Более высокая точность нивелирования требуется при опре­ делении продольных уклонов рек. В .этом случае делают предвари­

1М

тельный расчет точности нивелирования исходя из конкретной длины ходов и заданной точности определения уклона.

Так как при техническом нивелировании расстояния до задней и передней реек могут быть существенно различными, то перед на­ чалом работ следует свести к минимуму величину угла і" между визирной осью и осью уровня нивелира.

Контрольное нивелирование производят не менее двух раз в год, обязательно после паводков и во всех случаях, когда возникает сомнение в неизменности установки рейки или сваи.

3. Промерные работы

Промерные работы ведутся для составления поперечных профи­ лей русла реки и вычисления площадей живых сечений, в ходе русло­ вых съемок.

При промерных работах задача сводится к измерению глубины водотока и к определению планового положения промерной верти­ кали (точка, где измеряется глубина).

Для измерения глубины применяют в основном три средства: наметки, лотлини, эхолоты.

Наметка представляет собой деревянный шест прямоугольного или круглого сечения диаметром 4—6 см, длиной не более 5—7 м, с нанесенными на нем и подписанными делениями, обычно через 5 см (рис. 76); на нижнем конце шеста делают металлическую оковку.

Погрешность в измерении глубины в зависимости от характера дна (твердое или илистое) и правильности (вертикальности) уста­ новки наметки составляет в среднем 3—5 см.

Для измерения глубин более 5—7 м удобнее применять лотлинь. Л о т л и н ь (рис. 77) состоит из свинцового или чугунного 4—6-кг груза и размеченного через 10 или 25 см шнура или тросика. Погрешность в измерении глубин лотлинем достигает 5—10 см.

Снижение точности обусловлено невозможностью точно учесть ошибку за относ лотлиня течением (рис. 78). Поправку находят на основе измерения большим транспортиром угла отклонения шнура от вер­ тикали; угол отсчитывают с округлением до 5°.

Делаются попытки использования для определения глубины водотоков и водоемов материалов аэрофотосъемки, но применяемые методы не обеспечивают пока необходимой точности — ошибки в определении глубин достигают 1 м и более.

Если объем промерных работ значителен, целесообразно при­

эхолоты, причем отдельные модели эхолотов изготовляют в ком­ плекте с радиодальномером, что дает возможность не только полу­ чать глубины с погрешностью 0,1 м, но и расстояния по линии промерного профиля.

В основу работы эхолота положен принцип эхопеленгирования, т. е. глубина определяется на основе измерения времени прохожде­ ния ультразвукового импульса от вибратора-излучателя до дна и обратно к вибратору-приемнику.

Для изыскательских работ удобен речной эхолот «Язь». Основные блоки эхолота «Язь» приведены на рис. 79.

Генератор вырабатывает электрические импульсы и подает их на вибратор-излучатель, расположенный в забортном устройстве, где они преобразуются в акустические волны и излучаются в воду; пройдя толщу воды, волны отражаются от дна и возвращаются к ви­ братору-приемнику, где они снова преобразуются в электрические импульсы и после усиления регистрируются записывающим устрой­ ством на специальной электротермической бумаге.

Диапазон измеряемых эхолотом «Язь» глубин — 0,4—40 м, питание 6 в, масштаб записи на ленту 1 : 5000, но он может быть

легко изменен на более крупный; масса всего комплекта прибора около 15 кг.

146

Достоинство эхолота — непрерывность промера, поскольку он выполняет 200—300 промеров в минуту и дает в конечном итоге профиль дна — эхограмму (рис. 80). Скорость промера колеблется от 6 до 20 км/ч. Погрешность определения глубины 0,1 м.

При промерах необходимо знать не только глубину, но и место, к которому эта глубина должна быть отнесена. Для этого опреде­ ляют плановое положение промерных вертикалей, которое может быть выполнено несколькими способами, например: оптическим дальномером, по переброшенному через реку тросу, промером со льда, прямой угловой засечкой, применением фотозасечек и радио­ технических средств.

Использование обычного нитяного дальномера возможно на нешироких и неглубоких реках, в теплое время года, когда рабочий, удерживающий дальномерную рейку, может войти в воду и уста­ новить ее на дно в требуемом месте. При этом теодолит должен быть установлен на оси гидрометрического створа или промерного попе­

Если считать допустимым, что средняя квадратическая ошибка положения точки относительно точки стояния дальномера не должна превышать 0,5 м, то дальномером можно работать на реках шириной не более 150—200 м.

