Зміст
Введення
1. Фази водного режиму
2. Промерочние роботи на річках
2.1 Прилади для вимірювання глибин2.2 Способи виконання промірних робіт
Список літератури
Введення
Водні ресурси важливий соцекономіческій фактор розвитку нашого суспільства, з зростанням населення, виробництва зростає і водоспоживання (за прогнозами до 1-ї пол 21 сторіччя обсяг водоспоживання може перевищити щорічно поновлювані водні ресурси.Гідрологія вивчає властивості гідросфери, процеси походження у водних об'єктах гідросфери. Взаємодія гідросфери з оточуючими сферами атмосфери та літосфери. Гідрологія ділиться на гідрологію суші та моря. Гідрологія суші ділиться по об'єктах дослідження: 1) вчення про річки, 2) Озерознавство, 3) болотоведеніе, 4) вчення про льодовики, 5) підземні води. За тенденціям і методам дослідження ділиться на наукові дисципліни: 1) загальна гідрологія, 2) гідрометрія (прилади для вим. Та набл) систематичне вивчення гідрологічного режиму водних об'єктів, 3) гідрологічні та водогосподарські розрахунки, 4) гідрографія опис конкретних водних об'єктів, 5) гідрологічні прогнози. Методи - 1) стаціонарний, 2) експедиційний, 3) експериментальний - детальне вивчення гідрологічних процесів в лабораторії або а природних умовах, 4) теоретичний.
1. Фази режиму річок. Типи живлення. Класифікація річок за всерединірічного розподілу стоку
Залежно від умов живлення в режимі річок розрізняють такі фази: повінь, паводки та межень. Повінь характеризується тривалим підвищенням стоку, що повторюється щорічно в один і той же сезон.
Для більшості рівнинних річок характерна весняна повінь, що викликається сніготаненням; для гірських річок - викликається таненням снігу і льодовиків (літня повінь). На Далекому Сході причиною тривалого річного повені є затяжні мусонні дощі.
1 - глибоке підземне живлення, 2 - верхове підземне живлення, 3 - снігове повінь. 4 - віддача заплави, 5 - дощові паводки, 6 - втрати стоку води на утворення льоду
Малюнок 1.1 - Схема розчленування гідрографа за джерелами живлення.
Паводки представляють собою різке короткочасне підвищення стоку, викликане зливовими дощами або відлигами зимою. Чи не приурочені до певного періоду паводки повторюються в деякі роки по кілька разів.
Межень - тривалий низький стік, обумовлений переходом річки майже виключно на підземне живлення. На річках СРСР розрізняють літню і зимову межень.
Типовий хід зміни стоку протягом року - гідрограф - на річках європейської частини зображений на рис. 1.1.
Щоб визначити частку того чи іншого виду харчування, гідрограф розчленовують за джерелами живлення. На рис. 1.1 показаний приклад розчленування гідрографа р. Волги методом Б.В. Полякова. Горизонтальна пряма, що розділяє глибоководне і верхове підземне живлення, проведена на висоті найменшого витрати води перед настанням повені. З початком повені підземне живлення убуває і повністю припиняється, коли витрата води досягає найбільшого значення. На гідрограф показані літньо-осінні паводки і втрати стоку на утворення льоду.
Класифікація річок. Кожна річка неповторна. Однак ріки мають загальні риси, що залежать від кліматичних умов, видів харчування і водного режиму, і це дозволяє об'єднати їх у більш-менш однорідні групи. Так, Б.Д. Зайков всі ріки ділить на три групи: 1) з весняною повінню, 2) з повінню в теплу частину року й 3) з паводковий режимом. Річки першої групи він ділить ще на п'ять типів: казахстанський (1), східноєвропейський (2), западносибирский (3), східносибірських (4), алтайський (5). Типові гідрографи показані на рис. 1.2.
Казахстанський - характеризується дуже високою хвилею весняного водопілля та низьким (до повного пересихання) стоком п іншу частину року. Сток дають майже виключно зимові опади, швидке танення яких викликає високу, але нетривале повінь (рис. 1.2 а).
Східноєвропейський - характеризується високим весняною повінню, річної меженью, що переривається епізодично зливами, низькою зимової меженью і підвищеним осіннім стоком. Деякі річки цього типу мають два максимуми: перший (головний) - навесні і другий - восени (рис. 1.2 б).
