10601
.pdf130
водомерных постов и следующие гидрометрические работы: определение уровня воды; подводную съемку русла и староречий; определение скоростей течения воды; съемку продольного профиля и уклона реки; наблюдения за направлением течения воды, траекториями движения льдин, судов, плотов.
Участок для наблюдений целесообразно выбирать в месте створа проектируемого сооружения. Обработка результатов наблюдений базируется на уравнениях для равномерного и плавно изменяющегося движения, поэтому участок должен быть прямолинейным без косоструйности и водоворотов с относительно постоянными формой и размерами поперечного сечения, шероховатостью и продольным уклоном. Кроме того, для упрощения измерений и экономии времени мерные сечения назначают в местах с минимальной шириной русла и пойм. Гидрометрические работы могут проводиться во время паводка и в период между паводками. Первый случай дает более ценные данные и применяется на крупных реках со сложными условиями (при наличии протоков, неустойчивого русла и т.п.). Во втором случае работы более экономичны, в частности и потому, что обычно проводятся одновременно с другими полевыми инженерными изысканиями, но их результаты менее точны.
Камеральный период служит для обработки материалов изысканий, составления и выпуска отчетных документов
2.3 Правила техники безопасности в полевой период
Перед выездом в поле инженерно-технический персонал сдает экзамен по технике безопасности, а рабочих изыскательских партий знакомят с нижеприведенными правилами под расписку.
Организация лагеря. Лагерь запрещается разбивать у подножия крутых
иобрывистых склонов, на дне ущелий и сухих русел, на низких затопляемых
илегко размываемых берегах, речных косах, в зонах возможного падения деревьев. Запрещается перемещение лагеря на новое место без заблаговременного уведомления отсутствующих, самовольная отлучка работников, пребывание в лагере посторонних лиц.
Санитарная безопасность. Территория лагеря должна содержаться в чистоте. Мусорные ямы располагаются не ближе 30 м от жилых и производственных помещений. Предусматриваются укрытия от дождя и жары. Палатки окапываются канавой для стока воды. Группы работников обеспечиваются медицинскими аптечками.
Пожарная безопасность. Запрещается хранить легко воспламеняющиеся вещества в жилых палатках, курить и пользоваться открытым огнём в огнеопасных местах, хранить легковоспламеняющиеся жидкости в открытых сосудах, оставлять без присмотра работающие двигатели внутреннего сгорания, разводить костры ближе 10 м от палаток и ближе 100 м от мест хранения горючих материалов.
Движение по маршруту. Запрещаются одиночные маршруты, передвижение в ночное время и при потере ориентировки. Обязательны
131
сигнальная (звуковая, световая и др.) связь, отметки по ходу маршрута (затёсы, вешки). Завалы следует обходить, при появлении признаков лесных пожаров группа должна выйти к реке или оврагу.
Работа в речных долинах и на болотах. Запрещается хождение вблизи кромки обрыва, и работа на узких пляжах, примыкающих к высоким крутым берегам. Следует остерегаться топкого дна и засасывающих илов. Передвигаться по болотам нужно по проторенным дорогам или с использованием шестов, верёвки с интервалами между людьми не менее 2-3 м. При переходе через топи выполняются настилы. Работы на воде отличаются повышенной опасностью и требуют соблюдения особых правил безопасности: не умеющих плавать и грести к работам на воде не допускают; технический персонал должен уметь делать искусственное дыхание; к управлению плавсредствами допускают только лиц, имеющих соответствующие права; плавсредства должны иметь спасательные средства по комплекту на каждого работника; нельзя применять лодки с превышением бортов над поверхностью воды меньше 20 см; якорь крепят на канате, который при необходимости может быть легко обрублен, его длина должна быть не менее двухкратной глубины реки; запрещается зачаливаться за мосты, движущиеся суда, плоты или обстановочные знаки на воде , подходить к близко идущим судам и пересекать их курс, пересаживаться на плаву с лодки на лодку, садиться на борта; при эксплуатации троса устанавливаются береговые и плавучие сигналы, а также приспособления для быстрого затопления троса при подходе судов и плотов; при скорости течения более 2,5 м/с запрещается выполнять ра-боты с лодок и понтонов, направляемых по натянутому через реку тросу; работы приостанавливаются при ветре свыше 8 м/с и волнах более 3 баллов, а также во время ту мана, ледохода, шуги и молевого сплава. В случае аварии все участники работ должны выполнять следующее: не плыть от опрокинувшегося плавсредства к берегу, а держаться за плавсредство и вместе с ним подплывать к берегу; освободиться от всех лишних предметов и одежды, какие можно сбросить с себя; если с берега организуется действенная помощь, то не торопиться доплыть до берега, а беречь силы, стараясь поддерживаться на плаву; при подошедшей на помощь лодке влезать в неё с носа или кормы, а не с борта, чтобы её не опрокинуть.