Устанавливать дальномерную рейку в лодке, когда глубина большая, нецелесообразно, так как точность определения расстояния при этом существенно понижается за счет невозможности удерживать рейку вертикально и за счет увеличения ошибки наведения и отсчета по дальномерной рейке, что происходит от неустойчивого ее поло­ жения в лодке.

Более широкое распространение среди изыскателей получил прием определения планового положения промерной вертикали при помощи р а з м е ч е н н о г о т р о с а .

Трос или прочную тонкую бечеву (в зависимости от ширины реки) размечают металлическими бляшками или кусочками цветной ткани через определенные интервалы, например через 1, 2 или 5 м;

Рис. 81. Определение планового положения про­ мерных вертикалей по тросу

начальную отметку на тросе совмещают с известной точкой на гидро­ створе или поперечнике и, придав тросу необходимое натяжение, подвешивают его над поверхностью воды (рис. 81). Глубину изме­ ряют у каждой отметки на тросе; положение промежуточных точек

т. е. в начале зимы.

На широких, судоходных реках плановое положение промерных вертикалей определяют п р я м о й у г л о в о й з а с е ч к о й с концов разбитого на берегу базиса (рис. 82). Базис Ь может быть разбит под произвольным углом к промерному поперечнику, но,

если позволяют условия, целесообразно разбивать его перпенди­ кулярно к поперечнику

ß2 = 90° ± 0,5*.

Для определения расстояния 1( до промерной вертикали доста­ точно теодолитом измерить угол ß; и, зная длину базиса, найти lt — b• tg ß,- или определить положение точки і графически при помощи мензулы. Промерное судно на створе ВС обычно устанавли­

148

вает визуально или полуинструментально исполнитель, ведущий измерение глубины с судна по выставленным на берегу вехам; на широких реках вехи ставят на обоих берегах при помощи теодолита.

Поскольку в этом случае положение точки і определяют бескон­ трольно, всегда следует разбивать второй базис, лучше в другую от точки С сторону или на продолжении базиса СА или под неко­ торым углом к нему. С конца А ' этого второго базиса, одновременно с измерениями в точке А, определяют положение точки і. Для полу­ чения необходимой точности определения положения промерных: вертикалей длина базиса должна быть не меньше половины ширины реки.

Вопрос о точности выполнения отдельных элементов засечки можно решить в соответствии с теорией ошибок. Дифференцируя исходное выражение Zi = b- t gßi по независимым переменным Ъ- и ß(. и переходя к средним квадратическим ошибкам, получаем

Для случая, когда b = 200 м; ßi = 60° (предельное значение угла); mt = 0,5 м (средняя квадратическая ошибка определения планового положения промерной вертикали), получим

Измерить базис со средней относительной ошибкой 1 : 1000 не­ трудно. Для этого можно применять ленту, рулетку, дальномер. Измерение же угла с ошибкой mp 1,5' при визировании на по­ движную цель (наметка или лотлинь от смещения лодки не остаются в покое) и измерениях при одном круге инструмента более сложно. Но учитывая, что в качестве примера рассмотрен худший случай (широкая река более 300 м и максимальный угол ßi), в среднем до­ пустима точность порядка 3', что вполне осуществимо.

На основе принятой средней квадратической ошибки определе­ ния положения промерной вертикали шг = 0,5 м можно найти

149-

и допустимую величину расхождения между результатами измерений I двумя инструментами. Средняя квадратическая ошибка разности

двух измерений АI = 1\ — составит пгдг = 0,5- ]/2 м, следо­ вательно, допустимы расхождения порядка 1,5—2,0 м.

Определения положения промерных вертикалей методом прямой угловой засечки может вестись также графически при помощи мен­ зулы. Такой способ имеет преимущество, состоящее в оперативном определении взаимного положения отдельных вертикалей на план­ шете. Это позволяет при необходимости сгустить промеры. Метод прямой угловой засечки используется и при промере глубин эхоло­ том. В момент, когда геодезист засекает положение катера, опера­ тор у эхолота нажатием кнопки «оперативной отметки» делает от­ метку на эхограмме (вертикальные линии на рис. 80). Эта мера позволяет выполнить привязку промерного профиля и уточнить горизонтальный масштаб эхограммы.