Западносибирский - має невелике, розтягнуте повінь, підвищений літньо-осінній стік і низьку зимову межень. Наявність в басейнах річок цього типу боліт, озер, великих заливаються заплав робить регулюючий вплив на стік (рис. 1.2 в)
Східносибірських - характеризується високим весняною повінню, систематичними літньо-осінніми паводками і дуже низьким зимовим стоком. Цей тип річок пов'язаний з рясними дощами влітку та восени і виключно мізерним підземним харчуванням (рис. 1.2 р.) в умовах багаторічної мерзлоти.
Алтайський - відрізняється невисоким, розтягнутим, гребінчастим весняною повінню, підвищеним літньо-осінніх і низьким зимовим стоком. Характер повені річок цього типу пояснюється особливостями танення снігу в горах: різночасових сніготаненням на різних висотах. На снігове повінь накладаються дощові паводки. Стійкий зимовий сток обумовлений рясним підземним харчуванням (рис. 1.2 д).
Річки другої групи діляться на два типи.
Далекосхідний - має невисоку, розтягнуте, гребінчастого виду повінь в літньо-осінній період, викликане зливовими опадами, і низький стік в холодне півріччя. Зимових опадів тут випадає мало; підземне живлення обмежено внаслідок поширення багаторічної мерзлоти (рис. 1.2 е).
Рисунок 1.2 - Основні типи всерединірічного розподілу стоку річок
Тяньши якийсь - поширений в горах Середньої Азії, Великого Кавказу і Камчатки, відрізняється високим зимовим стоком. Характеризується літньо-осінньою повінню, викликаним таненням високогірних снігів і льодовиків (рис. 1.2 ж).
Річки третьої групи в залежності від характеру розподілу паводків протягом року діляться на три типи.
Причорноморський - характеризується паводковий режимом протягом усього року. Основне джерело живлення - дощі. Частково живлення відбувається за рахунок снігу, який випадає в горах і зазвичай швидко тане (рис. 1.2 з).
Кримський - відрізняється від попереднього низьким стоком літнього сезону (рис. 1.2 і).
Північнокавказький - поширений у східній частині північного схилу Великого Кавказу, характеризується паводками в теплу пору і стійкою меженью в холодне (підземне живлення незначне) (рис. 1.2 к).
2. Промерочние роботи на річках
2.1 Прилади для вимірювання глибин
Відстань по вертикалі від вільної поверхні води до дна річки (каналу, озера, водосховища тощо) називається глибиною. Вимірювання глибини (промірні роботи) - дуже важливий вид гідрометричних робіт. Вони необхідні для вивчення рельєфу дна водних об'єктів для потреб судноплавства та лісосплаву, при проектуванні, будівництві та експлуатації гідротехнічних споруд; при вимірюванні витрат води і наносів; при визначенні обсягів води, що міститься в озерах і водосховищах.
Для вимірювання глибини застосовуються різні прилади та пристрої. Розглянемо основні з них.
Гідрометричні штанги. При вимірюванні невеликих глибин (до 6 м) застосовують гідрометричних штангу (намітку), яка являє собою дерев'яний шест довжиною до 7 м і діаметром 4-5 см. Нижня частина намітки закінчується залізним черевиком масою 0,5-1 кг, який оберігає її від пошкодження при ударах об дно. При мулистих грунтах на черевику зміцнюється піддон у вигляді диска діаметром 15-30 см. Позначка розмічається 10-сантиметровими поділками, які поперемінно фарбуються білою і червоною масляною фарбою. Нульове розподіл має збігатися з нижньою поверхнею башмака або піддона. У момент вимірювання намітка повинна займати вертикальне положення. Відлік глибини роблять з похибкою 2-5 см.
Малюнок 2.1 - Вантаж гідрометричних стандартний.
При вимірах малих глибин нерідко використовують також водомірні і нівелірні рейки, штанги від гідрометричних вертушок.
Лоти. Вимірювання глибин більше 6 м виконують з допомогою ручних або механічних лотів.