Работа на льду допускается при его толщине не менее 10 см. Следует помнить, что прочность ледяного покрова падает от берегов к середине реки. При слабом ледяном покрове каждая рабочая группа должна иметь верёвку, а идущий впереди - длинный деревянный шест. Промоины и проталины под глубоким рыхлым снегом, лунки и проруби ограждаются вешками или ельником; вблизи населённых пунктов, дорог и троп лунки должны быть менее 20 см. При проваливании под лёд, если в руках нет доски, рейки, жерди и т.п., широко раскинуть руки, чтобы не уйти под лёд; вылезать на лёд нужно упираясь в противоположный край льда; выбравшись на лёд, не вставая на ноги, ползти к берегу.
132
Топографо - геодезические работы. Нужно избегать установки приборов на скальных выступах и краю обрывов. Запрещается смотреть на солнце через оптические приборы и работать с зонтом при сильном ветре.
2.4 Водомерные посты
Для измерения и регистрации уровня воды в реке служат водомерные (уровнемерные) посты, которые входят в состав гидрологических постов – пунктов на водном объекте для систематических гидрологических наблюдений.
По назначению водпосты бывают:
-опорно-наблюдательные для общего изучения режима рек;
-оперативные для гидрометеорологического прогнозирования;
-специальные для обслуживания различных проектных и эксплуатационных организаций. Специальные посты дают информацию для проектирования новых и правильной эксплуатации старых искусственных сооружений, портов, причалов, для обеспечения нормальных условий
судоходства, для кон троля состояния осушительных и оросительных каналов.
По устройству различают следующие типы водпостов:
1)простые, на которых уровень воды отсчитывается непосредственно по рейке, смачиваемой водой; к ним относятся реечные, свайные и реечносвайные посты;
2)передаточные, где уровень фиксируется на некотором расстоянии от свободной поверхности, т.е. положение уровня передаётся регистрирующей части прибора при помощи датчика;
3)автоматические, оборудованные самопишущими приборами для непрерывной записи колебаний уровня.
Водпосты состоят из приспособления для непосредственного измерения уровней (чаще всего реек или свай) и двух постоянных высотных знаков (реперов) – основного и контрольного, установленных вне зоны затопления высокими водами. Основной репер нужен для поверок контрольного и привязывается к ближайшему высотному реперу государственной нивелирной сети. Контрольный репер служит для систематических поверок высотного положения измерительных устройств и располагается непосредственно у поста, например, в створе свайного поста. Закладывается репер на глубину не менее, чем на 0,5 м ниже границы промерзания грунта. Уровни на водпосту отсчитываются от условной горизонтальной плоскости, которая называется нулем водпоста и назначается ниже наинизшего уровня воды с тем, чтобы исключить отрицательные отчёты.
Водпосты располагают на прямолинейных участках реки с мало деформируемым руслом без островов и зарослей водной растительности, вне подпора плотины (или реки, если пост находится на притоке), в
133
непосредственной близости от населенных пунктов и дорог, что обеспечивает доступность для наблюдений в любое время года.
