Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учебная гидрологическая практика. Методические рекомендации
.pdf
23
На мелководных участках акваторий, в том числе и на реках при глубинах
воды до 3м, промеры производят с помощью наметки, которая представляет
собой деревянный шест, размеченный через 5 или 10 см. В таких случаях могут
также использоваться мерные рейки или штанги с величиной деления равной 2 см.
При глубинах воды более 3 м применяют ручной лот, который представляет собой груз специфичной формы массой 5 кг и более, прикрепленный к лотлиню,
размеченному через 5 см.
Следует отметить, что совместное использование современных систем
позиционирования и высокоточных эхолотов последних модификаций позволяет значительно упростить и ускорить процесс промерных работ при увеличении
точности измерений и построении карт соответствующих масштабов. Именно
эти методы измерений глубин воды широко используются в настоящее время в
инженерной практике при проведении различного рода инженерных изысканий
и контроля процесса дноуглубительных работ в период строительства гидротехнических сооружений, как в морях, так и на реках.
В рамках гидрометрической практики для построения плана реки в изобатах промеры проводятся по поперечным створам и методом косых галсов с использованием относительно простых, но апробированных и применяемых в
прошлом вышеперечисленных средств. Промеры по поперечным створам выполняются следующим образом. Вдоль реки разбивают магистральный ход, который может иметь вид прямой или ломаной линии. Азимут магистрали и углы
его поворота определяют теодолитом. Перпендикулярно магистрали разбивают
поперечные створы. Расстояние между створами должны составлять 1/2 ÷ 1/3
ширины реки. Перед началом и после окончания промеров измеряют уровень
воды на водомерном посту. По створу, в котором ведут промеры, натягивают
размеченный трос или шнур. Расстояния между промерными точками принимают примерно равными 1/20 от ширины реки. Расстояние до промерных точек
и урезов берега на каждом створе измеряют от магистрального хода. Измерения
глубины производят наметкой с лодки. Результаты измерения записывают в
24
журнал с точностью до 0,01 м. В журнале также отмечаются типы донного
грунта и растительности.
Промеры методом галсов выполняются на больших реках, озерах, водохранилищах и морях. Промеры осуществляются с плавучих средств, передвигающихся по исследуемой акватории по поперечным или продольным профилям - галсам. При значительных скоростях течений в реках (более 2 м/с) удержать промерное судно на поперечнике трудно и тогда промеры производят по
косым галсам, расположенным под некоторым углом к направлению течения
(15÷30%). При большой ширине реки применяется система перекрестных галсов (рис. 4). Расстояния между косыми галсами намечают примерно через 1/2 ÷
1/4 от ширины реки. Плановое положение промерных вертикалей, число которых определяется в зависимости от ширины реки (8÷10 точек на каждом галсе),
устанавливается с берега прямыми засечками с помощью одного или двух теодолитов. Перед началом движения судна по галсу и по достижению противоположного берега фиксируются положения урезов воды. При работе с двумя
теодолитами на магистрали разбивается базис. Угломерные инструменты устанавливают на концах базиса с таким расчетом, чтобы можно было выполнить
засечки для ряда галсов вверх и вниз по реке. Засечки производятся по условному сигналу, который подается с плавучего средства в момент промера. Теодолитами засекается положение промерного судна или лодки по вешке, установленной на корме, а затем снимаются отсчеты углов по горизонтальному
кругу. При этом каждая промерная точка соответствующим образом нумеруется с учетом створа (галса) и расстояния от уреза воды.
25
Т
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Т
2
» 100 м
Магистраль
Т , 1 Т - стоянки теодолитов
2
Рис. 4.
0 - 1 0 - 1
0 - 2 0 - 2
0 - 3 0 - 3
0 - 4 0 - 4
Производство промерных работ
После выбора места расположения гидрометрического створа его закрепляют вехами на пересечении с береговыми урезами. На берегу забиваются колья точно в назначенном створе, натягивается размеченный трос. Из всех существующих способов проведения промерных работ на реках промеры по тросу
наиболее точно обеспечивают определение положения промерных точек в плане. Поперечники, на которых располагаются гидрометрические створы, промеряют дважды, двигаясь по тросу от одного берега к другому и обратно. Все результаты измерений при промерных работах заносятся в журнал полевых работ,
предварительно вписав в него общие сведения. Результаты полевой обработки
заносят в журнал сразу же после окончания измерений на поперечнике. Вычисляются средние глубины, определяется отметка дна в каждой промерной точке.
Если промеры проводились двойным ходом «туда» и «обратно», то средняя
глубина воды вычисляется как среднее арифметическое двух промеров. В тех
случаях, когда за время промеров на поперечнике произошло значительное изменение уровня, то средние глубины на промерных точках корректируются
введением поправки (срезки), получаемой линейной интерполяцией величины
26
m
n
H
h
n
m
m
h
n
H
изменения уровня воды за время от начала и до конца промеров. Рабочим называют уровень, при котором производятся промеры на данном поперечнике или
галсе. Его определяют как средний из двух уровней, замеренных в начале и
конце промеров, если изменение уровня в течение этого времени не превышает
5 см при использовании наметки и 10 см при использовании лота. Если разница
превышает указанные пределы, то глубины относят к нижнему из двух измеренных уровней на данном направлении с введением поправки. Поправка для
каждой вертикали обычно рассчитывается исходя из предположения равномерного изменения уровня во времени и равномерного распределения промерных
вертикалей и скорости перемещения по профилю или галсу, то есть:
, (2)
где
вертикалей, равном n;
– поправка для вертикали с порядковым номером m при общем числе
– разность уровней в начале и конце измерений.
Глубина на каждой вертикали уменьшается на величину соответствующей поправки, так как все глубины приводятся к нижнему из замеренных уровней.
Колебания уровня в ходе промеров по всему участку могут достигать
больших значений, поэтому для сопоставления глубин по разным поперечникам и галсам вводится срезочный уровень – единый мгновенный уровень для
всего участка изысканий. Обычно за срезочный уровень принимается минимальный мгновенный уровень за время промеров на всем исследуемом участке реки.
Приведение глубин к срезочному уровню достигается уменьшением их на
величину срезки – разности двух мгновенных уровней (рабочего и условного
(срезочного) см. рис. 5).
Н = Нр - Ну, (3)
где Нр – отметка рабочего уровня;
Н
– отметка условного уровня.
у
В общем виде глубина, приведенная к условному уровню воды, или глубина со срезкой hпр, вычисляется по формуле:
hпр = h ± H, (4)
27
Н
y
Н
p
Н
УУВ
РУВ
Рис. .5
Определение величины срезки H
где h – измеренная глубина, м;
H – срезка, м.
Таким образом, все промеры приводятся к единому положению свободной поверхности реки, которая в дальнейшем является нулем отсчета для различных построений (поперечных и продольных профилей, плана реки в изобатах).
По результатам промерных работ при камеральной обработке необходимо построить поперечные профили сечений (пример построения показан на
рис. 6) и вычислить их морфометрические характеристики (площадь поперечного сечения ω, среднюю глубину водного сечения hср, смоченный периметр f ,
гидравлический радиус R), построить план русла реки в изобатах для участка
специальных промеров и в горизонталях - для участка водомерного поста.
28
0
2
4
6
8
10
12
л.б.
h, м пр. б
Основные
характеристики
Н, м 254,0
1040
171
5,78
11
В, м
hср, м
h
наиб
, м
w, м
2
№ промерной
вертикали
Расстояние от пост.
начала, м
Отметка дна, м абс.
Глубина, м
Грунт Песок
Урез
л. б.
Урез
пр. б.
1
20
5.0
248
3011.0243
4010.8243.2
609.8244.2
809.55244.3
1008.5245.5
1207.2246.8
1405.25248.7
1504.5249.5
1605.6248.4
1702.0252
1800.9253.1
1840.00254
130.00254
2
3
5
7
9
11
13
14
15
16
17
РУВ 20.06.2006 г. 254.0 м абс
Рис. 6.
Поперечный профиль реки
ni
i
i
ii
b
hh
1
1
2
w
ni
i
iii
hhbf
1
2
1
2
i
b
i
h
1i
h
прибегают к разбивке всего сечения на прямоугольные треугольники и трапеции, что приводит к использованию формул:
где
них вертикалях.
площади поперечного сечения ω на его ширину
hср = ω/В, (7)
где В – ширина реки.
При подсчете площади поперечного сечения ω и смоченного периметра f
, (5)
, (6)
– расстояние между соседними вертикалями;
и
- глубины на сосед-
Средняя глубина hср водного сечения вычисляется как частное от деления
29
Гидравлический радиус R – частное от деления площади поперечного сечения на длину смоченного периметра
R = ω/f. (8)
Для русел, ширина которых близка к смоченному периметру, гидравлический радиус близок к средней глубине.
Построение плана реки в изобатах (рис. 7) аналогично построению плана
местности в горизонталях. Отличие состоит лишь в том, что отсчет
производится не от горизонтальной плоскости вверх, а от свободной поверхности реки при срезочном уровне вниз. Сечение изобат (шаг по глубине) назначают от 0,2 (для h
≤ 2,0 м) до 2,0 м в зависимости от глубины реки, сложно-
наиб
сти рельефа дна и масштаба плана. Масштаб построения плана (1:1000) выбирается с таким расчетом, чтобы весь чертеж, выполняемый на листе плотной
белой бумаги, был не менее 15÷20 см. Изобаты проводятся на основе интерполяции между глубинами на промерных точках, осуществляемой аналитическим
и графическим способами, из которых чаще применяется последний. Детальное
описание составления плана участка реки в изобатах представлено в /3/.
Промеры глубин на водохранилищах и морях, которые производятся при
строительстве портовых гидротехнических сооружений и водных путей имеют
некоторые отличия. Хорошо зарекомендовавший себя на практике метод засечек, в настоящее время не является основным. Его использование оправданно
при промерах на ограниченных площадях. Наиболее прогрессивным методом
представляется комбинированное использование непрерывного измерения глубин эхолотом через определенные интервалы времени при движении плавучих
средств по створам с синхронной регистрацией координат каждой мерной точки. При этом измеренные глубины и координаты точек фиксируются в памяти
компьютера в масштабе реального времени, который находится на борту, используемого на промерных работах, плавучего средства.
3. Определение расхода воды
Расходом воды Q, м3/с, называется количество воды, проходящее через
поперечное сечение потока (живое сечение реки) w, м2, в секунду:
30
0.31
0.36
0.56
1.26
1.76
2.26
2.36
2.98
4.16
4.36
4.00
3.96
2.87
2.40
2.02
1.10
0.76
1.16
1.00
2.00
1
2
3
5
7
0.50
1.00
1.50
2.50
3.50
8
9
10
11
12
4.00
3.00
1.35
2.96
4.31
5.26
5.35
4.48
3.38
13
2.87
0.9
14
1
2
3
4
1
2
3
4
0.49
0.96
1.57
2.08
2.37
2.58
3.29
3.78
3.96
4.19
4.58
4.38
3.78
2.85
1.48
0.80
10 10 м0
уровень воды 93.0 м абс.
сечение изобат через 0.5 м
азимут магистрали 98 25 ° ’
Ю
С
Пр № 1
Пр № 2
Пр № 3
Рис. 7.
План участка реки в изобатах
4
16
15
Q = wvср, (9)
где vср – средняя скорость потока в живом сечении, м/с.
Живым сечением реки называется площадь поперечного сечения между
дном и поверхностью воды, в котором, в отличие от водного сечения, скорости
присутствуют во всех точках. В водном сечении реки возможны небольшие
участки мертвого пространства, в котором течение отсутствует.
31
3.1. Измерение и вычисление скоростей течения и расхода воды в реке
с помощью гидрометрической вертушки
Измерения скоростей течения и определение расхода реки проводятся на
гидрометрических створах. Гидрометрический створ представляет собой закрепленный на местности опорными столбами-реперами поперечник реки, который назначается перпендикулярно к среднему направлению течения реки. От
одного из этих реперов (постоянного начала) отсчитываются расстояния до тех
точек створа, где проводятся измерения глубин и скоростей. При производстве
гидрометрических работ в створах могут устанавливаться перекидные (ширина
реки до 15 м) или подвесные (ширина реки превышает 15м) мостики. На реках
шириной 150 ÷ 200 м и более используются паромы из двух лодок. На гидравлических створах, не оборудованных мостиком, промеры глубин и измерение
скоростей проводятся по тросу с лодки.
При выборе местоположения гидрометрического створа, для более высо-
кой точности измерений, руководствуются следующим:
участок реки должен быть преимущественно прямым, неразветв-
ленным на рукава;
течение воды должно быть параллельно-струйным, без заводей, ко-
сых и обратных течений и порогов;
дно реки должно быть устойчивым, то есть сложенным достаточно
плотными грунтами, без ям и выступов и свободно от растительности (камышей, водорослей, деревьев);
продольный уклон, ширина и глубина реки должны быть по воз-
можности однообразными, а поперечные профили иметь правильное очертание корытообразной или трапецеидальной формы;
на реках с быстрым течением воды гидрометрические створы уст-
раивают на широких участках русла с замедленными скоростями, и
наоборот, при очень медленном течении створы разбивают на узких участках.
Основными работами при определении расходов воды на реке являются
измерение глубин на промерных вертикалях для определения площади живого
32
Ширина реки, м
Расстояние между скоростными вертикалями, м
менее 20
от 0,5 до 2,0
20 ÷ 40
2 ÷ 3
40 ÷ 80
4 ÷ 6
80 ÷100
8
100 ÷ 200
10
200 ÷ 300
20
300 ÷ 500
30
500 ÷ 800
40
более 800
50
сечения, назначение скоростных вертикалей и измерения на них скорости течения с помощью вертушки. При промерах определяют глубину воды в каждой
промерной точке и ее положение (координаты) в створе. При измерении скоростей течения воды вертушкой в гидрометрическом створе через равные расстояния намечают скоростные вертикали. Количество скоростных вертикалей и
их распределение в поперечном профиле зависит от ширины реки (см. таблицу
1), глубины и конфигурации дна, турбулентности потока, а также от назначения
работ и требуемой точности измерений скоростей. При этом обязательно одна
из них должна находиться в самой глубокой части русла, так как в открытом
русле наибольшие скорости наблюдаются на поверхности самой глубокой скоростной вертикали. Кроме того, если имеются резкие переломы дна, то скоростные вертикали располагают и в точках перелома профиля.
Таблица 1
Расстояния между скоростными вертикалями в зависимости от ширины русла
В случае интенсивной деформации русла расположение скоростных вертикалей проверяется и при необходимости изменяется. При измерении скоростей воды вертушками применяются три способа.
1. Детальный способ, предусматривающий измерение по большому чис-
лу скоростных вертикалей с многоточечным измерением на каждой из них.
2. Основной способ, который осуществляется при возможно наименьшем
числе скоростных вертикалей. При этом измерение скоростей по глубине производится в следующих пяти стандартных точках: 1) у поверхности воды; 2) в точке, расположенной по вертикали от поверхности воды на расстоянии 0,2 глубины (0,2h); 3) на 0,6h 4) на 0,8h и 5)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]