Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Гидрометрические исследования

05.02.2020

Устройство водомерных постов


Водомерные посты при гидротехнических изысканиях устанавливаются на реках и озерах для наблюдений за колебанием горизонтов воды, определения расхода воды, выявления степени затопления высокими водами.

Посте устраиваются на реках и озерах с водосборной площадью не менее 100 км2 и на реках, затапливающих торфяные месторождения.

При выборе места для устройства поста на реке необходимо соблюдать следующие условия:

а) пост должен быть установлен вне влияния подпора реки со стороны плотин, шлюзов, мостов, ледяных и других заторов. Приближенная длина распространения подпора (фиг. 11—9) может быть определена по формуле
Гидрометрические исследования

где: L — расстояние от места подпора до конца его распространения вверх по реке;

H — подпертая глубина реки, м;

I — уклон поверхности воды в реке до подпора;

б) участок реки, на котором устанавливается пост, должен быть прямым на протяжении не менее пятикратной ширины реки, иметь равномерную скорость течения по руслу и не подвергаться размыву или заилению;

в) необходимо, чтобы место для поста было доступным для наблюдений во всякое время года;

г) место устройства поста должно быть по возможности защищено от ветров и разрушительного действия ледоходов.

На озерах водомерные посты устанавливаются в местах, наименее подверженных действию ветров. Водомерную рейку следует устанавливать в специальном колодце, сообщающемся канавой с озером (фиг. 11—10).

Типы водомерных постов


Наиболее распространенными водомерными постами являются реечные и свайные посты.

Реечный пост состоит из рейки, установленной строго вертикально и наглухо прикрепленной к какому-либо сооружению на реке (устою моста, ледорезу), не изменяющемуся в высотном отношении. Для предохранения реек от возможных ударов различными плывущими предметами их рекомендуется устанавливать с низовой стороны сооружений.

При отсутствии сооружений рейка прикрепляется к специальной свае диаметром не менее 20 см, забиваемой в дно реки на глубину не менее 1,5 м, а в торфяных грунтах на всю его глубину и не менее, чем 0,5 м в подстилающем минеральном грунте.

После забивки сваи головку ее скашивают в сторону, противоположную рейке (фиг. 11—11), и закрашивают масляной краской для предохранения от гниения.

Надводная часть сваи должна возвышаться над самым высоким горизонтом воды не менее чем на 0,5 м. Подводную часть сваи желательно обтесать, придав ей эллиптическое сечение. На широкой стороне сваи, обращенной к берегу, выбирается паз, в который и заделывается рейка заподлицо со сваей.

Нижний конец рейки, от которого идет счет делений, называемый нулем рейки (нулем поста), устанавливается на 0,5—1,0 м ниже самой низкой отметки горизонта воды.

Применяются обычно рейки деревянные, окрашенные масляной краской, типа нивелирных. Длина их должна быть не менее разницы самого высокого и самого низкого горизонтов воды. После установки уровень рейки нивелируется и привязывается к реперам опорной съемочной сети.

Реечный пост устраивается при небольших колебаниях горизонтов воды и в тех случаях, когда ему не угрожает опасность уничтожения.

Свайные посты, в отличие от реечных, не имеют постоянных реек, и уровень воды измеряется переносной рейкой, устанавливаемой для измерения на сваях, забиваемых в грунт по створному сечению реки.

Количество свай по створу и расстояние между ними определяются из условия обеспечения разности отметок головок соседних между собой свай не более 0,5—0,6 м. На пологих склонах реки допускается меньшая разность из соображений сокращения расстояния между сваями. Максимально допустимое расстояние между сваями принимается равным 5 м. Крайние сваи забиваются с таким расчетом, чтобы отметка головки нижней сваи была на 0,20—0,50 м ниже наинизшего горизонта воды в реке, а самой верхней сваи на 0,20—0,50 м выше наивысшего горизонта воды в реке (фиг. 11—12).

Нумерация свай назначается сверху вниз по порядку. Обычно для устройства постов применяются дубовые или сосновые сваи диаметром 20—30 см.

При плотных грунтах на нижний конец сваи одевается металлический башмак, а на верхний — металлический бугель.