Ручний лот являє собою металевий вантаж масою 3-6 кг конічної і пірамідальної форми, підвішений на пеньковий або капроновому шнурі або ж на м'якому тросі (лотліне). Лотлінь розмічають марками на метри і дециметри.
При вимірі глибин лот закидають проти течії води, а відлік беруть в той момент, коли лотлінь в натягнутому стані займе вертикальне положення.
Ручні лоти застосовують при невеликих швидкостях течії (до 1 м / с). Внаслідок прогину лотліня і віднесення лота течією, похибка вимірювання глибини лотом становить 5-10 см.
При вимірі глибин річкових потоків з великими швидкостями течії застосовують лоти механічні, в яких вантаж опускається і піднімається за допомогою лебідки.
Стандартні гідрометричні вантажі мають обтічну (рибовідную) форму (рис. 2.1) та масу від 5 до 100 кг. До тросу вони кріпляться за допомогою вертлюга, що забезпечує вільне обертання вантажу в горизонтальній площині і установку його у напрямку течії. Вантажі опускають у воду і піднімають за допомогою гідрометричних лебідок типу «Нева» (рис. 2.2), «Луга» та інших. Довжина витравленого троса реєструється лічильником. Момент дотику вантажу з дном встановлюють по зменшенню натягу лотліня або за сигналом від донного електроконтакти, розташованого під вантажем.
Малюнок 2.2 - гідрометрична лебідка «Нева»
Малюнок 2.3 - Схема до визначення поправок на относ лина течією (а) і кутомір (б)
Внаслідок віднесення лота перебігом і відхилення з цієї причини лотліня від вертикального положення виміряна глибина перевищує фактичну (рис. 2.3). У зв'язку з цим у виміряні з допомогою лота глибини потрібно вносити поправки. Теоретичне обгрунтування поправок Δl до довжини підводної частини троса l дні Д.Я. Ратковічем
При роботах механічним лотом із судна (човни, катери) вантаж після вимірювання глибини лише трохи піднімають над дном і переміщують під водою в іншу точку вимірювання. Це прискорює виконання промірних робіт.
1 - вібратор-випромінювач; 2 - забортної пристрій, 3 - вібратор-приймач
Рис. 2.14. Схема вимірювання глибин ехолотом
Ехолоти. При проведенні промірних робіт з рухомого судна широке застосування отримали ехолоти - прилади, що автоматично вимірюють і реєструють глибини.
Дія ехолота засноване на принципі виміру часу проходження ультразвукової хвилі від вібратора-випромінювача 1 (рис. 2.4) до дна і відбитої хвилі назад до вібратора-приймача 3. З рис. 2.4 випливає, що
h - a =
де b - половина відстані між випромінювачем і приймачем звуку; l - шлях, прохідний звуковою хвилею від випромінювача до дна або від дна до приймача звуку; а - глибина занурення під воду випромінювача і приймача звуку;
t = ct / 2
де с - швидкість поширення звуку у воді (у середньому для прісної води-1462 м / с); t - час проходження звуком дорозі 2 l.
Підставляючи вираз в рівняння, отримуємо
h =
Таким чином, при відомих значеннях а, b і с для визначення глибини h досить виміряти час t.
У нашій країні серійно виробляються промисловістю і застосовуються при гідрометричних роботах річкові ехолоти типу ІРЕЛ, «Кубань», «Молога» та інші. Розглянемо найбільш простий з них, ІРЕЛ. Він складається з: центрального приладу для управління посилки і прийомом ультразвукових імпульсів і автоматичного запису глибин; блоку живлення для забезпечення електроенергією двигуна, підсилювача та інших електричних ланцюгів приладу; забортного пристрої для занурення у воду обтічника з вібратором-випромінювачем і вібратором-приймачем, а також допоміжного приладдя (запасних частин, монтажних пристроїв, інструментів).
Забортної пристрій кріпиться до борту судна і за допомогою кабелю підключається до центрального приладу. Для визначення глибини занурення вібраторів на штанзі забортного пристрої нанесені поділки через 1 см. Запис глибин проводиться безперервно у вигляді профілю на електротермічної папері. Ехолот дозволяє вимірювати глибину від 0,5 до 20 м. Похибка вимірювання при глибинах 0,5-5 м становить 0,1 м, при великих глибинах-2% вимірюваної глибини. Масштаб запису глибин 1:100, горизонтальний масштаб залежить від швидкості руху судна. Максимальна швидкість руху судна при промірних роботах - 15 км / ч.