Реечный водпост состоит из одной или нескольких неподвижно закреплённых водомерных (уровнемерных) реек. Он наиболее прост по устройству, экономичен и удобен в эксплуатации. Применяется на реках и водоёмах с небольшой амплитудой колебаний уровня воды (до 2 – 3 м). Стандартные деревянные металлические рейки длиной 2 м имеют двухсантиметровые деления и дециметровые цифровые обозначения (рис. 2.1). Рейки устанавливаются чаще в вертикальном положении и прикрепляются к обрывистым скальным берегам, устоям мостов, сваям, стенкам набережной, шлюза, плотины. Для защиты от ударов плывущих льдин и т. п. рейки размещаются в специальных пазах, ограждаются отбойными брусьями, сваями и ледорезами, располагаются с низовой стороны мостовых опор, а также в специальном ковше-котловане.
Рис.2.1- Реечный водомерный пост
Свайный водомерный пост состоит из одного ряда свай, расположенных в створе, перпендикулярном течению реки (рис. 2.2). Головка (торец) верхней сваи должна быть на 0,5 м выше максимально возможного, а головка нижней сваи - на 0,5 м ниже минимально возможного уровня воды в реке. Разность отметок головок соседних свай не превышает 0,8 м, что ограничено метровой длиной стандартной переносной водомерной рейки
Рис.2.2- Свайный водомерный пост
134
В настоящее время наибольшее распространение получили винтовые сваи, которые завинчиваются в грунт специальным ключом. Могут применяться сваи из труб стального проката, а также железобетонные и деревянные сваи. Сваи забиваются (завинчиваются) ниже границы промерзания грунта для исключения изменения их отметок за счёт морозного пучения грунта. Головки свай не должны выступать над поверхностью земли более 0,25 м. Все сваи нумеруют, начиная с верхней, и нивелируют от контрольного репера 1 для получения отметок их головок и приводок к нулю водпоста, т.е. превышений hпр головок свай над нулём водпоста (см. рис. 2.2). Уровень воды определяется так: метровую переносную водомерную рейку с сантиметровыми делениями устанавливают на торец ближайшей к берегу затопленной сваи 2 и делают отсчет h . По таблице нивелировки находят приводку этой сваи hпр и вычисляют уровень Н (высоту уровня воды над нулем графика) суммированием отсчета уровня по рейке и приводки сваи
Н = h + hпр .
Реечно-свайный (смешанный) пост является комбинацией реечного и свайного постов. Применяется при резких переломах склонов берега. Причем на крутой части склона устанавливается стационарная рейка, а на пологой – уровнемерные сваи. Использование таких постов целесообразно и при наличии сооружений, например, мостов, плотин, шлюзов.
Рис.2.3 - Реечно-свайный (смешанный) пост
Передаточный водпост устраивается при крутых и высоких берегах или при наличии искусственных сооружений, когда подход к воде затруднён. Высота уровня определяется путём измерения рейкой или тросом вертикального расстояния от уровня воды до какой - либо постоянной
135
точки, расположенной выше водной поверхности. На рис. 2.4 представлен передаточный пост со стрелой 1 и тросом 6, перекинутым через блок 5. На конце троса подвешен груз 7 массой 2 -5 кг, другой его конец н аматывается на лебёдку 3. Водомерную рейку 2 укладывают на стреле 1 нулевым делением в сторону реки так, чтобы отсчёт по ней напротив указателя 4 закрепленного на тросе, соответствовал высоте уровня над нулём графика. При измерении уровня груз 7 лебёдкой 3 опускается до соприкосновения с водой и на рейке считывается высота уровня с точностью 2-3 см. По принципу передаточного водомерного поста работает стрелочный указатель уровня. Он состоит из поплавка с противовесом, заключенных в металлическую трубу, и связанного с ними тросом редуктора с циферблатом и стрелками. Указатель позволяет определить уровень воды в момент наблюдения и предельные (наивысший и наинизший) уровни между сроками наблюдений с точностью до 1 см.
Рис. 2.4. Передаточный пост
Автоматические посты (самописцы уровня) непрерывно фиксируют и записывают значение уровня без участия наблюдателя. Они состоят из датчика поплавкового или манометрического типа и регистрирующего прибора (самописца). Упрощенная схема наиболее распространенного самописца уровня «Валдай» приведена на рис. 2.5. Барабан 1 с укрепленной на нем бумагой связан со шкивом 3, через который перекинут трос 4. На одном конце троса закреплен поплавок 5, а на другом - противовес 6. При колебаниях уровня воды поплавок поднимается или опускается и вращает барабан, а перо 2 равномерно передвигается вдоль барабана часовым механизмом и вырисовывает на бумаге график изменения уровня во времени.
Рис.2.5 - Автоматические посты
136
Дистанционные посты автоматически регистрируют и передают показания измерений высоты уровня. Они содержат датчик уровня (поплавковый, манометрический, радиоактивный), передающее устройство (радиоили электропроводную связь с источником питания) и регистрирующий прибор (самописец или шкальный указатель).
3.Проведение измерений и обработка данных
3.1Промерные наблюдения
Наблюдения на водпостах проводятся ежедневно в 8 и 20 ч по местному времени, а в период половодий чаще, иногда при большой скорости подъема и спада - ежечасно. Если на реке волнение, то отсчеты по рейке берутся дважды - при набеге и отходе волны и определяется их среднее значение. Если уровень падает на середину деления, то его значение округляют до четного числа. Точность отсчетов при измерении уровней составляет 1 см. Кроме уровней на водпосту измеряют температуру воды и воздуха, отмечают направление ветра, волнение на реке, изменение русла, появление водной растительности, начало и конец навигации, наблюдают за ледовыми явлениями: осенью - за появлением сала (отдельные скопления смерзшихся ледяных игл в воде), шуги (рыхлые скопления льда и снега), зажоров (скопление шуги подо льдом) и весною - за появлением закраин (полосы открытой воды вдоль берегов), подвижки льда, ледохода, заторов (задержки льда при ледоходе). Измерение толщины льда, снега на льду и подледной шуги проводятся 10, 20-го числа и в последний день месяца. Данные наблюдений сводятся в таблицу «Обработка данных наблюдений». Обработка данных наблюдений заключается в приведении самим наблюдателем измеренных уровней к нулю водпоста и в вычислении средних суточных уровней Н = (Н8 + Н20)/2 , по которым затем на гидрологической станции составляется график колебаний уровней Н = Н(t) за год – гидрограф уровней.
Измерение глубин. Глубина – это расстояние от поверхности воды до дна по вертикали. Теоретически, для точного вычисления площади живого сечения глубина должна измеряться в его плоскости, т.е. по нормали к свободной поверхности. Однако, уклон водной поверхности рек, обычно менее 10° и, следовательно, разница между указанными глубинами не превышает 1,5 %, т.е. лежит в пределах точности измерения глубин. Поэтому для упрощения производства работ глубины измеряют по вертикали. Значения глубин используются для определения геометрических характеристик живых сечений, построения продольных и поперечных профилей, планов рек в изобатах (линиях равных глубин) и т.д. Глубины необходимы не только для решений этих задач гидрометрического характера, но и для проектирования гидротехнических сооружений.
137
Приборы для измерения глубин. Приборы для измерения глубин подразделяются на две группы:
1)для измерения глубин в отдельных точках (переносная рейка, гидрометрическая штанга, наметка, лот);
2)для непрерывной съемки профиля дна (профилографы).
Переносные водомерные рейки (см. рис. 2.1) применяют для измерения малых глубин (до 1м).
Гидрометрическая штанга состоит из двух разъемных стальных труб диаметром 28 мм с дециметровыми делениями и длиной 1,5 м каждая. Низ штанги имеет диск и заостренный конец для упора в дно. Штангой измеряют глубины до 3 м с точностью отсчета до 5 см.
