Гидрометрические работы

Гидрометрические работы проводятся в период весеннего половодья или прохождения высоких вод другого происхождения и дополняют морфометрическое обследование. Вследствие трудоемкости и большой стоимости эти работы выполняются, как правило, на малоизученных водотоках при сооружении больших переходов. В состав гидрометрических работ входит:

– замеры уровней воды;

– промеры глубин;

– замеры скоростей течения;

– определение направлений струй и траекторий движения льдин, судов, плотов.

До начала половодья проводятся подготовительные работы:

– обозначаются на местности и разбиваются гидростворы;

– оборудуются тросовые перетяжки;

– оборудуются водомерные посты;

– строятся вышки для засечек поплавков;

– производятся промеры глубин в русле.

В период половодья выполняются:

– наблюдения за уровнями воды;

– измерения скоростей;

– наблюдения направлениями течений, судовых ходов, сплава и ледохода,

– промеры глубин в русле и в необходимых случаях повторные промеры после прохода половодья.

Рис.4.3. Схема оборудования гидроствора

При проведении гидрометрических работ, как правило, разбивается три гидроствора. Главный гидроствор совмещается с осью перехода, два других выше и ниже по течению на расстоянии от 0, 5 до 3 км. Все три гидроствора должны быть связаны нивелирным ходом. Требования к назначению и разбивке гидростворов аналогичны требованиям к морфостворам. Если поймы заросли лесом, то прорубается просека шириной 5-6 м для свободного плавания лодок.

Все три гидроствора оборудуются для замеров уровней воды аналогично постоянным водпостам. Наблюдения за уровнями воды ведутся 3 раза в день, а в период пика паводка значительно чаще. Замеры уровней воды на всех створах производятся синхронно по времени.

Замеры скоростей течения проводятся на главном гидростворе. Для этого по ходу главного гидроствора закрепляются так называемые вертикали, на которых будут производиться замеры во время прохождения паводка. Вертикали на пойме закрепляются вехами или поплавками, привязанными к якорям. Способ закрепления вертикалей на главном русле зависит от ширины реки. При ширине реки до 60 м вертикали могут закрепляться специальными марками на тросовой перетяжке, при большей ширине – геодезическими методами с помощью угловых засечек.

Для замеров скоростей применяются специальные приборы – вертушки. Наибольшее распространение получила вертушка Н.Е. Жестовского ГР-21, основными элементами которой являются: ротор, счетно-контактный механизм и хвостовое оперение. Число оборотов ротора под воздействием потока жидкости фиксируется замыканием -размыканием электрической цепи. По количеству замыканий-размыканий в единицу времени можно судить о скорости вращения ротора и о скорости потока (рис 4.4).

Рис.4.4. Измерение скоростей течения. Вертушка Жестовского в комплекте с приборами для

измерения скорости течения (слева), закрепление вертушки на штанге (справа)

Вертушка опускаются в воду с плавсредства на специальной штанге, имеющей шкалу для установки глубины погружения вертушки. При больших глубинах вертушка опускается на тросе. По вертикали скорости замеряются на нескольких уровнях, количество которых изменяется в зависимости от глубины. Для полноты картины измерения скоростей производятся в период подъема воды, в период пика паводка и при его спаде до межени. С одного плавсредства за рабочий день можно измерить скорости на 8-10 вертикалях.

Современные приборы для измерения скоростей течения более компактны и состоят, как правило, из датчика и блока обработки измерительной информации. Основным метрологическим элементом датчика является лопастной винт (ротор), при вращении которого создаются электрические импульсы. Датчик крепится на гидрометрической штанге с помощью держателя. Для формирования электрического сигнала, характеризующего скорость водного потока, служат электрические импульсы, частота которых пропорциональна измеряемой скорости водного потока. Блок обработки измерительной информации использует импульсы датчика для вычисления величины скорости водного потока (рис. 4.5).

Рис.4.5. Измеритель скорости течения воды ГМЦМ-1. Блок обработки информации (слева),

ротор с держателем (справа)

В период половодья или паводка уровень воды в реке и связанные с ним скорость течения и расход довольно быстро изменяются. Поэтому при изысканиях необходимо обеспечить значительное количество плавучих отрядов изыскателей одновременно, чтобы за возможно короткое время провести замеры и полную обработку гидрометрического створа. По результатам замеров строятся эпюры скоростей и элементарных расходов (рис. 4.6).

Рис.4.6. Пример построения эпюр скоростей и элементарных расходов

Промеры глубин на вертикалях производятся аналогично изложенному выше в разделе 4.1.1. При подробных изысканиях мостового перехода работы по замеру скоростей течения и промеры глубин являются наиболее сложными и ответственными. При большой ширине реки и высокой скорости течения, что практически всегда соответствует пику паводка, для выполнения таких работ требуется весьма высокая квалификация и опыт. Наиболее сложной составляющей при этом является вывод плавсредства в необходимую точку створа и удержание его в этой точке для производства замеров.

Существует три основных приема промеров глубин с лодки на открытой воде: по поперечникам, косыми галсами и продольными галсами.

Промеры по поперечникам возможны мри малых скоростях течения, когда лодку возможно удерживать в необходимом положении без чрезмерных усилий. При этом разбивается несколько поперечных промерных створов, которые закрепляются на берегах с помощь вех – по две вехи на каждом берегу. При производстве промера лодка удерживается в створе наблюдателем, ориентирующимся на эти вехи. Положение лодки по ширине реки фиксируется с помощью теодолита, установленного на берегу. При средней скорости течения для облегчения передвижения лодки створы устраиваются под углом к направлению русла. При большой скорости течения лодка передвигается вдоль русла по течению (рис. 4.7).

Рис.4.7. Способы промера глубин реки: по поперечникам (слева), косыми галсами (в центре),

продольными галсами (справа)

Определение направлений струй и поверхностных скоростей течения производится поплавковым способом. Однако этот способ при своей простоте и дешевизне имеет недостаток – зависимость точности от состояния погоды

Для определения направлений и измерения скоростей течений используют поплавки, изготовленные из дерева в виде круглого диска диаметром около 25 см и толщиной около 5 см. В центре диска укрепляют стержень высотой до 15 см с цветным флажком. Если расстояние от вышки до поплавков более 1 км, применяют поплавки треугольной формы. При длине каждой стороны 0, 5 м вершины треугольников снабжают стержнями с флажками высотой 15-20 см. При плохой видимости поплавки сопровождаются лодкой. Длина участка наблюдений принимается не менее двойной ширины русла.

Траектории движения поплавков засекаются с помощью теодолита со специальной наблюдательной вышки. Для каждой засечки отмечается время по секундомеру.