2.2 Способи виконання промірних робіт
До складу промірних робіт входять: вимірювання глибини, визначення координат промірних вертикалей, а також спостереження за рівнем води.
Застосовують наступні способи промірів: по поперечниках, по продольнікам і косим галсами.
Вимірювання глибин по поперечникам на малих річках виконують з гідрометричних містків або колисок, підвішених на тросі, на середніх і великих - з човнів або катерів. Глибини вимірюють наміткою, рейкою, штангою або лотом. Положення промірних вертикалі щодо постійного початку (закріпленою на березі точки відліку відстаней) при роботах з містка визначають з допомогою мірної стрічки або рулетки, а при вимірах з люльки по мірному тросу, натягнутому паралельно їздовому троса і розміченому марками через 1-2 м.
На річках шириною до 300 м при швидкостях течії до 1,5 м / с проміри зазвичай виконують з човна, що переміщається уздовж туго натягнутого через річку сталевого розміченого троса.
На річках шириною більше 300 м становище промірних вертикалей на поперечнику визначають за допомогою геодезичних кутомірних приладів (теодоліта, гоніометра, кіпрегеля з мензулою та ін), встановлених на березі, або секстантом з човна.
На одному з берегів прокладають базис, перпендикулярно до якого розбивають і закріплюють геодезичними вішками промірні створи - поперечники (рис. 2.5). На річках шириною до 500 м для позначення поперечника достатньо двох віх на одному березі, а на річках, ширина яких перевищує 500 м, необхідна установка вешек в створі поперечника і на іншому березі.
1 - промірних створ, 2-віхи, 3 - базис, 4 - кутомірний інструмент
Малюнок 2.5 - Визначення положення промірних точок на поперечнику з допомогою кутомірного інструменту.
Відстані між поперечниками призначають залежно від ширини річки, рельєфу дна, завдань промірних робіт. Зазвичай вони складають 1/3-1/4 ширини річки. Місце встановлення геодезичного інструменту на базисі вибирають так, щоб з одного стоянки добре проглядався ряд поперечників вгору і вниз за течією, а кути між напрямком поперечника і променем візування були не менше 30 °.
При використанні мензули призводять планшет в горизонтальне положення, орієнтують за сторонами світу, завдають точку стоянки, базис, поперечники, контур берегів по урізу. Проміри виконують із човна (або катера), що переміщається від одного берега до іншого строго в створі поперечника. Менза-лист у кіпрегель стежить за човном і по сигналу з неї в момент вимірювання глибини наводить вертикальну вісь візування на намітку або лотлінь, робить зарубку на відповідному поперечнику і записує номер промірних точки і колір сигнального прапорця. Зазвичай сигнали подаються по черзі червоним і білим прапорцями. Сигнальник на човні записує в журнал номер поперечника, номер промірних точки, колір прапорця і глибину. До промерам на наступному поперечнику приступають тільки після звірки кількості промірних точок в журналі і на планшеті для поперечника, де проведені вимірювання.
Малюнок 2.6 - Схема промірів по продольнікам (а) і косим галсами (б)
Кількість промірних вертикалей на поперечнику призначають залежно від ширини річки і рельєфу дна. У середньому на річках шириною до 500 м їх число повинне становити 20-30, а при ширині річки понад 500 м - від 25 до 50. При плавній зміні рельєфу дна промірні вертикалі призначають рідше, а при нерівному дні - частіше у відповідності з особливостями профілю дна.
При великих швидкостях течії (понад 1,5 м / с), коли човен (катер) важко утримати в створі поперечника, переходять до вимірювань глибин по продольнікам і косим галсами.
При промірах по продольнікам (рис. 2.6 а) на базисі встановлюють два кутомірних інструменту (мензули з кіпрегеля, теодоліти і т.п.). Човен (катер) переміщається за течією приблизно паралельно берегової лінії. У момент вимірювання глибини за сигналом з човна засікається положення промірних вертикалі одночасно двома інструментами. Продольнікі призначаються зазвичай через 1/10-1/20 ширини річки, біля берега частіше, ніж у середній частині річки.