После забивки головки свай спиливаются горизонтально на высоте 5—20 см от земли для предохранения от повреждений при ледоходе и от других плавающих предметов. В середине спиленного торца вколачивается большой корабельный гвоздь с широкой шляпкой, на который затем и ставится переносная рейка.

Переносная водомерная рейка изготовляется из доски шириной 7—8 см, толщиной 2,5 см и длиной 1,5 м (фиг. 11—13). Широкие грани рейки скашиваются с приданием ей ромбического или эллиптического сечения для уменьшения сопротивления воды при замере. На нижний конец рейки одевается металлический башмак или укрепляется металлическая пластинка. Это создает удобство при установке рейки на шляпку гвоздя, вбитого в сваю, так как по стуку башмака легко убедиться в том, что рейка поставлена правильно. Для более легкого отыскания свай рекомендуется прикреплять к ним поплавки.

Все головки свай нивелируются и привязываются к реперам опорной съемочной сети. Для периодической проверки отметок головок свай устанавливается репер у поста на берегу реки, в полосе, не затапливаемой самыми высокими водами.

Составление технического списка водомерного поста


При открытии каждого водомерного поста составляется так называемый «Технический список водомерного поста». Форма этого списка приводится в приложении. При заполнении списка важно, чтобы были даны ответы на все поставленные в нем вопросы. Особенно внимательно должны быть описаны реперы, сваи и рейки и даны их отметки абсолютные или условные. За нуль графика берется или отметка нуля поста или несколько меньшая отметка. Эта отметка остается постоянной во все время существования поста.

Производство наблюдений за колебанием горизонтов воды


Колебание горизонтов воды в реке или озере определяется путем ежедневных замеров уровней воды. На реечном посту уровень воды определяется над нулем рейки путем непосредственного отсчета. На свайном посту уровень определяется по показаниям переносной рейки над ближайшей к урезу воды затопленной сваей. Отсчеты уровней производятся в сантиметрах. При волнении воды берется средний отсчет по рейке между наибольшим и наименьшим его значением.

Наблюдения на водомерном посту могут быть: а) односрочные, т. е. один раз в сутки, обычно в 8 часов утра; б) двухсрочные — два раза в сутки, в 8 и 20 часов; в) трехсрочные — три раза в сутки, в 8, 14 и 20 часов.

Замеры уровней записываются ежедневно в «Ведомость наблюдений за уровнем воды». Ведомость ведется в двух экземплярах, из которых один остается у наблюдателя, а другой пересылается организации, в ведении которой находится водомерный пост. Одновременно с записью наблюдений за уровнем воды записывается общее состояние погоды.

На водомерном посту, кроме ежедневных замеров уровней воды, производятся ежедекадные наблюдения (1,11 и 21 числа каждого месяца) над водной растительностью, температурой воды и воздуха, а в зимнее время и над образованием льда (измерение толщины льда).

Измерение толщины льда производится в лунках специальной рейкой, длиной 1,5—2,0 м. Лунки могут быть временными или постоянными. В первом случае толщину льда желательно измерять в двух лунках — у берега и ближе к середине. Для измерения применяется рейка Г-образной формы с боковым выступом внизу (фиг. 11—14). Нуль рейки совладает с верхней гранью выступа. Во втором случае, вследствие намерзания льда в лунке, рейка имеет снизу длинный подкос (фиг. 11—15). Нуль рейки в этом случае находится на одном уровне с верхней точкой закругления конца подкоса. Для удобства работы по измерениям желательно заподлицо с верхней поверхностью льда закрепить (приморозить) две дощечки по обеим противоположным сторонам лунки.

В случае повреждения сваи или рейки отсчет производится по соседним ближайшим сваям или рейке на том же посту. Если этого сделать нельзя, то забивают прочные временные колья.

В случае значительных повреждений, грозящих прекращением наблюдений, немедленно сообщается в учреждение, ведающее постом. Описание всех возникших повреждений вносится в ведомости наблюдений и в технический список водомерного поста.

Способы измерения расходов воды


Определение расходов воды может быть произведено: 1), гидрометрическими вертушками, 2) поплавками и 3) посредством водосливов.

В первых двух случаях измеряются скорости течения воды, производится замер уровней и промер глубины воды. По результатам этих замеров затем вычисляется расход воды.

Промер глубин реки производится по следующей шкале:

Отсчеты при измерении глубин производятся с точностью до 1 см.

