Состав работ при морфометрическом обследовании

Основная цель морфометрических работ состоит в определении скорости потока воды во время весеннего паводка без проведения дорогостоящих гидрометрических работ. Термин «морфометрия» происходит от греч. morphe – форма и metré o – измеряю. Таким образом, морфометрические работы в районе мостового перехода касаются измерения ландшафтных характеристик и строения речной долины, а также русла реки. Эти характеристики в итоге позволяют получить расчетные гидрологические параметры водотока и в том числе такой определяющий параметр, как скорость движения воды в русле и на поймах.

Морфометрические работы как правило проводятся в период с мая по октябрь и 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. Одним из элементов морфометрических работ является определение отметок 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 (рис. 4.1). Признаками высокого подъема уровня воды являются различные отложения предметов на берегах, принесенные водой в половодье, чаще всего это мусор, смытые водой

Рис.4.1. Окрашивание опоры моста паводковыми водами. Река Колва в Республике Коми

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. В других случаях наоборот происходит окрашивание поверхностей сооружений. Граница смыва или окрашивания 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).

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 такие параметры как коэффициент шероховатости – n и показатель шероховатости – m. Эти два параметра связаны выражением:

.

Коэффициенты шероховатости можно определять по таблицам. Для того чтобы воспользоваться этими таблицами необходимо иметь некоторые ландшафтные характеристики, которые определяются в процессе морфометрических работ. Однако имеющиеся таблицы М. Ф. Срибного, Н. М. Носова или В. Т. Чоу дают лишь ориентировочные величины коэффициентов шероховатости.

В особо благоприятных условиях протекания воды значения коэффициентов шероховатости для прямолинейных русел с большими глубинами и малыми уклонами достигают n =0.02 и для совершенно ровных пойм с низкой травой n =0.03. В наименее благоприятных условиях значения могут достигать для русел горных рек n =0.1, а для пойм с таёжной растительностью n =0.2. Таким образом, чем меньше коэффициент шероховатости, тем больше может быть скорость протекания потока.

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.

На скорость протекания воды также влияет уклон реки в месте мостового перехода. Для его определения производится геодезическая съемка продольного профиля реки в месте перехода, а именно:

– производится нивелирование по урезу воды и бровкам берегов;

– промер глубин по фарватеру.

На основе ее результатов производится определение уклона свободной поверхности потока.

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, так как меженный уклон может в 5-6 раз отличаться от паводочного.

Для определения расходов, проходящих через живое сечение вдотока, необходимо определить параметры поперечного сечения речной долины в месте предполагаемого местового перехода. Для этого производится геодезическая съемка указанного поперечного сечения (или сечений). Такое поперечное сечение называется морфоствором. 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. При залесенности пойм или наличии кустарника устраивается визирная просека.

Промеры глубин в русле, 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.

Морфоствор необходим для дальнейшего определения и фиксации:

– глубин воды по его ширине

– площадей живого сечения водотока;

– построения эпюры распределения максимального расхода по ширине потока

– коэффициентов шероховатости в разных частях створа

Результаты работы оформляются графически (рис. 4.2).

Рис.4.2. Пример морфометрического створа

В состав морфометрических работ также входят наблюдения за ледовыми явлениями в районе перехода, которые 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.