Наблюдения за уровнем воды.

По конструкции водомерных устройств посты делятся на: 1) простые (реечные, свайные, смешанные); 2) передаточные; 3) самопишущие; 4) дистанционные, регистрирующие уровень непрерывно или в определенное сроки и передающие информацию на значительные расстояния от места измерения.

В настоящее время простые водомерные посты широко распространены из-за несложности устройства и сравнительно невысокой стоимости. Отсчеты уровня воды берутся при посещении поста наблюдателем. Простые водомерные посты в зависимости от оборудования для наблюдений за уровнем воды делятся на реечные, свайные и смешанные (реечно-свайные).

Выбор типа простого поста зависит от размера годовой амплитуды колебания уровня, особенностями строения берега реки, наличие мостов и гидротехнических сооружений и другими местными условиями.

Реечные устройства для измерения уровня воды находят применение на достаточно крутых берегах или располагаются на стенках гидротехнических сооружений. Они состоят из одной или нескольких вертикальных или наклонных реек. Для устройства постов этого типа необходимо, чтобы выбранные участки рек отвечали условиям, обеспечивающим сохранность реек от повреждений волнением, ледоходом, при сплаве леса и др. Реечные посты целесообразно устанавливать на реках, каналах и озерах с небольшими (до 2-4 м) годовыми амплитудами колебания уровня. На реках с большими годовыми амплитудами колебания уровня воды реечные посты применяются лишь в том случае, если рейку можно прикрепить к мостовой опоре или гидротехническому сооружению. Постовые водомерные рейки бывают деревянные, металлические эмалированные и чугунные.

Деревянная рейка изготавливается из прочного сухого бруса шириной 10-14 см, толщиной 2-4 см, длиной 2 м и более.

На лицевой стороне рейки через 2 см нанесены деления масляной краской, и каждый дециметр оцифрован. Деревянные рейки недостаточно прочны, масляная краска с них быстро смывается водой, поэтому на постоянных постах рекомендуется устанавливать металлические эмалированные или чугунные с фарфоровыми вкладышами.

Металлическая эмалированная рейка состоит из отдельных слегка выпуклых стальных пластин длиной 50 см, шириной 12 см. На лицевой стороне рейки цветной эмалью нанесены через 2 см деления и обозначен каждый дециметр. На углах пластин имеются отверстия для крепления рейки при помощи винтов.

Чугунная водомерная рейка состоит из отдельных пластин длиной 40 см, шириной 16 см и толщиной 8 мм. В пластинах имеются гнезда, в которые вставлены фарфоровые вкладыши, образующие шкалу рейки с делениями через 2 см. Чугунные рейки удобны тем, что в случае повреждения вкладыша его можно заменить запасным. В зависимости от амплитуды колебания длина металлических и чугунных реек может состоять из различного числа пластин.

Крепление реек в пункте наблюдений производится различными способами в зависимости от местных условий.

На скальных берегах, у мостов и гидротехнических сооружений водомерная рейка прочно прикрепляется в вертикальном положении к обрыву скального берега, к набережной, устою моста, стенке шлюза, плотине. В сооружениях рейку заделывают заподлицо с поверхностью стенки в специально выбранном пазу. К вертикальной стенке каменного (бетонного) сооружения металлические рейки прикрепляют с помощью луженых болтов с гайками. Болты предварительно заделывают в стенках на цементе.

Болты не следует пригонять слишком туго; до полного отказа завинчивают гайку лишь у нуля рейки. Если металлическая рейка прикрепляется к деревянной стойке, то болты пропускают через стойку. При установке такой рейки на сваях или у деревянных стенок применение гвоздей не рекомендуется.

При отсутствии гидротехнических сооружений и скал, пригодных для крепления рейки, последнюю прикрепляют к сваям. Рейка может быть прикреплена болтами к одной свае или к кусту из трех – пяти свай, соединенных металлическими хомутами.

Одна свая для большей устойчивости может быть укреплена тремя-четырьмя растяжками из каната.

рис.1. Типы постовых реек.

а- деревянная, б-металлическая эмалированная,

в- чугунная.

При умеренной крутизне берегов и малой амплитуде колебания уровня рейку устанавливают в ковше-котловане, который свободно сообщается с рекой и служит успокоителем волн (рисунок 2а). Для предохранения рейки от повреждения ледоходом, бревнами и другими плывущими предметами она должна быть защищена специальным ограждением - ледорезом (рисунок 2б).

Наклонные рейки устанавливают в местах, где имеется искусственное крепление береговых откосов. Эти рейки лучше защищены от ударов льдин и других плывущих предметов, а при больших скоростях течения они более удобны для производства отсчетов уровня, чем вертикальные рейки, где отсчет может искажаться влиянием подпора от набега воды на сваю с рейкой. Наклонные рейки размечаются специалистами ЦГМ.