Замер горизонтов воды и промер глубин производятся до измерения и после измерения скоростей. Оба промера производятся в одних и тех же точках, расположение которых определяется от репера, по перекинутому через реку размеченному тросу.

Для обеспечения определения расходов воды с погрешностью не большей ±4% Гидрологический институт рекомендует применять, в зависимости от измеряемых расходов, следующие способы (табл. 11—1).

Измерение скоростей вертушкой

Гидрометрические вертушки и уход за ними. Для измерения скоростей течения воды применяются вертушки разных систем и типов в зависимости от скорости течения, характера русла и потока воды.

Так, при большой скорости воды можно работать и с менее чувствительной вертушкой, но более тяжелой и прочной. Для мелких потоков выбирается вертушка с малым диаметром крыльев. Если поток глубокий, то употребляют вертушки на тросе, на мелких — на штанге.

Во избежание засорения лучше применять вертушки с закрытыми контактными камерами. Для потоков с неровным дном желательно иметь вертушки с предохранительным ободком вокруг лопастей.

Наиболее распространенной является вертушка системы Жестовского с горизонтальной осью вращения. Изготовляется вертушка в двух моделях: малая (Ж-4) — для работы со штанги и большая (Ж-3) — универсальная. Внутреннее устройство вертушки Ж-3 показано на фиг. 11—16.

Корпус вертушки 1 цилиндрической формы, имеет в задней части утолщение с вертикальным отверстием 2 и зажимными винтами 3 для закрепления вертушки на штанге или вертлюге. К задней части корпуса посредством винта 4 прикрепляется хвост 5 в виде вертикально поставленной плоскости. Сверху на цилиндрической части корпуса имеются два зажима для присоединения проводов. Один из зажимов 6 изолирован от корпуса вертушки эбонитовой втулкой 7 и заканчивается штепсельным гнездом 8, также изолированным от корпуса втулкой 9.

Лопастный винт параболического очертания изготовляется из легкого металла. В его полости помещается камера контактного механизма.

Контактное приспособление имеет неподвижно укрепленную в корпусе вертушки ось 10, внутри которой на другой оси насажено зубчатое колесико 11 с двадцатью зубцами и эбонитовое колесико 12 с контактным штифтом 13. К эбонитовому колесику прикасается контактная пружинка в виде тонкой серебряной проволоки; последняя соединена с изолированным медным стержнем 14, который проходит вдоль высверленного внутри оси 10 канала и. заканчивается штепсельной вилкой 16, также изолированной от оси эбонитовой втулкой 9. Штепсельная вилка 16 входит в штепсельное гнездо 8. Таким образом, электрический ток от зажима 6 идет в штепсельное гнездо внутри корпуса вертушки и, через штепсельную вилку на конце неподвижной оси внутри нее, по медному стержню проходит к серебряной пластинке контактной пружины. Замыкание тока происходит в момент соприкосновения пружины с контактным штифтом через каждые 20 оборотов лопасти вертушки.

На переднюю часть неподвижной оси 10 надеты два шарико-подшипника 17, разделенные распорной внутренней 18 и наружной 19 втулками и закрепленные гайкой 20. Ось с надетыми на нее шарикоподшипниками и втулками с легким трением входит во внутреннюю полость 21 расширенной передней части червячной втулки 22. В собранном виде червячная втулка с осью вставляется в полость лопастного винта, куда предварительно заливается масло, и закрепляется в ней соединительной муфтой 23.

Неподвижная ось 10 с насаженными на нее червячной втулкой 24 и лопастным винтом вставляется во внутреннюю полость корпуса вертушки и закрепляется в ней винтом 25.

Таким образом, под влиянием течения воды лопасти вертушки вращаются вместе с червячной втулкой 24, и движение передается с помощью внутренней червячной нарезки 26 зубчатому колесу 11 неподвижной оси, а вместе с ним и эбонитовому колесу 12 со штифтом, который через 20 оборотов лопастей вертушки прикасается к контактной пружине.

Из вертушек с вертикальной осью вращения следует отметить вертушку ИВХ (Институт водного хозяйства) и вертушку «Малютка»; разработанную Гидрологическим институтом. Малые размеры последней вертушки позволяют измерять скорости течения от 0,03 MjceK при глубине потока от 0,04 м.