Наметка представляет собой шест диаметром около 5 см и длиной 5-7 м с дециметровыми делениями. На нижний конец наметки надевается стальной башмак, помогающий погружать наметку в воду, или диск диаметром 15-30 см при илистом дне. Во время волнения берут два отсчета: по гребню и впадине волны. В расчете принимают средний из них. Точность измерения – 5 см.
Речной лот применяют для измерения глубин больше 5 м. Он представляет собой груз продолговатой формы массой до 10 кг, привязанный за ушко к шнуру (лотлиню) с дециметровой разметкой марками из лоскутов цветной ткани или кожи (рис. 3.1). При промерах лот непосредственно с рук забрасывают против течения с упреждением по ходу судна так, чтобы в момент отсчета глубины он находился в вертикальном положении. Погрешность измерения глубин – 10см.
138
Рис.3.1 – Переносная водомерная рейка, наметка и лот для промеров глубин
Профилографы позволяют непрерывно автоматически регистрировать глубины при большой скорости перемещения (до 17 км/ч) с передачей отсчетов на стрелочный указатель или самописец. По принципу действия их делят на механические, гидростатические и акустические. Механические профилографы измеряют глубину с помощью промерного груза на тросе или штанги, упирающейся нижним концом в дно (регистрируют ее наклон, который определяется глубиной). Гидростатические профилографы снабжены датчиком давления, перемещаемым на тросе по дну. Их действие основано на зависимости гидростатического давления на дне от глубины. В качестве датчика обычно используются сильфоны (цилиндры с гофрированной боковой поверхностью). Акустические профилографы (эхолоты) позволяют определить глубину по скорости звука в воде (1460 м/с при 10оС) и по времени хода ультразвуковых колебаний от излучателя до дна и обратно до приемника, которое пропорционально глубине, рис. 3.2.
Рис. 3.2 – Эхолот и схема его действия
Методика измерения глубин. Процесс измерения глубины называют промером, а места, где измеряют глубины - промерными или глубинными
139
вертикалями. Их располагают в поперечном, продольном или косом сечениях потока. Определение координат вертикалей в плане (координирование) проводят совместно с измерением глубины. Промеры ведут с мостов, паромных или лодочных переправ, катеров и лодок, а если реки мелкие, вброд. Промеры по поперечникам (поперечным сечениям) удобно проводить с железнодорожных, автодорожных и наплавных мостов, если они имеются на исследуемом участке реки. Для определения положения глубинных вертикалей измеряют мерной лентой расстояние от берега до них по настилу моста. На малых реках промеры проводят вброд через каждый метр. На относительно широких и глубоких реках для поддержки троса над водой под него ставят поплавок или лодки на якорях, а промеры проводят из лодки против соответствующих марок (меток) на мерном тросе. В этом случае рядом с мерным натягивают ездовой (силовой) трос, по которому перемещается лодка. На широких (более 200 м) и судоходных реках положение промерных вертикалей на поперечнике определяют методом засечек. Для этого поперечник закрепляют на каждом берегу двумя створными знаками (вехами), которые представляют собой ярко окрашенные шесты высотой 3-5 м и образуют ви зирную систему. Под углом 90о к поперечнику разбивают базис, в конце к оторого устанавливают теодолит. Наблюдатель в лодке передвигается от одного берега к другому с таким расчетом, чтобы ближний для него знак закрывал дальний (условие нахождения в створе), и в момент промера глубины дает сигнал, по которому другой наблюдатель теодолитом делает засечку промерной вертикали, т.е.
фиксирует теодолитом угол α между базисом и лучом визирования на вертикаль.
На глубоких реках с большими скоростями течения (более 1,5 м/с) удержать лодку (катер) на линии поперечника трудно. Поэтому промеры проводят по продольникам со свободно сплавляющегося судна или по косым галсам (отрезки пути между поворотами), когда лодка сносится течением и поэтому пересекает реку под переменным углом. В этих случаях засечки промерных вертикалей, т.е. определение планового положения лодки при промерах проводят с берегового базиса двумя угломерными инструментами.
Рис. 3.3 – Схемы промеров глубин
Обработка промерных наблюдений. По данным промеров глубин строится: