книги из ГПНТБ / Быков В.Д. Гидрометрия учебник

изменяется сила тока в электрической цепи, состоящей из источ­ ников питания, токопроводящей линии и осциллографа.

Высота и период волн регистрируются на осциллографе, уста­ новленном на берегу; запись волн получается в виде ступенчатой

собой прибор с дистанционным управлением, включается с находя­ щегося на берегу пульта управления. Установка состоит из по­ плавкового устройства с регистратором, помещенным на верху за­

Датчиком прибора является поплавок 1, вертикальные переме­ щения которого вдоль направляющих тросов 2 передаются на по­ плавковое колесо посредством тросика 3 с противовесом. Враще­ ние поплавкового колеса преобразуется в линейные перемещения пишущей каретки регистратора.

Запись волн в масштабе 1 :50 производится на специальной бумаге с меловым покрытием металлическим штифтом каретки. Электромотор перемещает ленту длиной 12 м с одного барабана на другой.

Пульт управления, находящийся на берегу, соединен с реги­ стратором прибора трехжильным кабелем. Пульт снабжен пере­ ключателем для включения и выключения самописца, а также имеет телеграфный ключ для подачи условного шифра серии на­ блюдений и отметок времени и зуммер для сигнала об окончании ленты, после чего производится ее смена.

В о л н о г р а ф в с е х э л е м е н т о в в о л н ВЭВ-К (рис. 32.6). Работа этого прибора конструкции П. П. Кокоулина основана на

вех длиной 4—5 м, установленных на поплавках и связанных жесткой треугольной рамой. Рама с поплавками затопляется на глубину ниже ожидаемых понижений уровня на подошвах волн. Лучше устанавливать волнограф на трех якорях-прнсосах весом по 250—300 кг каждый.

Моменты прохождения гребня волны через вехи (вершины тре­ угольника) регистрируются на ленте установленного на берегу •осциллографа, соединенного с прибором кабелем.

32.4. Наблюдения за волнением вдали от берега

Наблюдения за волнением в открытой части озер и водохра­ нилищ проводятся при выполнении гидрологических разрезов и наблюдениях на рейдовых вертикалях, а также при специальных исследованиях элементов волн в открытой части водоема.

406

наблюдениях на озерах и водо­ хранилищах.

Отдельные элементы волн могут определяться при по­ мощи специальных вех, само­ писцев волнения, а также по­ средством стереофотосъемки и аэрофотосъемки.

407

волнении и остаются в тех местах, где они оказались при про­

Рис. 32.8. Стереофотоплан поверхности водоема (толстые линии прове­ дены по наиболее низким точкам волновой поверхности).

разность волновых горизонтов. После снятия отсчетов указки при­ водят к нулевому положению; тем самым веха подготавливается к следующему наблюдению.

Можно также определить высоту самого высокого гребня и са­ мой низкой ложбины относительно статического уровня; для этого

Стереофотограмметрический метод. Для детального изучения элементов и формы волн применяется стереофотограмметрический метод, заключающийся в том, что избранный участок водной по­ верхности фотографируют одновременно двумя фототеодолитами с концов базиса длиной обычно не менее 10 м. Фототеодолитная

408

съемка волнения может производиться как с берега, так и с судна. Полученная пара снимков (стереопара) служит исходным материа­ лом для определения сфотографированного рельефа водной по­ верхности. Следует иметь в виду, что одна стереопара отражает более или менее случайное состояние водной поверхности, следо­ вательно, необходимо провести серию съемок. При съемке волне­ ния важно также обратить внимание на выбор места для уста­ новки фототеодолитов и на правильность экспозиции снимков.

Обработку стереопар производят с помощью стереофотограмметрических приборов, например стереопланиграфа с координато­ графом, позволяющего автоматически, даже при непараллельности оптических осей фотоаппаратов, строить точный план в горизон­

тов обычно не более 200 м. На рис. 32.8 приведен план поверх­ ности водоема в горизонталях, полученный методом воздушной стереофотосъемки.

Глава 33

ПРИМЕНЕНИЕ АЭРОМЕТОДОВ В ГИДРОМЕТРИИ

Аэрометоды находят широкое применение в гидрологических ис­ следованиях. Аэрометодами называют методы изучения земной по­ верхности и в том числе водных объектов (рек, озер и др.) с лета­ тельных аппаратов — самолетов, вертолетов, а в последнее время и с искусственных спутников Земли. Аэрометоды включают аэро­ визуальные наблюдения, аэрофотосъемку с последующим дешиф­ рированием и изучением снимков, а также различные виды изме­ рений на водных объектах, сопровождаемых при надобности аэро­ фотосъемкой.

Гидрологическое дешифрирование аэрофотоснимков, методика которого хорошо разработана, позволяет определять важные ха­ рактеристики долин, пойм, русел рек, а также характеристики других водных объектов — озер, водохранилищ, каналов, болот, ледников и др. Изучение аэрофотоснимков позволяет анализиро­ вать развитие руслового процесса, определять границы водосборов. Многие гидрологические явления и процессы весьма успешно изу­ чают с помощью аэрометодов, например ледовые явления, процесс заполнения и опорожнения пойм в половодье, волнение на озерах и водохранилищах, переформирование берегов водохранилищ. Спе­ циальные аэросъемки производят для определения снегозапасов. В частности, самолетная гамма-съемка позволяет получить непо­ средственно величину запасов воды в снежном покрове по линии полета самолета. Разработана и успешно применяется съемка тем­ пературы поверхности воды с самолета при помощи радиацион­ ного термометра.

409

В последние годы получили развитие и практическое примене­ ние некоторые аэрометоды гидрометрических измерений, на кото­ рых мы ниже остановимся. Большим достоинством аэрометодов является быстрота выполнения работ, возможность производить измерения в паводки, при ледоходе, а также в отдаленных и труд­ нодоступных районах.

Для проведения гидрометрических работ используют самолеты АН-2, реже ЛИ-2, оборудованные для летно-съемочиых работ. На самолете устанавливается аэрофотоаппарат. Обычно применяют топографический аппарат АФА-ТЭ с размером снимка 18X18 см. Для съемки используют короткофокусные объективы. В кадре каждого снимка фиксируются часы, что дает возможность опре­ делять промежутки времени между последовательными снимками. Кроме того, при аэрофотосъемке регистрируются высота полета (при помощи альтиметра или радиовысотомера), а также превы­ шения между точками фотографирования (с помощью самопишу­ щего прибора-статоскопа).

Некоторые гидрометрические измерения, например скоростей течения на небольших реках, можно производить, делая съемки с самолета при помощи обычного фотоаппарата типа «Зенит». Такой способ рекомендуется, в частности, «Методическими указа­

В ГГИ были разработаны и применялись специальные ураниновые поплавки, сбрасываемые с самолета при помощи механического сбрасывателя при полете поперек реки выше створа измерений. Эти поплавки представляют собой деревянные цилиндрики, утя­ желенные на нижнем конце металлическим кольцом. Поверхность их покрывается пастой из столярного клея и порошка уранина (флюоресцеина натрия). В воде паста образует флюоресцирую­ щее зеленое пятно, хорошо видимое на снимках. Кроме того, при­

зола технического, полистирола эмульсионного, нафталина и рези­ нового клея; на поверхности воды бензол быстро испаряется, а нафталин, связанный полимерами, остается на поверхности, об­ разуя хорошо заметное пятно диаметром до 10 м.

410

Если в качестве поплавков используются дощатые щиты, то их предварительно запускают на участке реки. Если используются ампулы с маркирующей жидкостью или уранпновые поплавки, то запуск их выполняют с самолета при полете поперек реки выше створа.

Аэрофотосъемку делают при продольном полете над рекой со скоростью порядка 40 м/с. Съемку ведут в автоматическом ре­ жиме с продольным перекрытием 60% и интервалами между сним­

плавков относительно постоянных береговых ориентиров будет на снимках различным: на втором снимке, сделанном позднее, по­ плавки расположатся ниже по течению, чем на первом. Расстояния между последовательными положениями поплавков пропорцио­ нальны скоростям течения.

При рассмотрении стереопары в стереоскоп смещения поплав­ ков вызовут стереоэффект, аналогичный стереоэффекту, который создается рельефом, деревьями и другими возвышающимися на по­ верхности земли предметами. При этом смещения поплавков ана­ логичны разностям продольных параллаксов Ар, соответствующим смещениям точек на снимках под влиянием рельефа местности. Продольным параллаксом р называется разность коордиат одно­ именных точек на двух последовательных снимках стереопары (рис. 33.2). Разность продольных параллаксов двух различных то­ чек местности определяет превышение одной точки над другой.

тельным снимкам воссоздается пространственная модель мест­ ности— участка реки с поплавками па поверхности воды, причем водная поверхность будет иметь отмеченный выше вид.

Путем стереофотограмметрических измерений можно опреде­ лить для каждого поплавка разность продольных параллаксов Др.

412

Д ля этого снимки ориентируют по изображениям урезов воды пра­ вого и левого берегов, что позволяет обойтись без наземных гео­ дезических работ. Сначала определяют величину продольного параллакса точки на урезе воды, затем — величину продольного параллакса поплавка и их разность. Это проделывают для каж-

ных векторов, получаемых по нанесенным на план последователь­ ным положениям поплавков.

Стереоскопический способ отличается более высокой точностью

Наиболее целесообразно производить измерения расходов воды аэрометодами на больших реках. Наибольшие преимущества аэро­ методов выявляются при необходимости производить измерения в отдаленных и труднодоступных районах. Благодаря большой

413

скорости выполнения работ измерения расходов воды с самолета с успехом применяют в экспедиционных условиях при исследова­ ниях длинных участков рек. На постоянных гидростворах на боль­ ших реках применение описываемых методов эффективно в пе­ риоды половодий и крупных паводков, а также при ледоходах,

В таком случае поперечный профиль створа может быть составлен заблаговременно при низком уровне воды; в дальнейшем он ис­ пользуется для вычисления расхода воды по поверхностным ско­ ростям течения, определяемым аэрометодом. Если же русло реки неустойчивое, то рассматриваемый способ может применяться при условии, что съемка поперечного профиля реки по створу произ­ водится одновременно с измерением скоростей течения; это не всегда возможно из-за ледохода, больших скоростей и пр. В по­

На местности линия створа должна быть обозначена хорошо опо­

При производстве аэрофотосъемки необходимо, чтобы на пер­ вом снимке плывущие по воде поплавки были бы выше створа, а на втором — ниже створа, что имеет значение для последующей обработки — определения скоростей и расходов воды.

Полученные аэрофотоснимки трансформируют — приводят к од­ ному масштабу, затем на чертежной бумаге вычерчивают план участка, проводят линию створа и переносят со снимков положе­ ния поплавков, как это показано на рис. 33.3.

Соединяя точки двух последовательных положений каждого поплавка, получают векторы путей поплавков. Для вычисления расхода воды необходимо определить величины проекций поверх­ ностных скоростей на нормаль к гидроствору. Для этого делают графические построения с соблюдением необходимой точности.

таким путем треугольнике определяют длину катета, перпендику­ лярного створу. Разделив полученную величину на продолжитель­ ность интервала времени между снимками, получают величину поверхностной скорости течения по нормали к створу. Положение

414

скоростных вертикалей находят, проектируя на линию створа точки, лежащие на серединах векторов путей поплавков. При ветре

щади эпюры элементарных расходов. Следовательно, расход воды можно определить, измерив площадь эпюры элементарных расхо­ дов (как это делается при графическом вычислении расхода воды).

415