До начала работы с вертушкой необходимо ознакомиться с ее конструкцией по руководству или каталогу, убедиться в ее исправном состоянии. Последнее достигается проверкой легкости вращения лопастей и наличия отчетливого сигнала.

Производить разборку вертушки разрешается только в том случае, если она работает неудовлетворительно. При этом ни в коем случае не следует отвинчивать подпятники, подшипники, тарировочные винты, так как их перемещение меняет тарировочные коэффициенты.

Перед началом работ вертушка должна быть протарирована. По полученным при этом данным составляется тарировочная кривая, показывающая зависимость между скоростью потока и числом оборотов вертушки.

После работы с вертушкой ее необходимо тщательно промыть, протереть и просушить, затем она слегка смазывается.

Назначение промерных вертикалей. По окончании промера глубин воды вычерчивается профиль живого сечения реки и на нем назначаются промерные скоростные вертикали.

В тех случаях, когда профиль живого сечения реки имеет симметричное и пологое очертание, скоростные вертикали назначаются через равные промежутки. Если этого нет, то вертикали назначаются в местах резких переломов дна. Расстояние между вертикалями принимается не больше тройной средней глубины потока (при средних горизонтах). Крайние вертикали рекомендуется назначать ближе к берегам, насколько это позволяет работа вертушкой. Общее количество вертикалей определяется шириной реки и принимается:

Измерение скорости. При измерении скоростей вертушку устанавливают поочередно на всех вертикалях, начиная от правого или левого берега.

На каждой вертикали вертушка устанавливается, в зависимости от точности работ, в 1—5 точках. Измерения скоростей начинают от поверхностной или донной точки, последовательно опускаясь ниже ко дну или, наоборот, поднимаясь от дна. Глубина погружения вертушки всегда записывается от поверхности воды.

Различают пятиточечный, трехточечный, двухточечный и одноточечный способ измерения скоростей вертушкой.

При пяти т очечном способе вертушка устанавливается: у поверхности (лопасти покрыты водой) на 0,2 Н, 0,6 Н и 0,8 Н от поверхности и у дна — насколько позволяет конструкция вертушки (Н — глубина воды на вертикали).

При трехточечном способе берутся точки измерения: 0,2 Н, 0,6 Н и 0,8 Н от поверхности.

При небольших глубинах реки точки измерения у поверхности и у дна сливаются с точками на глубине 0,2 Н и 0,8 Н, поэтому пятиточечные измерения в этом случае отпадают.

При двухточечном способе измерения скорости определяются в точках, расположенных на глубинах 0,2 Н и 0,8 Н от поверхности, а при одноточечном способе только в одной точке на глубине 0,6 Н от поверхности или только на поверхности.

Продолжительность наблюдения выбирается с таким расчетом, чтобы число оборотов лопастей вертушки было не более 500 и не менее 100, причем продолжительность наблюдения берется не менее:

При слабом течении реки, менее чем 0,2 м/сек, измерения ведутся по времени, а не по числу минимальных оборотов вертушки.

В процессе работы число оборотов вертушки контролируется звонками, а время — секундомером.

Для контроля правильности работы вертушки отсчеты по секундомеру производятся через каждые 20—50 оборотов, а в случае неправильности ее работы (расхождения более 5%) наблюдения повторяются. Записи по измерениям ведутся в особом журнале наблюдений.

Журнал наблюдений заполняется непосредственно в поле.

Измерение скоростей поплавками


Измерение скоростей поплавками производится в случаях:

а) отсутствия гидрометрических вертушек; б) невозможности замеров скоростей вертушками, например, в высокую воду на реках, несущих разные предметы и лед, или в потоках со слабыми скоростями, не действующими на вертушку; в) в потоках штанга с заросшими травой руслами или с быстрым спадом или подъемом уровней, когда требуется быстрота замеров и г) в случачаях, не требующих большой точности определения расходов.

Поплавки бывают нескольких типов. Наиболее распространенные из них: поверхностные поплавки и поплавки интеграторы.

Поверхностные поплавки изготовляются в виде кружков высотой 3—7 см из бревен диаметром 15—25 см. Вместо деревянных кружков поплавками могут служить бутылки, частично заполненные водой и закупоренные пробкой. Поверхностными поплавками скорости измеряются в безветренную погоду.

Поплавки-интеграторы служат для измерения средней скорости по всей вертикали. В качестве таких поплавков применяют деревянные шарики или пробки, утяжеленные вбитыми в них гвоздями. Они должны иметь удельный вес немного меньше воды. Поплавок погружается на дно при помощи штанги с укрепленными на ней кольцами. Через кольца пропускается шнур, к нижнему концу которого ниткой привязывается шарик. При дергании за верхний конец шнура нитка обрывается и шарик всплывает (фиг. 11—17).

Измерив по горизонтальному направлению величину сноса а между точкой пускания и точкой всплытия поплавка, время, в течение которого этот снос произошел, определяют среднюю скорость по вертикали простым делением этих величин:

Для определения горизонтального расстояния сноса поплавка может служить размеченная на десятые доли метра, распущенная но течению бичева или шест с делениями, прикрепленные к свае.

Для повышения точности работ поплавок тарируется путем определения скорости всплывания его в стоячей воде, например, в пруде или озере. По полученной скорости определяется тарировочный коэффициент для разных глубин с интервалами их через 0,1 м по формуле

где: Vст — скооость всплывания поплавка в стоячей воде м/сек;

H — глубина вертикали м.

Средняя скорость по вертикали определяется по формуле

где: С — тарировочный коэффициент, соответствующий глубине вертикали; а — величина сноса поплавка, м.

При измерении скоростей течения поверхностными поплавками выбирают на реке прямолинейный участок, на котором намечают и закрепляют вехами три створа перпендикулярно течению, на равном расстоянии друг от друга. Расстояние между крайними створами (верховым и низовым) принимается в две-три ширины реки, но не менее 20 м и не более 80 м. Средний, главный створ располагается по середине между крайними створами. Русло реки должно быть по возможности ровное, без подмывов и отмелей, свободное от крупных камней, коряг, хвороста и водорослей.

На реках с медленным течением створы намечаются в узких местах, а на реках с быстрым течением, наоборот, на участках широких и мелких.

Кроме указанных, намечается еще так называемый пусковой створ, который располагается выше верхового от 5 до 20 м в зависимости от скорости течения.

Главный створ закрепляется репером, который привязывается к основной съемочной сети. По главному створу перед началом и после окончания работ производится измерение живого сечения потока с указанием расстояний промерных вертикалей от репера.

Измерение скоростей производится путем забрасывания на пусковом створе пронумерованных поплавков с некоторыми интервалами между ними. Поплавки забрасываются с таким расчетом, чтобы они распределились равномерно по руслу реки. Количество забрасываемых поплавков должно быть не менее 10. Чем их будет больше, тем точнее будет результат измерений. Затем по секундомеру отмечается время прохождения каждого поплавка через все три створа. По этим данным определяется время прохождения каждого поплавка между крайними створами.

Результаты наблюдений за поплавками заносятся в журнал.

В журнал записываются: результаты промеров живого сечения, номера поплавков, продолжительность их хода и место прохождения через створы, время начала и конца наблюдений, начальная и конечная отметка горизонта воды, а также все данные, касающиеся времени и места определения расхода (дата, название реки, место измерения, номер и отметка репера).

Другой, применяемый для ориентировочных замеров, более простой, но менее точный способ определения расхода поплавками заключается в замере только максимальной поверхностной скорости. Для этого несколько поплавков забрасывают только в место наибольшей скорости реки и по секундомеру отмечают время их прохождения между крайними створами. Из всех поплавков выбирают два с наибольшей скоростью. Если расхождение между скоростями этих поплавков не превышает 10% их полусуммы, то эта полусумма и принимается за максимальную поверхностную скорость. При расхождении более 10% пускают дополнительные поплавки.

Измерение расхода воды водосливами


Этот способ применяется при малых скоростях течения (до 0,3 м/сек) и в малых потоках в случае невозможности применения вертушки.

Водослив представляет собою отверстие определенной формы, через которое пропускается поток. В зависимости от формы отверстия различаются водосливы: прямоугольный, трапецоидальный и треугольный (фиг. 11—18).

Откос боковых стенок водослива трапецоидальной формы принимается равным 1/4, угол вершины треугольного водослива чаще принимается в 90°.