При использовании нескольких реек желательно, чтобы нулевые деления смежных реек были смещены по высоте на целое число метров.

Свайные устройства для измерения уровня воды наиболее удобны для равнинных рек с пологими берегами и значительной амплитудой колебания уровня. Устанавливаются они в створе водомерного поста перпендикулярно направлению течения реки. Количество свай зависит от амплитуды колебаний уровня воды и угла наклона берегового откоса. При этом головка верхней сваи должна быть расположена на 0,25-0,5 м выше наивысшего наблюденного (рассчитанного) уровня воды в реке, а головка нижней сваи на 0,25-0,5 м ниже наинизшего уровня. Разность высотных отметок соседних свай должна составлять 0,4-0,8 м. Над поверхностью земли головки свай должны возвышаться не более чем на 0,10-0,15 м. При такой высоте свай проплывающие льдины или бревна не могут их повредить и изменить высотное положение. Основное требование к установке свай - неизменность их высотного положения.

Количество свай, необходимых для устройства поста, и их размещение предварительно определяет специалист ЦГМ по плану поперечного профиля берега в выбранном створе. Затем данные проекта переносятся на местность.

Свайные посты обычно оборудуют стандартными винтовыми сваями длиной 220 см и диаметром 8 см.

Нижняя часть сваи (35 см) имеет винтовую нарезку, а верхняя (15 см) представляет собой головку диаметром 10 см. На головке сваи с двух противоположных сторон сделаны плоские срезы для ключа, с помощью которого свая завинчивается в грунт. Головка сваи окрашивается белой масляной краской и на ней черной краской с двух сторон надписывается номер сваи. Сваи поста нумеруются по порядку сверху вниз от ближайшей к реперу сваи, которая получает первый номер. При изменении числа свай они нумеруются заново.

При отсутствии винтовых свай устанавливаются сваи, изготовленные из отрезков металлических труб, балок или из прочных, не подверженных гниению пород дерева. Для свай берут отрезки бревен диаметром 20 – 25 см. Длина назначается в зависимости от характера грунта и глубины его промерзания, но не менее 1,5 м. Нижний конец деревянной сваи затесывается на три или четыре грани. Вся свая обстругивается и, для предохранения от гниения, осмаливается или слегка обугливается. В мягкие и торфяно-илистые грунты сваи забивают ручной бабой (деревянной или металлической) массой 60-80 кг. При забивке деревянной сваи в плотные грунты на заостренный конец надевают стальной башмак. Во избежание раскалывания и размочаливания сваи при забивке в грунт на ее верхний конец надевают стальное кольцо – бугель. Под воду сваи забиваются с помощью подбабка, представляющего собой отрезок бревна, наращенный на сваю боковыми накладками. Верхняя часть подбабка находится над водой и принимает удары бабы; после забивки свай на требуемую глубину подбабок и накладка снимаются.

Чтобы сваи не изменяли своего высотного положения при замерзании или оттаивании грунта, их следует забивать или завинчивать не менее чем на 0,5 м ниже промерзающего слоя. При торфяно-илистых грунтах сваи необходимо углублять не менее чем на 0,5 м в подстилающий плотный грунт. Головки свай должны быть строго горизонтальны. В торец установленной деревянной сваи забивают железный костыль или большой гвоздь с круглой шляпкой.

В каменистые крупнозернистые грунты (щебень, валуны) или в мелкозернистые грунты (ил, глина, суглинок), которые подвержены при замерзании пучению, сваи желательно закапывать, с устройством в нижней части крестовин, на глубину не менее 1,5 м. Выкопанные ямы после установки свай заполняются крупной галькой, щебнем и утрамбовываются. При наличии укрепленных берегов с капитальными ступенчатыми спусками вместо свай могут быть использованы ступени.

На скальном грунте в качестве свай используются металлические штыри, закрепленные цементным раствором в пробуренных в скале отверстиях. При этом номера свай наносятся масляной краской или вырубаются на поверхности скалы рядом со штырем.

Временным сваям или кольям, устанавливаемым наблюдателем поста, до замены их постоянными сваями, присваиваются номера ближайших вышерасположенных свай с добавлением обозначения «вр» (временная) или «к» (кол). Установка вместо свай кольев допускается в отдельных случаях. Колья тоже должны быть достаточно прочно и надежно забиты на глубину не менее 1 метра.

Сразу после установки, если возможно, нужно сделать их нивелировку или ватерпасовку. Если установлен кол, то в справочной таблице в конце водомерной книжки КГ–1М (н) указывается номер ближайшей сваи и расстояние от нее до кола: например, «к. 5+2.5».

На последней странице указывается также дата замены, новые отметки, величина приводки, диаметр сваи (кола) и глубина, на которую она установлена.

Если при установке свай был нарушен растительный покров, для предохранения берега от размыва и разрушения он должен быть тщательно восстановлен. Для производства наблюдений за высотой уровня воды на водомерном посту свайного типа применяются переносная металлическая ГР-104 или деревянная переносная рейка, а также рейки с успокоителем ГР-23. Рейка в момент наблюдений ставится вертикально на головку металлической сваи или шляпку костыля (гвоздя), забитого в деревянную сваю.

Реечно - свайные водомерные устройства используют на участках рек с резкими переломами профиля берега в зоне колебаний уровня воды. Эти устройства состоят из рейки в обрывистой части берега и свай в пологой части, расположенных в едином водомерном створе поста.

Передаточные водомерные устройства подразделяются на мостовые, тросовые и с непрерывной регистрацией уровня при помощи самописцев уровня воды. Мостовые и тросовые посты устраиваются на участках рек с высокими берегами, где доступ к воде затруднен. Наиболее простым водомерным устройством передаточного типа является мостовое. На мосту меткой закрепляется постоянная точка (нуль наблюдений) для отсчета уровня. Высотное положение этой точки определяется нивелированием от ближайшего репера.

Наблюдения за колебаниями уровней заключаются в измерении расстояний от этой точки на мосту до поверхности воды. Измерения производятся стальной рулеткой или размеченным тросом с грузом на нижнем конце. При небольших расстояниях измерения удобно делать размеченной рейкой.

Более сложную конструкцию имеют тросовые передаточные устройства. Часто они используются на горных реках с обрывистыми берегами и отсутствием искусственных сооружений. Основной частью этого вида водомерного устройства является вынос (стрела). Он изготовляется из деревянного бруса прочной породы (дуб, сосна) или стальной трубы и укрепляется на берегу на прочных опорах. Вынос стрелы в сторону реки должен быть таким, чтобы можно было производить измерения при самых низких уровнях.

За основные сроки наблюдений за уровнем на постах приняты 08 и 20 часов по местному времени. Частота измерения уровней увеличивается или уменьшается в зависимости от характера изменения их во времени. Дополнительные наблюдения за уровнем между указанными стандартными сроками производятся:

а) в период половодья;

б) в период дождевых паводков, следующих друг за другом в виде волн разной продолжительности и высоты;

в) в период межени во время одиночных дождевых паводков;

г) в периоды шугохода, ледохода и интенсивного таяния льда.

Учащенные наблюдения производятся преимущественно в четыре срока, т.е. в 02, 08, 14 и 20 ч. На некоторых постах, в основном на малых реках, при отсутствии самописца уровня воды наблюдения в отдельные периоды назначаются через 2 ч (с привлечением дополнительного наблюдателя). На постах, где колебания уровня зависят от режима попусков воды из вышерасположенного водохранилища или от работы ГЭС, сроки наблюдений за уровнем назначаются ЦГМ по результатам анализа хода уровня при разных режимах.

В зимний период основные сроки наблюдений сохраняются, но во время замерзания и вскрытия реки, когда наблюдаются шугоход, ледоход и сопровождающие их явления зажоров и заторов, в дополнение к основным срокам ведутся учащенные наблюдения через равные интервалы. На реках с устойчивым длительным ледоставом при плавном изменении уровня воды наблюдения достаточно вести один раз в сутки – в 08 часов. Если пост расположен в плесе и при пересыхании на перекатах водотока оказывается в зоне со стоячей водой, уровень измеряют каждые один – три дня в 08 ч по указанию ЦГМ.

На некоторых постах, оборудованных самописцами уровня воды суточного действия, контрольные измерения уровня производятся также один раз в сутки в указанный ЦГМ срок (обычно в 20ч). На постах, оборудованных самописцами длительного действия, контрольные измерения уровня производятся один раз в два дня, в неделю, в две недели или в месяц.

Порядок и сроки производства наблюдений указываются наблюдателю в плане работ поста.

Для производства наблюдений наблюдатель приходит на пост заблаговременно (за 10 –15 мин до срока), проверяет сохранность и состояние водомерных устройств с таким расчетом, чтобы высота уровня воды была измерена точно в установленный срок.

Самопишущие водомерные посты непрерывно регистрируют колебания уровней воды. Установка самопишущего поста необходима при значительном суточном ходе уровня, а также при резких колебаниях уровня, вызываемых дождевыми паводками, приливами, сгонно-нагонными ветрами, работой гидротехнических сооружений.

Основной частью самопишущего поста является прибор – самописец для автоматической записи колебаний уровня воды. При большом разнообразии систем самописцев уровня все типы их состоят из двух основных элементов: датчика уровня и записывающего устройства.