При промірах по косих галсами (рис. 2.6 б) човен під впливом течії перетинає річку під кутом 30-45 ° до фарватеру; траєкторія руху має вигляд кривої лінії (галс). Проміри та зарубки координат промірних точок при цьому способі виконують так само, як і по продольнікам, застосовуючи два кутомірних інструменту. Галси своєму розпорядженні приблизно через 1/4-1/2 ширини річки.
У зимовий період при наявності міцного крижаного покриву проміри глибини виконують з льоду. Відстань від постійного початку до промірних вертикалей вимірюють мірною стрічкою або по розміченому тросу. У точках промірів пробивають лунки. Глибину вимірюють від рівня води в лунці наміткою або ручним лотом з лотлінем з м'якого сталевого троса. Крім того, визначають товщину льоду і глибину його занурення у воду.
Малюнок 2.7 - Схема визначення координат промірів радіогеодезіческім методом
Способи промірних робіт на озерах і водосховищах залежать від їх розмірів. На невеликих водоймах проміри зазвичай виконують по поперечникам, розташовуючи їх приблизно перпендикулярно до поздовжньої осі водойми. Базис розбивають на одному з берегів, а поперечники закріплюють створними знаками в залежності від ширини водойми на одному або двох берегах. Число промірних профілів призначають залежно від рельєфу дна. При рівному дні поперечники розбивають через 200-500 м, а при складному рельєфі дна - через 50 м. Відстані між промірних вертикалями на профілі приймають рівними 10-20 м і більше на водоймах з плавним обрисом дна і 5-10 м - при складному рельєфі .
На великих озерах і водосховищах, коли відсутня пряма видимість берегів, координування промірів виконують радіогеодезіческімі методами. На березі розбивають базис, на кінцях якого встановлюють дві радіостанції, звані відбивають (ОРС). Третя радіостанція - задає (ЗРС) - розміщується на судні (рис. 2.7). При русі судна по заданому галс проводиться вимірювання глибини ехолотом. Розташування судна засікають за допомогою безперервно працюють задає і відображають радіостанцій.
Список літератури
1. Бочкарьов Я.В., Овчаров Є.Є. Основи автоматики та автоматизація виробничих процесів в гідромеліорації, - М.: Колос, 1981. - 336 с.
2. Биков В.Д., Васильєв А.В. Гідрометрія. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977 - 447 с.
3. Водосховища світу. Інститут водних проблем АН СРСР .- М.: Наука. 1979.-282 с.
4. Гуральіік І.І., Дубинський Г.П., Ларін В.В., Маліконова С.В. Метеорологія .-- Л.: Гидрометеоиздат, 1982 .- 440 с.
5. Железняков Г.В., Неговскім Т.А., Овчаров Є.Є. Гідрологія, гідрометрія і регулювання стоку .- М.: Колос, 1984 .- 431 с.
6. Гідрологічні розрахунки при осушенні боліт і заболочених земель / Под ред. К.Е. Іванова .- Л.: Гидрометеоиздат, 1963 .- 447 с.
7. Карасьов І.Ф. Річкова гідрометрія та облік водних ресурсів .- Л.: Гидрометеоиздат, 1980 .- 312 с.
8. Лучшева А.А. Практична гідрометрія. - Л.: Гидрометеоиздат. 1983, -423 с.
9. Лучшева А.А. Практична гідрологія .- Л.: Гидрометеоиздат, 1976, - 440 с.
10. Плєшков Я.Ф. Регулювання річкового стоку. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975.-560 с.
11. Рекомендації з розрахунку випаровування з поверхні суші .- Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 94 с.
12. Різдвяний А.В., Чеботарьов А.І. Статистичні методи в гідрології .- Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 422 с.
13. Будівельні норми і правила. Визначення розрахункових гідрологічних характеристик. СНиП 2.01.14-83. М.: Державний комітет у справах будівництва, 1985. - 97 с.
14. Хамадом І.Б., Бутиріп М.В. Експлуатаційна гідрометрія в іригації .- М.: Колос, 1975. - 208 с.
15. Шумков І.Г. Річкова аерогідрометрія. - Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - 29S с.