4.1.1. Морфометрические работы
Морфометрические работы в районе мостового перехода касаются внешнего вида и строения речной долины и русла реки. Они позволяют получить расчетные гидрологические характеристик водотока через измерения формы речной долины, определение ее геоботанических и гидроморфологических особенностей.
Сроки производства изысканий обычно не совпадают со сроками половодий или паводков, а в случае такого совпадения величины максимальных уровней и расходов воды оказываются, как правило, значительно ниже расчетных.
Отметки характерных уровней воды. Даже если на реке существует водомерный пост, многие высокие уровни воды могли иметь место до начала наблюдений на нем. Для того чтобы уточнить гидрологическую характеристику водотока в этом случае, отметки высоких уровней (УВВ, УВЛ, УППЛ, УМВ) определяются по результатам обследования долины реки в месте перехода. Половодье, как правило, оставляет следы. Признаками высокого подъема уровня воды являются отложения на берегах предметов, принесенных водой в половодье, чаще всего это мусор, смытые водой деревья и т.п. На скалистых берегах, на опорах мостов, на стенах старых зданий, находящихся около реки и т.п. происходит так называемый "смыв загара" или смыв растительности. Граница смыва соответствует уровню среднего расхода. Весьма большое значение имеют сохранившиеся документы или свидетельства старожилов о случаях исключительно высоких половодий с указанием года и места, до которого поднималась вода. Так или иначе, установленный на местности уровень подъема воды фиксируется, и отметка его определяется нивелировкой. Такие уровни называются "высокими историческими уровнями" (ВИУ).
Коэффициенты шероховатости. Наиболее сложной задачей морфометрии водотока является надежная оценка гидравлической работы пойм. Пока не существует общепринятой системы характеристик сопротивления движению паводковых вод по пойменному массиву. В настоящее время сопротивление движению воды, как на поймах, так и в русле оценивается через коэффициенты шероховатости.
Коэффициенты шероховатости можно определять по таблицам. Однако имеющиеся таблицы М. Ф. Срибного, Н. М. Носова или В. Т. Чоу дают лишь ориентировочные величины этих коэффициентов.
В особо благоприятных условиях протекания воды значения коэффициентов шероховатости для прямолинейных русел с большими глубинами и малыми уклонами достигают m=50 и для совершенно ровных пойм с низкой травой m=33. В наименее благоприятных условиях значения могут достигать для русел горных рек, m=10 и для пойм с таёжной растительностью m=5.
Для уточнения коэффициентов шероховатости в процессе морфометрического обследования существуют методики учитывающие рельеф, характер и густоту растительности, глубину потока во время паводка. При этом в процессе морфометрических работ производятся, например такие замеры как средняя высота затопления растительности водой; средние диаметры стволов и веток кустов и деревьев, среднее расстояние между отдельными кустами, среднее количество стволов на определенной площади и т.п. Оценивается степень вертикальной сплошности многоствольной растительности и густота травяного покрова.
Продольный профиль реки. Геодезическая съемка продольного профиля реки в месте перехода необходима для определения уклона свободной поверхности потока. При этом производится нивелировка по урезу воды и бровок берегов, промер глубин по фарватеру.
Рис. 4.1. Продольный профиль реки Оять на Северо-Востоке Ленинградской
области от истоков до пос. Винницы
Протяженность съемки зависит от конкретных условий. Для рек не имеющих гидротехнических сооружений профиль снимают на протяжении:
суммарной длины одного плеса и одного переката - для больших рек;
двух плесов и двух перекатов - для средних рек;
трех-пяти плесов и перекатов - для малых рек.
Для определения уклона водной поверхности при уровнях высокой воды используют следы прошедших паводков, т. к. меженный уклон может в 5-6 раз отличаться от паводочного.
Назначение и разбивка морфоствора. Морфоствор необходим для дальнейшего определения площадей живого сечения водотока и построения эпюры распределения максимального расхода по ширине потока.
Как правило, морфоствор располагают в наиболее узких местах пойм с наименьшим числом стариц и проток перпендикулярно к направлению течения. При проведении морфометрических работ производится разбивка от одного до трех морфостворов, в зависимости от степени изученности реки.
Морфостворы располагаются по оси мостового перехода или с верховой и низовой его стороны. Морфомтвор разбивается с помощью теодолита, по его оси производится нивелировка пойм и промеры глубин в русле.
Промеры глубин, как правило, проводятся с лодки, положение которой на линии створа фиксируется с берега при помощи теодолита методом угловой засечки. Глубины до 3-4 м измеряют мерной рейкой (так называемой наметкой), а свыше 3-4 м - лотом. В настоящее время широко применяются эхолоты различных систем.
Основными характеристиками створа являются: распределение глубин воды по его ширине, величина коэффициента шероховатости в разных частях створа
Рис. 4.2. Пример морфометрического створа
Наблюдения за ледовыми явлениями в районе перехода выполняются ежедневно в течение всего срока существования на водотоке ледовых образований. При этом фиксируются:
даты появления ледяного сала, внутриводного льда, заберегов, шуги, ледохода, ледостава, появления закраин, подвижек льда, ледохода и очищения реки от льда;
толщина льда при ледоставе и ледоходе;
размеры и скорости движения льдин при ледоходе и пр.
Работы по исследованию водотоков с наледями проводятся в три этапа: на стадии технико-экономического обоснования; на стадии проекта; на стадии рабочей документации. Осенне-зимние обследования проводятся:
в октябре-ноябре когда малые водотоки при отсутствии ледового и снежного покрова испытывают максимальное охлаждение;
в декабре-январе, когда окончательно формируются наледи временных поверхностных водотоков.
в апреле, когда крупные наледи достигают максимального развития.
Такие наблюдения целесообразно выполнять ежегодно до составления рабочей документации или в течение трех лет.