Принцип работы
Гидрометрическая вертушка основана на закономерной связи между скоростью вращения лопастного винта вертушки и скоростью наблюдаемого потока. Под влиянием текущей воды лопасть вертушки начинает вращаться. Вместе с лопастью вращается втулка и передает вращение на червячную шестерню. При этом контактный механизм вертушки замыкает электрическую сигнальную цепь через каждый полный оборот червячной шестерни, что соответствует оборотам лопасти вертушки. В момент замыкания цепи срабатывает сигнальное устройство (звенит звонок или загорается сигнальная лампочка). С помощью секундомера определяют время скачка работы вертушки до каждого сигнала. Посчитав общее число оборотов лопасти вертушки и разделив их на время ее работы, определяют скорость вращения лопастного винта (число оборотов). Для переходов от скорости вращения (V) лопасти вертушки к скорости течения воды используют тарировочную кривую, на которой графически отражена зависимость между скоростью течения и числом оборотов лопастного винта в секунду V = f(h).
Устройство
Описание самой популярной в России и СНГ гидрометрической вертушки ГР-21М
Гидрометрическая вертушка предназначается для измерения скоростей течения реки, как на поверхности, так и на заданной глубине. Вертушки имеют множество модификаций, определенных зависимостью от характера объекта, а также степенью модернизации. Распространена в сети гидрологических станций и постов вертушка ГР-21М.
Устройство гидрометрической вертушки ГР-21М 1 – осевая гайка; 2 – радиально-упорные подшипники; 3 – цилиндрическая полость лопасти; 4- зажимная муфта; 5 – ходовая часть; 6 – стопорный винт; 7 – гнездо штепселя; 8 – изолированная клемма; 9 – соединенная с корпусом клемма; 10 – штанга или вертлюг; 11 – зажимные винты; 12 – винт; 13 – хвостовое оперение (стабилизатор); 14 – корпус; 15 – наружная втулка Основные узлы и части прибора: корпус (14), лопастной винт (3), стабилизатор направления (13), контактные клеммы (8, 9), муфта крепления (10).
Оз. Тениз
- гидрографическая облегченная съемка водоема или его части с разбивкой магистрали и промерных створов;
- организация водомерного поста с производством на нем наблюдений над уровнем и температурой воды в водоёме;
- производство наблюдений над температурой, цветом, прозрачностью воды на гидрологическом разрезе;
В Кургальджинском заповеднике на озере Тенгиз, реке Султанкелди мы проводили гидрографическую облегченную съемку водоема, его части с разбивкой магистрали и промерных створов, организацию водомерного поста с производством на нем наблюдений над уровнем и температурой воды в водоёме, производили наблюдения над температурой, цветом, прозрачностью воды на гидрологическом разрезе.
Коргальжинский заповедник находится в юго-западной части Тенгиз-Кургальджинской впадины, расположенной в центре Казахстана. Заповедник расположен в Кургальджинском районе Акмолинской области, в 160 км. Северо-восточнее города Астаны. Общая площадь 237 100 га.
Дирекция заповедника находится в райцентре Кургальджино. Егерские кордоны находятся в поселке Каражар, Разведка, Ныгыман.
От них до Кургальджино от 40-до 80 километров. В 1957 году озеро Тенгиз было объявлено охотничьим заказником сроком на 5 лет. В мае 1958 года был учрежден Кургальджинский заповедник, однако уникальные озера в него не вошли. Всего 3 года просуществовал заповедник. Уже в 1961 году его фактически ликвидировали, а часть территории распахали. Наконец в апреле 1968 года лесоохотничье хояйство было преобразовано в Кургальджинский заповедник, восстановлен он был не как степной, а как озерный. За пределы заповедника были вынесены животноводческие базы и некоторые поселки, установлена 2-х километровая охранная зона. Росла площадь заповедника, сейчас она составляет 237 100 га, в том числе 199 200 га - акватории.
Международной конвенцией по охране мест гнездований, отдыха зимовок водоплавающих птиц (проект МАР) заповедник внесен в список водно-болотных угодий медународного значения по категории «А».
Расположен в 130 км. к юго-западу от Астаны и занимает площадь 258,9 тыс. га, в том числе 198 тыс. га акватории. Здесь красивейшая ковыльная степь. В общих чертах заповедная территория – это два больших, соединенных между собой озера Тенгиз и Коргалжын. «Тенгиз» в переводе означает «море». Площадь водного зеркала 159000 га – в 2 раза превышает площадь Женевского озера, а минерализация воды в 5-6 раз превышает соленость мирового океана. Флора заповедника насчитывает около 350 видов, из которых 90% - травянистые растения. Местная фауна представляющая большой интерес для орнитологов насчитывает до 33 видов птиц, 82 из которых занесены в «Красную книгу» мира. Среди них черный жаворонок, дрофа-дудак, журавель-красавка, кречетка, степная пустельга. Здесь самые северные гнездовья розового фламинго.
Физико-географическая характеристика заповедника.
Заповедник находится в межгорной впадине. Рельеф в основном равнинный, с невысокими холмами до 30-40 метров. Климат заповедника резко континентальный. Летом из пустынь Центральной Азии сюда выносятся сухие горячие массы воздуха, а зимой вторгается холодный арктический воздух. Влажный воздух из Атлантики почти не доходит. Абсолютный максиммум температуры в июле 44 ° , абсолютный минимум в январе - 44 ° . Преобладают ветры западного и юго-западного направления, наиболее сильными они бывают зимой и весной, максимальная скорость ветра 30-32 метра в секунду. Основная часть осадков приходится на май. Осенью дожди выпадают редко и носят обложной характер. Зима продолжительная, холодная с сильными юго-западными ветрами, частыми метелями. Постоянный, снежный покров образуется в конце октября, начале ноября. Основная масса снега выпадает в феврале – марте. Вэто время высота снежного покрова достигает 20-30 см, а в открытой степи – 10-15 см. Водоемы замерзают в конце октября – начале ноября; в начале апреля появляются закраины, окончательно лед сходит в конце месяца. Весна начинается в первой декаде марта, снега сходят к середине апреля. Лето непродолжительное и жаркое. Средняя температура июля 24,4 ° . Нередко уже в мае выгорают травы, и степь становится желтой и пожухлой. В жаркие дни сильные восходящие токи воздуха вызывают удивительное явление, столь характерное для пустыни, - мираж. В раскаленном колеблющемся воздухе все расплывается и теряет очертания. Вдали возникают и вновь исчезают несуществующие голубые озера…
Заморозки на почве нередки уже в середине сентября. Около трети осенних дней стоит ясная погода.
Крупнейшие в Северном и Центральном Казахстане озера – Тенгиз и Кургальджин – остатки древнего моря. Основным источником питания озер служит река Нура, Кон и Куланутпес. Весной вода в этих реках поднимается в паводки до 4-5 метров. Постоянное течение имеет только Нура, а Кон и Куланутпес в сухие годы частично пересыхают.
Озеро Кургальджин имеет площадь 330 кв. км., протяженность береговой линии 187 км. Северные берега высокие, местами обрывистые (до 4-6 м. высотой), южные – пологие. Озеро мелководное, глубиной 0,5 – 3 м; дно плоское, глинистое, покрытое серым или черным илом. Вода слабосолоноватая. На озере насчитывается около 40 островов, наиболее крупные из них Арал-Тюбе, Кокпекты и Жар-Тюбе. Встречаются и плавучие острова, на них устраивают шумные колонии чайки, крачки, гнездятся утки и поганки. На озере – царство тростника и рогоза, заросли их занимают 70-80% водного зеркала. Тростник разделяет единый водоем на несколько крупных заливов и множество плесов, имеющих собственные названия. Наиболее крупные из них находятся в северной части Кургальджина: Есей, Султан-Кельды, Кокай и малый Караколь, Табан-Каза и др. В 1940 году оз. Кургальджин совершенно высохло, а в Тенгизе вода сохранилась только на небольшой площади плеса, и по дну озера была проложена дорога.
Озеро Тенгиз (по казахски – «море») имеет площадь зеркала 1590 км.кв., длину береговой линии 488 км. Вода горько-солоноватая, озеро бессточное. Среди озер в Советском Союзе занимало 12 место. Глубина реликтового озера в 1945 году оставляла 8 метров, а в последние годы - не более 1,5 – 2,5. Озеро имеет вытянутую форму, его длина – 85, а ширина – 32 км. На Тенгизе около 70 островов. На островах гнездятся различные колонии чаек и куликов, а также редчайшие птицы нашей фауны – фламинго и пеликаны. Дно озера глинистое, покрытое серым и черным илом с запахом сероводорода. Наблюдается падение уровня озера.
Растительность. Флора заповедника насчитывает свыше 300 видов высших цветковых растений. Половина видов – типичные степные формы. Деревьев нет, но зато есть 12 видов кустарников в основном в поймах рек: кустарниковые ивы, шиповники, жимолость. В степи встречаются иногда большими массивами карагана и таволга. Карагана или чилига, - невысокий кустарник, цветущий в мае и начале лета золотисто-желтыми цветами. Травянистая растительность составляет почти 90% видов всей флоры заповедника. Преобладают многолетние травы в основном ксерофиты. Яркий пример тому – ковыль с изящным тонким стеблем и густой корневой системой, уходящей в землю на большую глубина, где есть драгоценная влага. В кургальджинских степях ковыль растет вместе с другими ксерофитами – типчаком, тонконогом, биюргуном, кокпеком, ферулой,, полынью. Выделяется особая группа растений, приспособившихся к жизни на сильнозасоленных почвах. Это так называемые галофиты или суккуленты: солерос, сарсазан, сведа, кермек, различные виды солянок, а также кустарник селитрянка. Животный мир. Фауна Кургальджина типична для степной и полупустынной зон. Здесь зарегистировано 38 видов млекопитающих, 274 вида птиц, 6 видов пресмыкающихся, 2 вида земноводных, 11 видов рыб. На озере Кургальджин большую кормовую ценность для рыб и птиц представляют мелкие беспозвоночные животные, живущие в толще воды (зоолопланктон) или на дне (зообентос). Курнгальджинские озера богаты рыбой, в том числе промысловыми видами. Это прежде всего золотой и серебряный карась, язь, щука, линь, окунь, плотва. В Тенгизе из-за высокой солености воды рыбы нет совсем. Земноводных и пресмыкающихся в заповеднике немного, и они мало изучены. На озерах и в поймах живут остромордая лягушка и зеленая жаба. Озеро Кургальджин можно считать орнитологическим заповедником – так много здесь птиц. Наиболее многочисленные представители пернатых – воробьиные, 2/3 которых принадлежат 5 семействам. По числу видов выделяются еще 4 отряда: кулик, платинчатоклювые, хищные и чайки. Гнездящиеся – самая многочисленная группа птиц. Наряду с типичными представителями средних широт (лысуха, кряква, серый гусь, чибис, озерная чайка, серая ворона, полевой жаворонок) в заповеднике гнездятся такие южане, как фламинго, кудрявый пеликан, белая цапля, морской голубок, черноголовый хохотун, ходулочник, морской и азиатский (каспийский) зуйки, горная коноплянка и др. Здесь же обитают эндемики: кречетка, азиатский зуек, черный и белокрылый жаворонки.
Фламинго
в заповеднике Коргальджино
Древнее озеро Тенгиз… Древние и птицы, гнездящиеся на его островах, - удивительные розовые фламинго, может быть самые красивые птицы нашей фауны. Это самая северная в мире гнездовая колония фламинго. Они жили здесь в палеогене, когда вся Тенгиз-Кургальджинская впадина была покрыта морем Тетис. Фламинго, или краснокрыл (казахское название «кзыл-каз»), не похож ни на одну знакомую нам птицу. Это одна из самых длинноногих птиц в мире, стоящий на земле во весь рост краснокрыл достигает в высоту полутора метров. На место гнездования фламинго прилетают в апреле. В первой половине мая птицы откладывают по 1 – 2 реже 3 яйца. Насиживание длится немногим более месяца. А в августе птенцы уже поднимаются на крыло. Отлет краснокрылов на зимовку продолжается в некоторые годы до второй половины ноября. Надо сказать, что на фламинго очень влияет фактор беспокойства, даже пролетевший над колонией самолет может перепугать насиживающих фламинго до такой степени, что они бросят гнезда. В небольшом числе и на ежегодно в труднодоступных местах заповедника гнездятся кудрявые пеликаны. Возросла численность – лебедей шипунов., ежегодно гнездящихся в заповеднике. Основную массу пролетных птиц составляют утки, кулики и воробьиные, гнездящиеся в тундрах и сибирской тайге. Весной через Тенгиз и Кургальджино пролетает более миллиона только водоплавающих, не считая нескольких миллионов куликов.
Наблюдения над температурой воды.
Температуру воды измеряют водным или родниковым термометром в специальной металлической оправе. При отсутствии такового можно приспособить обычный термометр для воздуха, прикрепив к его окончанию металлический стакан и трос с делениями для отсчета глубины опускания. Наблюдения над температурой производится в створе или вблизи пункта наблюдения в прибрежной, проточной полосе реки, причем так чтобы глубина была не менее 0.5 м. Термометр опускают в воду, на размеченном тросе, так чтобы стакан оправы находился в воде и выдерживают 4 – 5 мин. Измерения повторяют дважды. При извлечении термометра вода должна быть в стакане. Измерения записывают в водомерную книжку с точностью до 0.10С. Измерение температуры рекомендуется производить 2 – 3 раза в сутки. Средняя температура за сутки вычисляется как среднеарифметическое значение из срочных наблюдений.
Определение прозрачности воды.
Определение прозрачности воды производят при помощи белого диска (диск Секки), который представляет собою окрашенный в белый цвет тяжелый диск диаметром 30 см, прикрепленный к размеченному тросу. Исследование прозрачности воды производят с лодки. Диск медленно опускают с теневой стороны борта лодки. По тросу замечают глубину исчезновения диска. Затем медленно поднимают и отмечают глубину его появления. Средняя величина из этих двух измерений, выраженная в метрах и будет служить показателем относительной прозрачности воды. Прозрачность определяют в прибрежной и глубоководной зонах водоема.
Наблюдения над прозрачностью воды в реках позволяют, судить не только о той или иной степени насыщения исследуемого водоема взвешенной мутью, но и о глубине проникновения солнечных лучей, от которых зависят температура воды и глубина распространения растительных организмов.
Определение цвета воды.
Цвет воды определяется по стандартной шкале цветности, которая представляет собой набор из 22 пробирок, заполненных раствором разных оттенков. Для определения цвета следует опустить белый диск на половину глубины прозрачности и сравнить цвет воды с цветом пробирок. В случае отсутствия стандартной шкалы цветности – можно рассматривать бутылку с исследуемой водой на фоне листа белой бумаги. Вода может быть бесцветная, зеленая, желтая, коричневая, с молочным оттенком.
При полном химическом анализе
Зимой при наиболее низком уровне и наибольшей толщине ледяного покрова
В начале весеннего наполнения водоема
В период максимального наполнения (при наибольшем уровне)
При наиболее низком уровне в летне - осенний период
Периоды отбора проб при сокращенном химическом анализе -
ежемесячно 10 или 15 числа
Для наблюдений за уровнем загрязнения - отбор проб в контрольных пунктах производится ежемесячно 10 или 15 числа. При этом четыре раза в год одновременно с отбором проб на полный химический анализ в постоянных пунктах такие же пробы отбираются в контрольных пунктах.
Порядок наблюдений
Отбор проб воды
Полевые определения физических свойств и показателей химического состава
Полный или сокращенный химический анализ (в лабораториях)
Отбор проб и последующий химический анализ донных отложений (только при специальных съемках)
Описание выходов грунтовых вод и определение дебита ключей.
Выход подземных вод на дневную поверхность может происходить в виде ключей (родников) или в виде пластовых источников. Эти выходы чаще всего бывают приурочены к пересечению водоносного горизонта оврагами или речными долинами. Пластовые выходы грунтовых вод образуются в случае, когда водопроницаемый грунт (песок, мел) лежит на водонепроницаемой породе (глина, камень). Гидрологические исследования включают в себя изучение более или менее значительных выходов грунтовых вод, встречающиеся по берегам и дну исследуемой реки. Индикатором близости грунтовых вод к поверхности земли является влаголюбивая, яркозеленая растительность.
При описании источника грунтовых вод необходимо отметить:
местоположение и местное название источника;
высота места выхода источника над уровнем воды в реке или над дном оврага;
затопляется ли источник во время весеннего разлива;
характер вытекания воды (струится, бьет ключом, вытекает несколькими отдельными струйками или в виде отдельной струи);
заболочена ли земля вокруг выхода источника и на какой площади;
какой дебит или расход источника – сколько воды дает источник или ключ в единицу времени (литров в секунду, минуту, час);
температура воды источника и температура воздуха.
Каждый источник описывается под определенным номером, который обозначается на карте. Дебит (расход) источника можно определить двумя методами: методом поплавков и объемным методом. Описание определения расхода родника методом поплавков аналогично определению расхода реки. Здесь же остановимся на описании объемного способа. В узком месте ключа (родника) сооружается плотина и устанавливается труба или желобок, так чтобы вся вода шла через нее. Стекающую воду по желобку или трубе собирают в какой-нибудь сосуд с известным объемом (например, ведро 12 литров). Замечая время наполнения сосуда можно определить расход воды. Измерения необходимо производить несколько раз для получения среднего значения.
Устройство гидрологического оборудования на водных объектах. На озере или водохранилище для производства гидрометрических работ закладывается гидрометрический разрез плеса и временный или используется стандартный водомерный пост. Гидрометрический разрез должен удовлетворять следующим требованиям: отражать наиболее характерные элементы дна водоема, проходить через точку с максимальной глубиной (через рейдовую вертикаль), характеризовать гидродинамические особенности акватории, характеризовать водную растительность и донные отложения водоема.
На участке реки, где проводится практика, для производств гидрологических наблюдений и гидрометрических работ используется или оборудуется гидрологический пост для производства водомерных наблюдений; гидрометрический створ для измерения расходов воды. Гидрологический пост № 1 (основной) включает водомерные устройства для измерения уровня воды свайного и передаточного типов (самописец уровня «Валдай»); снабжен переносными рейками (в т.ч. рейкой с успокоителем ГР-23), водными термометрами в оправе, аспирационным психрометром или термометром-пращем. Гидрологические посты № 2 и № 3 - свайного типа.
Гидрометрические створы для определения расхода воды расположены по соседству с водомерными устройствами постов и комплектуются переносным оборудованием: гидрометрическими вертушками (ГР-21М) со штангами, размеченными тросами и др.
Наблюдения на рейдовой вертикали. Рейдовая вертикаль назначается в водохранилище над затопленным речным руслом и закрепляется буем. Работы производятся с большой лодки, катера или другого крупного плавсредства, которое весь период наблюдений устанавливается у буя на 2-3 якоря для предотвращения его рыскания. Для сообщения с берегом используется гребная или моторная лодка.
Наблюдения на рейдовой вертикали производятся с лодки. Работы на рейдовой вертикали производятся сменными группами в составе 3-4 человек в течение суток с интервалом между отдельными сериями наблюдений в 3 часа. В состав каждой серии наблюдений на вертикали входят:
метеорологические наблюдения;
определение глубины вертикали;
измерение температуры воды;
измерение скорости и направления течений;
отбор проб воды для определения рН, концентрации растворенного в ней кислорода, а также для измерения удельной электропроводности;
определение прозрачности и цвета воды.
С наступлением срока данной серии приступают одновременно к измерениям глубины, к наблюдениям за температурой воды, течениями, ветром и к отбору проб воды. Все результаты наблюдений каждой серии заносятся в «Журнал для записи гидрометеорологических наблюдений на озерных вертикалях».
На каждую серию рейдовых наблюдений из группы практикантов назначается поочередно ответственный, в обязанности которого должно входить измерение температуры воды, организация и контроль работы остальных членов группы, а также последующая камеральная обработка материалов, отобранных проб воды и анализ результатов данной серии наблюдений и соблюдение техники безопасности в период работ на воде.
Гидрологический разрез плеса водоема. Задача – выявить характер распределения основных гидрологических характеристик, вертикальной устойчивости вод, а также состав донных отложений и характер распределения водной растительности на поперечном разрезе плеса в связи с особенностями рельефа его дна.
Работы на гидрологическом разрезе. Местоположение гидрологического разреза выбирается заранее по крупномасштабной карте или по предварительным рекогносцировочным промерам одного из плесов водоема так, чтобы он пересекал наиболее характерные морфологические участки затопленной водохранилищем речной долины: речное русло, низкую и высокую поймы, надпойменную террасу и т.п. На схематический план плеса наносится поперечный разрез и три-четыре репера (местные ориентиры) на его берегах, необходимые для засечек местоположения гидрологических станций на разрезе.
В состав работ на гидрологическом разрезе входят:
1. Промеры штангой или лотом, эхолотный промер,
2. гидрологические наблюдения на 5-8 вертикалях по разрезу:
а) определение местоположения вертикали;
б) измерение глубины;
в) измерение температуры и электропроводности воды;
г) отбор контрольных проб воды для точного определения электропроводности;
д) измерение прозрачности воды;
е) определение характера грунтов и мощности отложений.
Все работы производятся с лодки. Наблюдения на вертикалях, которые назначаются в характерных точках профиля дна на разрезе, желательно проводить в течение одного дня для получения возможно более синхронных гидрологических данных.
Эхолотные промеры. Для наиболее полной характеристики рельефа дна по поперечному разрезу водоема промеры глубин производят эхолотом, позволяющим получить эхограмму – непрерывную запись профиля дна. Работа эхолота основана на принципе измерения времени прохождения прямого и отраженного ультразвукового импульса от излучателя до дна водоема и обратно – до приемника прибора. На ленте прибора непрерывно регистрируется профиль дна водоема.
Приборы и оборудование. Эхолот (комплект) с рулоном бумаги ЭТБ-2, теодолит со штативом, створные вехи, вешка геодезическая, рулетка, водомерная рейка, наметка, лопата.
Эхолот речной ИРЭЛ (Быков, Васильев, 1972) состоит из центрального прибора, блока питания с аккумуляторной батареей и забортного устройства. Он позволяет измерять глубину от 0,2 до 20 м с точностью 0,1 м при глубинах меньше 5 м и 2% – при больших глубинах. Запись производится в масштабе 1:100 на специальной металлизированной бумажной ленте ЭТБ-2 электротермическим способом.
Разбивка магистралей и промерных профилей.
От основного репера параллельно бровке клифа прокладывается магистраль. Направление магистрали на местности обозначается несколькими геодезическими вешками, а ее азимут измеряется буссолью, а длина магистрали – стальной мерной лентой; через каждые 25-30 м от основного репера на магистрали забиваются в землю металлические штыри. Они служат реперными точками, от которых затем разбиваются промерные поперечники.
Расстояние между реперными точками по магистрали должно быть промерено стальной лентой дважды (прямым и обратным ходом) с точностью 0,01 м. При изогнутой линии исследуемого берега магистраль может быть разбита в виде ломаной линии. Тогда вершины углов поворота магистрали должны быть приурочены к реперным точкам. Каждый угол поворота магистрали измеряется теодолитом путем определения как внутреннего, так и внешнего углов. Правильность определения угла поворота магистрали проверяется по сумме измеренных величин углов, которая должна быть равна 360°00'. Все записи ведутся в полевом дневнике. В нем, кроме того, изображается схема исследуемого участка берега и магистрали, на которой указываются измеренные величины углов и расстояний между реперными точками.
По окончании разбивки магистрали приступают к разбивке промерных поперечников. Для этого над каждой реперной точкой устанавливают теодолит и направляют его визирный луч перпендикулярно линии бровки клифа в сторону водоема. По визирному лучу устанавливают две геодезические вешки, одна из которых должна находиться на бровке клифа, другая – на береговой отмели вблизи уреза воды. Затем по компасу измеряют два угла, расположенные между вешками, установленными на магистрали у предшествующей и последующей реперных точек. Сумма этих двух углов должна быть равна внутреннему углу магистрального хода по отношению к берегу водоема. После измерения этих углов на место теодолита у реперной точки ставят третью геодезическую вешку данного поперечника. Измеренные величины углов между магистралью и направлением поперечного промерного створа записывают в полевой дневник и указывают на схеме.