3.2 Измерения ширины и глубины реки

Для определения глубин реки и особенностей рельефа ее дна проводятся промеры русла реки. По результатам промерных работ можно получить планы русла реки в линиях равных глубин - изобатах, а также определить площади водных сечений рек.

Необходимое оборудование:

• веревка с разметкой;

• рейка с разметкой;

Глубину реки можно определить только прямыми измерениями с помощью водомерной рейки или лота. На крупных реках с глубинами до 25 м используют лот - металлический груз весом от 2 до 5 кг, прикрепленный на прочном тросе с соответствующей разметкой. В случае изучения малых рек вполне достаточно водомерной рейки. Она представляет собой деревянный шест диаметром 4-5см с нанесенной на ней сантиметровой разметкой, при этом нулевое деление должно совпадать с одним из концов шеста. При измерениях глубины рейка опускается нулевой отметкой вниз. Длину рейки можно выбрать, исходя из предполагаемых глубин исследуемых рек, но обычно ее делают не длиннее 1,5-2 м. Если река мелкая, то измерять глубину можно, переходя реку вброд. Если река глубокая, то измерения приходится проводить с лодки. Проще всего определить глубину с висящего над рекой моста, если такой есть поблизости.

Кроме рейки, для проведения промерных работ потребуется размеченная веревка для определения ширины реки и местоположения промерных точек и полевой журнал для записей. Веревку обычно размечают заранее, до проведения работ. Проще всего это сделать с помощью обычных ниток разного цвета, например красных и синих - каждое десятисантиметровое деление надо отметить синими нитками, а каждое метровое деление - красными. Можно также выделить каждые 0,5 м, например красными и синими нитками одновременно, это даст возможность не ошибиться при отсчете расстояния между промерными точками. Вместо ниток можно использовать разноцветные ленточки, шнуры, несмываемый фломастер-маркер или масляную краску - главное, чтобы отметки на веревке были хорошо видны, легко замечались при промерах и были надежно закреплены. Точки на створе, в которых измеряется глубина реки, называются промерными. Количество промерных точек для исследуемой реки следует определять следующим образом: на реках шириной 10-50 м их назначают через 1 м, на реках шириной 1-10 м - через 0,5 м, для реки или ручья шириной до 1 м достаточно 2-3 промерных точек.

Как выполнять измерения глубины и ширины реки:

• На выбранном створе исследуемой реки, поперек течения натягивается размеченная веревка, по ней определяется ширина реки.

• В соответствии с измеренной шириной определяют число промерных точек и их положение на створе. При этом надо помнить, что первая и последняя точки должны находится непосредственно на урезе воды.

• Продвигаясь вдоль веревки в назначенных точках опускают промерную рейку до дна и фиксируют деление, на уровне которого находится вода — это и есть глубина реки в данном месте.

По результатам данных измерений мы построили поперечный профиль русла реки (Рис 3.2) и посчитать площадь водного сечения ( Таблица 6), т.е. сечение потока реки воображаемой плоскостью в месте промерного створа.

Таблица 6

Промеры глубин по гидрометрическому створу № 78343 р. Болховец (Везелка) – г. Белгород.

№ вертикали			Расстояние от постоянного начала, м		Рабочая глубина, м		Расстояние между вертикалями, м		Площадь водного сечения,м2 между промерными вертикалями
промерной	скоростной
1	2	3		4		5		6
1	Урез л/б	0		0,00		-		-
2	1	0,5		0,24		0,5		0,06
3	2	1,0		0,23		0,5		1,88
4	3	1,5		0,22		0,5		1,8
5	4	2,0		0,15		0,5		1,48
6	5	2,5		0,13		0,5		1,12
7	6	3,0		0,11		0,5		0,96
8	7	3,5		0,07		0,5		0,75
9	Урез п/б	3,8		0,00		0,5		0,017
Общая площадь водного сечения								8,067

По результатам измерений был построен поперечный профиль исходной реки.

Рис. 3.2 Поперечное сечение реки на гидрометрическом створе № 78343

р. Болховец (Везелка) – г. Белгород.Измерения проводились: 26 июня 2012 года.

Приборы для измерения глубин

Расстояние по вертикали от свободной поверхности воды до дна реки (канала, озера, водохранилища и т.п.) называется глубиной. Измерения глубины (промерные работы) — очень важный вид гидрометрических работ. Для измерения глубины применяются различные приборы и устройства. Рассмотрим основные из них. Гидрометрические штанги. При измерении небольших глубин (до 6 м) применяют гидрометрическую штангу (наметку), которая представляет собой деревянный шест длиной до 7 м и диаметром 4-5 см. Нижняя часть наметки заканчивается железным башмаком массой 0,5-1 кг, который предохраняет ее от повреждения при ударах о дно. При илистых грунтах на башмаке укрепляется поддон в виде диска диаметром 15-30 см. Наметка размечается 10-сантиметровыми делениями, которые попеременно окрашиваются белой и красной масляной краской. Нулевое деление должно совпадать с нижней поверхностью башмака или поддона. В момент измерения наметка должна занимать вертикальное положение. Отсчет глубины делают с погрешностью 2-5 см.

Рисунок 3.3 – Груз гидрометрический стандартный.

При измерениях малых глубин нередко используют также водомерные и нивелирные рейки, штанги от гидрометрических вертушек.

Лоты. Измерение глубин более 6 м выполняют с помощью ручных или механических лотов. Ручной лот представляет собой металлический груз массой 3-6 кг конической и пирамидальной формы, подвешенный на пеньковом или капроновом шнуре или же на мягком тросе (лотлине). Лотлинь размечают марками на метры и дециметры. При измерении глубин лот забрасывают против течения воды, а отсчет берут в тот момент, когда лотлинь в натянутом состоянии займет вертикальное положение. Ручные лоты применяют при небольших скоростях течения (до 1 м/с). Вследствие прогиба лотлиня и относа лота течением, погрешность измерения глубины лотом составляет 5-10 см. При измерении глубин речных потоков с большими скоростями течения применяют лоты механические, в которых груз опускается и поднимается с помощью лебедки. Стандартные гидрометрические грузы имеют обтекаемую (рыбовидную) форму (рис. 3.3) и массу от 5 до 100 кг. К тросу они крепятся посредством вертлюга, обеспечивающего свободное вращение груза в горизонтальной плоскости и установку его по направлению течения. Грузы опускают в воду и поднимают при помощи гидрометрических лебедок типа «Нева» (рис. 3.4), «Луга» и других. Длина вытравленного троса регистрируется счетчиком. Момент соприкосновения груза с дном устанавливают по уменьшению натяжения лотлиня или по сигналу от донного электроконтакта, расположенного под грузом.

Рисунок 3.4 - Гидрометрическая лебедка «Нева»

Рисунок 3.5 – Схема к определению поправок на относ линя течением (а) и угломер (б)

Вследствие относа лота течением и отклонения по этой причине лотлиня от вертикального положения измеренная глубина превышает фактическую (рис. 3.5). В связи с этим в измеренные с помощью лота глубины нужно вносить поправки. Теоретическое обоснование поправок ∆l к длине подводной части троса l дне Д.Я. Ратковичем

При работах механическим лотом с судна (лодки, катера) груз после измерения глубины лишь несколько приподнимают над дном и перемещают под водой в другую точку измерения. Это ускоряет выполнение промерных работ.

1 - вибратор-излучатель; 2 - забортное устройство, 3 - вибратор-приемник

Рис. 3.6 Схема измерения глубин эхолотом

Эхолоты. При проведении промерных работ с движущегося судна широкое применение получили эхолоты — приборы, автоматически измеряющие и регистрирующие глубины.

Действие эхолота основано на принципе измерения времени прохождения ультразвуковой волны от вибратора-излучателя 1 (рис. 3.6) до дна и отраженной волны обратно до вибратора-приемника 3. Из рис. 2.4 следует, что

h — a=

где b — половина расстояния между излучателем и приемником звука; l — путь, проходимый звуковой волной от излучателя до дна или от дна к приемнику звука; а — глубина погружения под воду излучателя и приемника звука;

t = ct/2

где с — скорость распространения звука в воде (в среднем для пресной воды—1462 м/с); t — время прохождения звуком пути 2l.

Подставляя выражение в уравнение, получаем

h =

Таким образом, при известных значениях а, b и с для определения глубины h достаточно измерить время t.

В нашей стране серийно производятся промышленностью и применяются при гидрометрических работах речные эхолоты типа ИРЭЛ, «Кубань», «Молога» и другие. Рассмотрим наиболее простой из них, ИРЭЛ. Он состоит из: центрального прибора для управления посылки и приемом ультразвуковых импульсов и автоматической записи глубин; блока питания для обеспечения электроэнергией двигателя, усилителя и других электрических цепей прибора; забортного устройства для погружения в воду обтекателя с вибратором-излучателем и вибратором-приемником, а также вспомогательных принадлежностей (запасных частей, монтажных устройств, инструментов).

Забортное устройство крепится к борту судна и с помощью кабеля подключается к центральному прибору. Для определения глубины погружения вибраторов на штанге забортного устройства нанесены деления через 1 см. Запись глубин производится непрерывно в виде профиля на электротермической бумаге. Эхолот позволяет измерять глубину от 0,5 до 20 м. Погрешность измерения при глубинах 0,5-5 м составляет 0,1 м, при больших глубинах— 2% измеряемой глубины. Масштаб записи глубин 1:100, горизонтальный масштаб зависит от скорости движения судна. Максимальная скорость движения судна при промерных работах — 15 км/ч.

Способы выполнения промерных работ на средних и больших реках

В состав промерных работ входят: измерение глубины, определение координат промерных вертикалей, а также наблюдения за уровнем воды.

Применяют следующие способы промеров: по поперечникам, по продольникам и косым галсам.

Измерение глубин по поперечникам на малых реках выполняют с гидрометрических мостиков или люлек, подвешенных на тросе, на средних и больших — с лодок или катеров. Глубины измеряют наметкой, рейкой, штангой или лотом. Положение промерной вертикали относительно постоянного начала (закрепленной на берегу точки отсчета расстояний) при работах с мостика определяют с помощью мерной ленты или рулетки, а при измерениях с люльки по мерному тросу, натянутому параллельно ездовому тросу и размеченному марками через 1-2 м.

На реках шириной до 300 м при скоростях течения до 1,5 м/с промеры обычно выполняют с лодки, перемещающейся вдоль туго натянутого через реку стального размеченного троса.

На реках шириной более 300 м положение промерных вертикалей на поперечнике определяют с помощью геодезических угломерных приборов (теодолита, гониометра, кипрегеля с мензулой и др.), установленных на берегу, или секстантом с лодки.

На одном из берегов прокладывают базис, перпендикулярно к которому разбивают и закрепляют геодезическими вешками промерные створы — поперечники (рис. 3.7). На реках шириной до 500 м для обозначения поперечника достаточно двух вешек на одном берегу, а на реках, ширина которых превышает 500 м, необходима установка вешек в створе поперечника и на другом берегу.

1 - промерный створ, 2 - вешки, 3 - базис, 4 - угломерный инструмент

Рисунок 3.7 – Определение положения промерных точек на поперечнике с помощью угломерного инструмента.

Расстояния между поперечниками назначают в зависимости от ширины реки, рельефа дна, задач промерных работ. Обычно они составляют 1/3-1/4 ширины реки. Место установки геодезического инструмента на базисе выбирают так, чтобы с одной стоянки хорошо просматривался ряд поперечников вверх и вниз по течению, а углы между направлением поперечника и лучом визирования были не менее 30°.

При использовании мензулы приводят планшет в горизонтальное положение, ориентируют по сторонам света, наносят точку стоянки, базис, поперечники, контур берегов по урезам. Промеры выполняют с лодки (или катера), перемещающейся от одного берега к другому строго в створе поперечника. Мензу-лист в кипрегель следит за лодкой и по сигналу с нее в момент измерения глубины наводит вертикальную ось визирования на наметку или лотлинь, делает засечку на соответствующем поперечнике и записывает номер промерной точки и цвет сигнального флажка. Обычно сигналы подаются поочередно красным и белым флажками. Сигнальщик на лодке записывает в журнал номер поперечника, номер промерной точки, цвет флажка и глубину. К промерам на следующем поперечнике приступают только после сверки количества промерных точек в журнале и на планшете для поперечника, где проведены измерения.

Рисунок 3.3 д – Схема промеров по продольникам (а) и косым галсам (б)

Количество промерных вертикалей на поперечнике назначают в зависимости от ширины реки и рельефа дна. В среднем на реках шириной до 500 м их число должно составлять 20—30, а при ширине реки более 500 м — от 25 до 50. При плавном изменении рельефа дна промерные вертикали назначают реже, а при неровном дне — чаще в соответствии с особенностями профиля дна.

При больших скоростях течения (более 1,5 м/с), когда лодку (катер) трудно удержать в створе поперечника, переходят к измерениям глубин по продольникам и косым галсам.

При промерах по продольникам (рис. 3.8 ) на базисе устанавливают два угломерных инструмента (мензулы с кипрегелями, теодолиты и т.п.). Лодка (катер) перемещается по течению примерно параллельно береговой линии. В момент измерения глубины по сигналу с лодки засекается положение промерной вертикали одновременно двумя инструментами. Продольники назначаются обычно через 1/10-1/20 ширины реки, у берега чаще, чем в средней части реки.

При промерах по косым галсам (рис. 3.9) лодка под воздействием течения пересекает реку под углом 30-45° к фарватеру; траектория движения имеет вид кривой линии (галс). Промеры и засечки координат промерных точек при этом способе выполняют так же, как и по продольникам, применяя два угломерных инструмента. Галсы располагают примерно через 1/4-1/2 ширины реки.

В зимний период при наличии прочного ледяного покрова промеры глубины выполняют со льда. Расстояние от постоянного начала до промерных вертикалей измеряют мерной лентой или по размеченному тросу. В точках промеров пробивают лунки. Глубину измеряют от уровня воды в лунке наметкой или ручным лотом с лотлинем из мягкого стального троса. Кроме того, определяют толщину льда и глубину его погружения в воду.

Рисунок 3.8 – Схема определения координат промеров радиогеодезическим методом

Способы промерных работ на озерах и водохранилищах зависят от их размеров. На небольших водоемах промеры обычно выполняют по поперечникам, располагая их приблизительно перпендикулярно к продольной оси водоема. Базис разбивают на одном из берегов, а поперечники закрепляют створными знаками в зависимости от ширины водоема на одном или двух берегах. Число промерных профилей назначают в зависимости от рельефа дна. При ровном дне поперечники разбивают через 200-500 м, а при сложном рельефе дна — через 50 м. Расстояния между промерными вертикалями на профиле принимают равными 10-20 м и более на водоемах с плавным очертанием дна и 5-10 м — при сложном рельефе.

На крупных озерах и водохранилищах, когда отсутствует прямая видимость берегов, координирование промеров выполняют радиогеодезическими методами. На берегу разбивают базис, на концах которого устанавливают две радиостанции, называемые отражающими (ОРС). Третья радиостанция — задающая (ЗРС) — размещается на судне (рис. 3.3 е). При движении судна по заданному галсу производится измерение глубины эхолотом. Местоположение судна засекают с помощью непрерывно работающих задающей и отражающих радиостанций.