Водосливы могут быть постоянными или временными.

Постоянный водослив в потоке устраивается в виде ящика или лотка, через который проходит вся вода в канале, причем сам водослив имеет отверстие той или иной формы.

Временный водослив может быть устроен в виде переносного металлического или деревянного щита с водосливным отверстием, который вдавливается поперек русла, перпендикулярно течению (фиг. 11—18).

Водосливы прямоугольного и трапецеидального профилей могут быть с боковым сжатием, у которых ширина выреза в запруде в (фиг. 11 —19) меньше ширины потока В, и без бокового сжатия, у которых ширина выреза в равна ширине потока.


Водослив первого типа легко превратить в водослив второго типа, если установить направляющие стенки от боковых граней в русло потока.

Измерение с помощью водослива без бокового сжатия дает более надежные результаты. Треугольный водослив работает всегда с боковым сжатием.

Для получения точных результатов по измерениям водосливами необходимо соблюдение следующих условий, (фиг. 11—19): а) дорог водосливного отверстия должен иметь острый гребень и быть строго горизонтальным; б) высота над порогом h должна быть не менее 0,10 м и не более 0,60 м; в) ширина сливной части порога в — от 0,5 до 2,0 м; г) высота порога а — 0,25—0,75 м; д) уровень воды H должен измеряться не у самого порога, а выше его по течению на 2—5 м, где устанавливается рейка в строго вертикальном положении; е) воздушное пространство А под струей должно быть соединено с окружающим воздухом при помощи отверстий в боковых стенках отводящего канала или путем закладывания трубок; ж) уровень воды нижнего бьефа должен быть ниже гребня порога.

Для точности измерения расходов важное значение имеет правильность измерения h. Для этого требуется особенно аккуратное измерение уровня H выше водослива. Рейка, служащая для измерения высоты стояния уровня воды, устанавливается по нивелиру. Нивелировкой же определяется и порог водослива. Высота h определяется как разность отметок уровня воды и порога.

Производство мгновенного и однодневного замера горизонтов воды


Значительные колебания во времени горизонта воды в водоприемниках и водоисточниках и разновременная нивелировка их, имеющая место на практике, не дают истинного представления о соотношении уровней воды в различных точках водной поверхности. Однако для целей проектирования иногда бывает необходимо знать высоту уровней в различных пунктах водоприемников и водоисточников в одно и то же время. Для получения этого производят замер мгновенного уровня.

На всех, намеченных к замеру уровней, точках предварительно забиваются колья с некоторым возвышением их верхушек над уровнем воды. Верхняя торцевая часть кола ровно срезается. Такие колья забиваются на всех водоприемниках и водоисточниках: реках, ручьях, озерах, прудах и других водоемах. На речках и ручьях колья забиваются на расстоянии не более 2—3 км друг от друга, приурочивая забивку их к характерным местам профиля — в точках перелома уклона, устьях всех притоков, точках у сооружений, на верхних и нижних бьефах перепадов, быстротоков, а также в начале и в конце места исследования.

К моменту замера во всех пунктах должны находиться наблюдатели, снабженные сверенными часами. В точно назначенное для замера время на всех постах производится добивка кольев вровень с горизонтом воды. После окончательной забивки все колья нивелируются. В целях более быстрой нивелировки, около них располагаются заранее занивелированные опорные точки, к которым они и привязываются.

Вследствие сравнительно небольших колебаний уровней воды в водоприемниках обычно при гидротехнических изысканиях для проектирования торфопредприятий достаточно определить не мгновенный, а однодневный уровень.

Для этого все подлежащие замеру реки, озера и другие водоисточники разбиваются на отдельные участки. К каждому из участков прикрепляется наблюдатель, который в течение дня обходит его и забивает на нем колья вровень с горизонтом воды. Протяженность каждого участка принимается 10—20 км с таким расчетом, чтобы наблюдатель смог в течение дня пройти его и забить в нужных точках колья. После забивки все колья нивелируются.

Нивелировку кольев проводят в наиболее короткий срок. Для облегчения нахождения промерных кольев рядом с каждым из них забивается второй кол, возвышающийся над уровнем воды на 0,5—0,8 м, с затеской и надписью номера кола, пикета и даты забивки.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: