7.5. Аэрогидрометрические работы
Учитывая исключительную ценность данных гидрометрических наблюдений на реках для разработки проектов, а также высокую стоимость этих работ, их многодельность и приуроченность к периоду прохождения паводков на водотоке, особую значимость при производстве гидрометрических работ приобретает применение аэрометодов (Шумков И.Г. Речная аэрогидрометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 208 с).
Аэрофотосъемка позволяет оперативно определять скорости и направления течений, расходы воды, высоты уровней, направления судовых ходов и направления льдин (Пособие по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки: ПМП-91 (к СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы)/ ПКТИТС. - М., 1992. - 413 с). Аэрофотосъемку для получения натурных гидрометрических данных применяют на реках с шириной русла более 100 м.
Летно-съемочные гидрометрические работы выполняют в пасмурные дни с высокой сплошной облачностью. В солнечную погоду аэрогидрометрические работы целесообразно проводить утром или вечером, когда солнечные блики не попадают в объектив аэрофотокамеры (АФА).
Перед началом летно-съемочных работ готовят сосуды с индикатором в количестве (7.2):
N = 2·а·п, где (7.2.)
а - число промерных точек (вертикалей) на створе наблюдений;
п - общее число измерений в период прохождения паводка.
Перед вылетом сосуды заполняют жидким индикатором и устанавливают в самолете или вертолете для последующего их сброса при измерениях скоростей.
Сосудом для индикатора служит бутыль емкостью 0,75 л с пластмассовой пробкой с отверстиями по окружности на верхней ее поверхности. Чтобы индикатор беспрепятственно выходил из бутыли, она должна занять на дне вертикальное положение, для чего к нижней ее части прикрепляют балласт.
Поверхностные скорости определяют на основе измерения по перекрывающимся аэрофотоснимкам смещения мелких, плывущих по течению реки предметов (специально пущенных поплавков, льдин, пены, щепок, струй индикатора и т.д.) (рис. 7.12).
Рис. 7.12. Изображение поверхностных поплавков на смежных аэрофотоснимках I и II: О, О' - главные точки снимков; m - точки, фиксированные индикатором; а-а и а'-а'- постоянный створ
Разность расстояний (х' - х) представляет собой смешение поплавков в масштабе аэрофотоснимков за интервал времени аэросъемки. Поверхностную скорость течения в данной точке речного потока определяют по формуле (7.3):
где (7.3)
-
высота полета, м;
fk - фокусное расстояние АФА, мм;
Dt - интервал аэрофотосъемки, с.
Смещение поплавков на аэрофотоснимках под воздействием течения аналогично разности продольных параллаксов Dр. При стереофотограмметрическом методе измерений поверхностную скорость (в м/с) определяют по формуле (7.4):
где (7.4)
Dр - разность продольных параллаксов, мм.
Определение поверхностных скоростей таким способом возможно лишь в том случае, если в зоне взаимного перекрытия аэрофотоснимков изображены оба берега реки или какие-либо опорные точки (острова, бакены, буйки и т.д.). Точность определения поверхностных скоростей при таком способе составляет ± 0,05 м/с.
Определение расходов воды с помощью аэрофотосъемки основано на работе поплавков-интеграторов, представляющих собой жидкость, которая выливается из сосудов при соприкосновении их с дном. В зависимости от скорости всплытия поплавка unoд, глубины потока и средней скорости течения на вертикали поплавок появится на поверхности на расстоянии Ln от места его выпуска (рис. 7.13, а).
Рис. 7.13. Измерение расходов воды методом поплавков-интеграторов: а - траектория выхода поплавка-интегратора на поверхность; б - эпюра элементарных расходов
Элементарный расход (м2/с) на вертикали определится:
q = 0,135Ln. (7.5)
Если соединить кривой точки выхода поплавков на поверхность воды, можно получить эпюру элементарных расходов в масштабе аэрофотоснимка (рис. 7.13, б). Общий расход в заданном сечении находят, определив площадь этой эпюры.
Летно-сьемочные работы при измерении расходов воды производят в следующей последовательности:
пролетают над створом наблюдений и сбрасывают сосуды с жидким индикатором;
фотографируют точки падения сосудов на поверхность воды;
после набора самолетом заданной высоты через 3-4 минуты после сбрасывания поплавков вновь фотографируют исследуемый участок русла с тем, чтобы установить точки выхода индикатора.
Высоты уровней воды УВ устанавливают относительно репера, выбранного вблизи одного из урезов воды. Превышение между ними определяют на стереофотограмметрическом приборе. Высота уровня воды (7.6) определится как:
УВ = Нрп + hср, где (7.6)
Нрп - высота репера;
hср - среднее из нескольких измерений превышение между репером и урезом воды. Глубины в точках вертикалей находят при определении расходов воды поплавками-интеграторами по формуле (7.7):
где (7.7)
Vnoв - поверхностная скорость на вертикали.