Наблюдения за уровнями.
Уровни воды определяются на водомерных постах. При этом высоту уровней воды измеряют над неподвижной точкой — нулем графика поста. За нуль графика принимается неподвижная горизонтальная плоскость, находящаяся ниже самого низкого уровня воды, обычно это плоскость, проходящая на отметке головки нижней сваи. Нуль графика связывается двойной нивелировкой с двумя надежно установленными на берегу реперами. Для того чтобы отсчеты были всегда положительными, нуль графика поста выбирается таким образом, чтобы он был ниже самого низкого уровня воды.
Существуют различные водомерные посты: свайные, реечные, смешанные, передаточные и автоматические (рис. 6.2.1.1).
6.2.1.1. Определение уровня (глубины) воды: а) мерной рейкой . б) лотом . в) эхолотом
Свайный водомерный пост оборудуется рядом свай — деревянных, металлических или железобетонных. Во избежание выпирания свай при промерзании грунта их следует забивать на глубину не менее 0,5 м и ниже границы промерзания. Расстояние по высоте между головами свай равно 50 — 80 см. Над уровнем поверхности земли свая возвышается на 15 — 30 см. Верхняя и нижняя сваи забиваются на 50 см соответственно выше и ниже самых высоких и самых низких (наблюденных) уровней. Вблизи, на незатапливаемом берегу устанавливают репер. Уровни воды на свайном водомерном посту измеряются переносной рейкой длиной около 1,5 м с делениями через 1 — 2 см. Зимой над сваями вырубают лунки и через них производят измерения.
Реечный водомерный пост устраивают там, где имеется устойчивая вертикальная стенка, к которой можно надежно прикрепить металлическую или деревянную рейку. Подход к рейке для отсчета уровня должен быть удобным.
Смешанные водомерные посты оборудуются так, чтобы высокие уровни регистрировались с помощью реек, а низкие — с помощью свай.
Передаточные водомерные посты устраивают там, где нет свободного доступа к берегу или он крайне затруднен. Передаточные водомерные посты обычно бывают поплавкового типа. Поплавок поднимается или опускается вместе с уровнем воды в реке, на тросе, прикрепленном к поплавку и перекинутом через блоки, имеется указатель, по которому отмечается уровень воды на горизонтальной рейке.
На автоматических водомерных постах устанавливается лимниграф-барабан, обернутый бумагой, на которую нанесена сетка. Барабан вращается часовым механизмом. Перо лимниграфа перемещается с помощью системы тросов в зависимости от колебаний поплавка, находящегося в специально устроенном колодце, сообщающемся с рекой горизонтальной трубой. Все оборудование находится в небольшой будке, сделанной специально для измерительного прибора.
Измерение глубины воды и площади водного сечения.
Периодически на водомерном посту осуществляют измерение глубины водной преграды для уточнения поперечного профиля реки и площади поперечного сечения (живого сечения потока).
В природных условиях глубины вод измеряются гидрометрической штангой (рейкой), футштоком и лотом. Автоматически глубины записываются гидрометрическими профилографами: механическими, гидростатическими и акустическими (эхолотами). Рельеф дна и форма свободной поверхности потока в один и тот же момент фиксируются стереофотограмметрической съёмкой.
Площадь водного сечения (ω, м2) определяется в результате промеров глубины по всему поперечному сечению через определенные интервалы, принимаемые в зависимости от ширины. Промерные вертикали разбивают водное сечение на ряд трапеций, и только береговые участки его могут иметь форму прямоугольного треугольника, если глубина на урезе воды (границе воды у берега реки) равна нулю. Аналитически общая площадь водного сечения получается как сумма частных площадей.
На гидрометрических створках, где измеряют расходы воды, помимо площади водного сечения, определяют площадь живого сечения, которая при наличии течения воды в пределах всего сечения будет равна ему, а при наличии в нем застойной зоны (мертвой) будет меньше площади водного сечения на величину площади мертвого пространства.
Смоченный периметр χ — длина дна реки на профиле, заключенная между урезами воды.
Гидравлический радиус (R) — отношение площади поперечного сечения к смоченному периметру, т.е.
R = ω / χ.
Гидравлический радиус характеризует форму русла в поперечном разрезе, так как зависит от соотношения его ширины и глубины. У мелких и широких рек смоченный периметр почти равен ширине, в этом случае гидравлический радиус почти равен средней глубине.
Средняя глубина (hcp) поперечного сечения реки определяется делением его площади на ширину (В), т.е.
hcp = ω / В.
Ширину и максимальную глубину реки получают путем непосредственных измерений.
Следует учитывать, что все элементы поперечного сечения реки изменяются в зависимости от высоты уровня воды.