Датчик уровня может быть поплавочным, манометрическим и т.д. Первое в настоящее время считается самым распространенным в гидрометрии.

Записывающее устройство производит запись в виде графика хода уровня. У некоторых систем самописцев через определенные промежутки времени на ленте печатаются цифры, соответствующие высоте стояния уровня, или осуществляется перфорация ленты в условном коде.

Масштаб записи подбирается в зависимости от амплитуды колебаний уровня и желаемой степени точности их записи.

Самописцы уровней приводятся в действие пружинными, гиревыми или электрическими часовыми механизмами.

Бумажная лента, где записывается ход уровня, закрепляется на барабане самописца. Барабаны могут быть расположены горизонтально или вертикально и приводятся в движение либо часовым механизмом, придающим барабану вращение в одну сторону, либо колебаниями уровня воды, сообщающими вращение барабану посредством поплавка на тросе, перекинутом через шкив, соединенный с барабаном. В этом случае барабан при подъеме уровня вращается в одну сторону, а при спаде его – в другую.

Записывающее приспособление (каретка с пером) у самописцев с барабаном, вращающимся под действием часового механизма, приводится в движение посредством поплавка, передающего колебания уровня воды, а у самописцев с барабаном, вращающимся от поплавочного устройства, каретка с пером движется в одном направлении вдоль барабана, при этом скорость движения ее регулируется часовым механизмом.

Имеется много типов самописцев уровня. В настоящее время на гидрологической сети наиболее распространены самописцы “Валдай” и ГР-38 (длительного действия).

Для установки водомерного поста оборудованного самописцем, необходимо специальное сооружение, конструкция которого зависит от длительности периода работы поста, особенностей гидрологического режима водного объекта и местных условий.

Дистанционные водомерные посты, автоматически передающие показания высоты уровня на расстояние.

Передача сведений об уровнях может производиться в определенные сроки или непрерывно.

Дистанционные посты имеют большое значение для диспетчерской службы на гидроэлектростанциях, шлюзах, водохранилищах, на оросительных системах, а также в малонаселенных и труднодоступных районах, так как они требуют постоянного обслуживания наблюдателем.

Наблюдения за температурой воды проводят ежедневно в 8 и 20 часов, а на постах, ведущих измерения уровни один раз в сутки, - в 8 часов. Наблюдения начинают с первых весенних оттепелей и прекращают осенью через 3-5 суток после установления устойчивого ледостава. Зимой при оттепелях и временном нарушении ледяного покрова наблюдения возобновляют.

На озерах и водохранилищах измерения температуры воды производят одновременно с измерениями уровня.

Место измерения температуры воды в реках выбирают в створе или вблизи водомерного поста, в прибрежной части с ясно выраженным течением и глубиной не менее 0,3-0,5 м.

Для выбора постоянного места наблюдений проводят обследование участка. Избранное место должно быть свободно от местных искажений температурного режима реки (выходы грунтовых вод, сброс промышленных вод и пр.). На больших реках температура воды в живом сечении неодинакова; для ее определения делают измерения на нескольких вертикалях на различных глубинах.

Для измерения температуры воды на постах применяется водный термометр в оправе.

Наблюдения за температурой воды проводятся на всех гидрологических станциях и постах, на которых ведутся наблюдения за уровнем, и включают:

· Ежедневные измерения температуры воды в постоянном месте (в прибрежной зоне или на стрежне реки);

· Эпизодические параллельные измерения температуры воды в нескольких точках по длине и ширине реки с целью выявления типичности постоянного места измерений.

В настоящее время для измерения температуры воды применяют микроэлектротермометр ГР-51, имеющий диапазон измерения от -0,2 до +1,60⁰С и точность отсчета по шкале 0,01^ОС. Прибор состоит из датчика, укрепленного на конце трехжильного кабеля длиной 12 м, и основного прибора с измерительной частью. Датчик состоит из двух сопротивлений – медной и манганиновой проволок, намотанных бифилярно и заключенных в тонкостенный металлический кожух. Медная проволока используется в качестве термочувствительного элемента, манганиновая проволока имеет приблизительно постоянное сопротивление. Основной прибор состоит из деревянного ящика, на панели которого находятся кнопка включения питания, ручка реохорда с указателем, шкала реохорда, клеммы для подключения кабеля и наушников. На внутренней стороне панели выполнен монтаж измерительной части прибора. Для того, чтобы измерить температуру воды, прибор погружают в воду на заданную глубину и выдерживают в течение 4-5 минут. Затем, вращая ручку реохорда, добиваются исчезновения звука в наушниках и берут отсчет по шкале. Значение температуры получают по тарировочной таблице.

Дата добавления: 2015-09-05