Метод прямой угловой засечки широко применяется для плано­ вого определения промерных вертикалей, однако его нельзя считать совершенным. При быстром темпе ведения промера глубин эхолотом плановое положение катера определяется лишь через некоторые интервалы времени, необходимые для производства засечки, т. е. налицо несоответствие темпов измерения глубин и определения поло­ жения катера. Это не только тормозит работу, но и требует допуще­ ния, что между моментами засечки катер двигался равномерно. Поскольку последнее не всегда происходит, то это порождает допол­ нительные ошибки в плановом положении вертикалей.

Для устранения этого недостатка предлагались различные спо­ собы. Так, ставились опыты * по определению планового положения промерного катера обратной фотограмметрической засечкой. При этом на катере устанавливался фотоаппарат (АФА), который работал синхронно с эхолотом; АФА фотографировал замаркированные на противоположном берегу точки с известными координатами. В ре­ зультате обработки снимков на простейших фотограмметрических приборах определялось положение катера.

Описанный метод давал хорошие по точности результаты и обе­ спечивал необходимые темпы полевых работ. Однако несколько громоздкая камеральная обработка материала помешала внедрению способа в производство.

В настоящее время при наличии больших объемов промерных работ, когда измерения глубин ведутся эхолотом, для определения планового положения промерных вертикалей успешно применяют радиотехнические средства.

Приступая к промерам глубин, нужно обязательно зафиксиро­ вать положение уровня воды на водомерном посту — произвести отсчет по рейке; окончив работу, следует повторно выполнить от­ счет уровня по рейке с тем, чтобы убедиться в неизменности высоты

* А в г е в и ч В. И. Фотогеодезические работы при скоростном промере глубин эхолотом. Труды МИИГАиК, вып. 19. М., Геодезиздат, 1954, с. 33—54.

150

уровня, а если он изменился более чем на 2 см, то ввести соответ­ ствующие поправки в результаты измерений глубин, приведя тем самым все наблюдения к одному моменту времени. Так как измерения глубин могут длиться (при русловых съемках) несколько дней и за это время уровень в реке может заметно измениться, игнорировать поправки за это изменение недопустимо. Для учета этой поправки устраивают простейший свайный или реечный временный водомер­ ный пост.

рабочим и срезочным урогнем называют срезкой.

Л# = Я р- # с.

Врезультаты промеров срезка АН вводится в каждую измерен­ ную глубину пропорционально времени с учетом ее знака.

4.Русловая съемка

На участки водомерных постов и гидрометрических створов полагается иметь топографические планы. Планы составляют (в за­ висимости от размеров территории) в масштабах 1 : 1000, 1 : 2000 или 1 : 5000. На тех постах, где ведутся наблюдения только за уров­ нем воды, такие съемки обычно выполняют полуинструментально. На гидрометрических створах съемку ведут инструментально с точек созданного планового и высотного обоснования.

Размеры площади, подлежащей съемке, определяют таким обра­ зом: вдоль по течению — две-три ширины реки (русла), в сторону берегов — до границы, превышающей наивысший уровень разлива воды на 1 м. Поскольку снимаемая площадь в большинстве случаев оказывается менее 250 га, рабочей основой такой съемки являются нивелир-теодолитные ходы. Если площадь съемки более 250 га, то при создании обоснования необходимо использовать полигонометрию

IIразряда или аналитические сети и нивелирование IV класса. Основной метод съемки ситуации и рельефа берегов — мензуль­

ная или тахеометрическая съемка. При значительных площадях русловой съемки (на крупных реках) целесообразно использовать материалы аэрофотосъемки.

Правила ведения крупномасштабных съемок изложены в соответ­ ствующих курсах геодезии и инструкциях. Поэтому рассмотрим лишь вопрос о русловых съемках, выполняемых не только для гидрологических целей, но и при изысканиях гидротехнических

сооружений и переходов через реки.

До начала съемок на участке создают съемочное обоснование в виде нивелир-теодолитных ходов (магистраль). Создаваемое обо­ снование должно обслуживать и съемки берегов, и съемки русловой части.

На реках небольшой ширины магистраль должна располагаться вблизи одного из берегов. Если ширина реки превышает 150 м, то

151