Наблюдения за направлениями струй и скоростями течения (поплавочные наблюдения) проводят изыскательские русловые партии при предварительных и повторных съемках всех сложных перекатов и перекатных участков. Обычно поплавки пускают в верхней плесовой лощине, а наблюдения за ними заканчивают в нижней плесовой лощине. Наблюдения производят в тихую погоду. Засечки поплавков при небольшом протяжении участка выполняют двумя инструментами (мензулы, мензула и теодолит, теодолиты), при большом протяжении – тремя и более инструментами.
Место стоянки инструментов выбирают из условий, чтобы путь поплавка был виден на протяжении всего наблюдаемого участка, чтобы засечки были нормальными и чтобы соседние наблюдатели могли подавать друг другу сигналы. Пункты стоянок инструментов привязывают к плановому обоснованию и наносят на план.
Для того чтобы обеспечить заданное расстояние между поплавками, их пускают с пускового створа. Места пуска поплавков фиксируют веерными или косыми створами. Возможно также пускать поплавок на створе по сигналу мензулиста, у которого на плане намечены места пуска.
Поплавки засекают двумя способами: при сопровождении поплавков лодкой и без сопровождения. Второй способ требует более квалифицированного персонала партии.
Траектории поплавков наносят на план русловой съемки, отмечая небольшим кружком точки засечек. На плане указывается, через какой промежуток времени проводились засечки. Если заданный промежуток времени не выдерживался, то у линии траектории поплавка между точками засечек выписывается скорость (м/с).
Для определения направления струй и скоростей течения в точках по глубине вертикалей применяется морская вертушка (ВМ–М).
Определение расходов воды
На большинстве судоходных рек обычно имеется достаточное число пунктов, где Роскомгидрометом измеряются расходы воды. Если на участке нет большой приточности и имеется хорошая связь уровней опорного гидрологического поста и исследуемого участка, кривая расходов с опорного поста переносится на исследуемый участок.
Для определения распределения расхода по рукавам и отдельным участкам русла расход воды может быть измерен с использованием поплавков или гидрометрических вертушек.
Расход воды определяют на гидрометрических створах. Направление гидрометрического створа должно быть перпендикулярно к среднему направлению течения, для чего необходимо произвести серию поплавочных наблюдений. Все намеченные створы разбивают на местности теодолитом или мензулой, закрепляют кольями и привязывают к пунктам планового обоснования. Глубины на гидрометрических створах измеряют наметкой или эхолотом.
Для определения расхода воды поплавками у выбранного гидрометрического створа, называемого главным (ГГС), разбивают дополнительно три створа пусковой, начальный и конечный:
– пусковой створ разбивают выше начального на 15–25 м;
– начальный и конечный створы располагают на одинаковом расстоянии от главного с таким расчетом, чтобы продолжительность хода поплавков между ними была не менее 20 с.
Скорости измеряют следующим способом. Рабочий в лодке двигается по пусковому створу и в момент пересечения веерного створа опускает поплавок. Наблюдатель включает секундомер в момент прохождения поплавком начального створа, когда поплавок пересекает главный створ, дается команда мензулисту и он засекает поплавок, в момент прохождения конечного створа секундомер выключается.
Скорость поплавка, м/с,
, (1.1)
где: S – расстояние между начальным и конечным створом, м;
t – время прохождения поплавком этого расстояния, с.
Все наблюдения выполняют в тихую безветренную погоду.
Вычисление расхода воды, измеренного поплавками, выполняют в следующей последовательности.
По данным промеров глубин на миллиметровой бумаге вычерчивают поперечный профиль русла, на котором выписывают:
– расстояния от постоянного начала и между промерными точками, м;
– глубины воды в промерных точках, м;
– скорости течения, измеренные поплавками, в тех точках профиля, где проходили поплавки.
На профиле от уровня воды вверх откладывают значения измеренных скоростей и через полученные точки проводят плавную кривую (эпюру поверхностных скоростей). Точки, значительно отклоняющиеся от кривой, отбрасывают. Далее с этой эпюры снимают значение скоростей в каждой промерной точке и записывают в следующую графу.
Умножив значения этих скоростей на глубину в промерной точке, получают элементарный расход q и строят его эпюру (рисунок 1.3). Полный фиктивный расход получают планиметрированием эпюры элементарных расходов (Qф= w q).
Действительный расход воды вычисляют умножением фиктивного расхода на переходный коэффициент k (Q=kQф), который или определяют опытным путем по данным нескольких измерений расхода вертушкой, или принимают для больших и средних равнинных рек в пределах от 0,8 до 0,9 (меньшее значение при меженных уровнях воды, большее – при паводковых уровнях).
Рисунок 1.3 – Вычисление расхода воды, измеренного поплавками
Расходы воды с помощью гидрометрических вертушек измеряют согласно Руководству по изысканиям и анализу руслового процесса на затруднительных участках свободных рек.
При основном способе измерений число скоростных вертикалей принимают таким же, как при измерении расхода воды поплавками. Места вертикалей на гидрометрическом створе закрепляют либо веерными, либо косыми створами.
Скорости при открытом русле измеряются в точках 0,2h, 0,6h и 0,8h, где h – глубина на вертикали. Средняя скорость на вертикали
, (1.2)
При сокращенном способе скорости измеряют в точках 0,2h и 0,8h, а среднюю скорость вычисляют как среднеарифметическую.
При глубинах менее 0,75 м скорость измеряют в одной точке – 0,6h, которая и принимается за среднюю на вертикали.
При наличии ледяного покрова или водной растительности скорости измеряют в точках 0,15h, 0,5h и 0,85h.
Средняя скорость в этом случае
. (1.3)
Определив средние скорости на вертикалях, вычисляют расходы воды так же, как при измерении скорости поплавками или по формуле:
, (1.4)
где: Q – полный расход воды, м3/с; u ср1, … , u срn – средние скорости на вертикалях, м/с; f0, fn – площади живых сечений между крайними вертикалями и берегом, м2; f1, …, fn–1 – площади живых сечений между смежными вертикалями, м2.
Значения коэффициентов k для крайних вертикалей при отсутствии мертвого пространства у пологого берега принимают равным 0,7. При естественном обрывистом береге коэффициент принимают равным 0,8, а при наличии мертвого пространства равным 0,5.
Современные технологии измерения расходов воды с использованием ADCP– профилографов изложены в п.1.3 настоящего учебного пособия.
Изучение наносов
Режим движения наносов является одной из составляющих гидрологического режима рек. На равнинных судоходных реках, русло которых сложено песчаными грунтами, движение наносов осуществляется во влекомом и взвешенном состоянии. В настоящее время приборов для измерения влекомых наносов не выпускается. Поэтому расход наносов может быть определен по параметрам движения донных гряд.
При применении этого способа должны быть соблюдены следующие требования:
– измерения проводят в конце спада паводка и в межень при скоростях течения не более 1–1,2 м/с, так как при больших скоростях русловые частицы начинают взвешиваться;
– при последовательных промерах продольных профилей уровень воды (за промежуток времени между промерами) не должен изменяться более чем на 20 см;
– измерения расхода наносов проводятся в верхней плесовой лощине перед началом напорного ската переката.
На выбранном для измерения участке реки разбивают 5–7 продольных профилей, которые закрепляются на местности, а через 50 – 100 м перпендикулярно к ним – поперечные створы. Эти створы необходимы для фиксации траектории хода судна при промерах по продольным профилям.
Закрепив местоположение поперечников на местности, необходимо произвести съемку участка измерений. Протяженность участка измерений назначается с таким расчетом, чтобы на длине продольного профиля разместилось не менее 8–10 гряд.
По продольным профилям через интервалы времени D t эхолотом промеряют глубины русла с оперативной отметкой на каждом поперечном створе. Промерное судно должно двигаться только против течения с минимально возможной скоростью. Время между последовательными промерами D t должно соответствовать сдвигу гряд D lг на 1/5–1/4 их длины. Величину D t устанавливают опытным путем по результатам двух первых серий промеров.
При перемещении гряды деформируются, изменяют высоту, длину и профиль. Однако за короткое время между двумя последовательными промерами, когда они смещаются меньше чем на половину своей длины, их деформации невелики и приближенно можно принять, что гряды перемещаются, не изменяя своей формы.
Для определения средней скорости перемещения гряд (Сг= D lг/ D t) применяют метод совмещения, при котором предусматривается наложение одного профиля на другой со сдвигом, при котором обеспечивается наилучшее совмещение всех очертаний гряд. Получающийся при этом сдвиг между началом первого и второго профилей дает среднюю длину пути, пройденного грядами за время D t между промерами (рисунок 1.4).
Рисунок 1.4 – Схема для определения средней скорости перемещения гряд:
а – продольный профиль по результатам первой серии промеров;
б – второй (– – – – ); в – определение смещения гряд за время D t
Элементарный расход наносов, кг/(м×с), по длине гряды
, (1.5)
где: r s = 2650 кг/м3 – плотность наносов;
s = 0,6–0,7 – коэффициент формы гряды;
hг – высота гряды, м;
e – 1/3 – коэффициент пористости грунта;
Сг = D lг/ D t – скорость перемещения гряды, м/с.
Формулу (1.5) можно преобразовать к виду
. (1.6)
Средний элементарный расход наносов на продольном профиле
, (1.7)
где: n – количество полных гряд на продольном профиле;
i – порядковый номер гряды.
Полный расход влекомых наносов, кг/с
(1.8)
где:
– средний элементарный расход на продольнике, кг/ (м×с);
– расстояния между измерительными продольниками, м;
– расстояния между крайними продольниками и урезами воды, м.
Измерения расхода взвешенных наносов проводят только при тех скоростях течения, при которых происходит взвешивание донных частиц. На реках с песчаными донными отложениями неразмывающие скорости обычно составляют 0,5–0,7 м/с. Отсюда следует, что изменение расхода взвешенных наносов следует вести лишь при скоростях, превышающих 0,8–1,0 м/с.
При этом не следует брать пробы во время выполнения дноуглубительных и выправительных работ. Необходимо также прекратить их отбор в момент прохода судов, когда в результате работы винтов нарушается естественный режим мутности потока.
Для изменения расхода взвешенных наносов применяют вакуумный батометр (Гр–4 или Гр–61М). Пробы берут одновременно с изменением скоростей течения в точках 0,2h и 0,8h.
Взятую пробу фильтруют, высушивают и определяют мутность, г/м3,
, (1.9)
где: m – масса наносов в пробе, г;
V – объем пробы, мл.
В каждой точке вычисляют единичный расход взвешенных наносов г/(м2×с)
, (1.18)
где: 
– скорость в точке, м/с.
Среднее значение единичного расхода на вертикали вычисляется как среднеарифметическое.
Расход взвешенных наносов, кг/с
, (1.10)
где: a 1, …, a n – средние единичные расходы на вертикалях, г/(м2×с);
f0, fn – площади живого сечения между крайними вертикалями и берегом, м2;
f1, …, fn–1 – площади живого сечения между вертикалями, м2.
Коэффициент k для крайних вертикалей принимается такой же, как в формуле (1.4).
Определение состава донных грунтов при промерах глубин производится взятием проб грунтодобывающими приборами. Для взятия проб грунта применяют различные приборы, конструкция которых зависит от характера грунта и глубины, с которой он добывается.
На участке с песчаными донными отложениями на поперечнике берут 5–7 проб, поперечники намечают через 100–200 м таким образом, чтобы они охватили плесовые лощины, начало напорного ската переката, гребень и подвалье переката. На трассах капитальных прорезей пробы донных отложений (не менее 5–7) берут по оси прорези.
Местоположение взятой пробы определяют прямыми засечками (мензулой или теодолитом).
Взятую пробу высушивают, взвешивают на технических весах и подвергают ситовому анализу. В результате механического анализа составляют ведомость фракционного состава донных отложений, на основании которой строят кривые гранулометрического состава донных отложений.
Изучение состава и параметров распределения руслообразующих наносов на участке реки имеет важное значение для определения устойчивости русла, оценки характера изменения динамической оси потока в плане, установления тенденции развития рукавов на русловых разветвлениях, определения зон размыва и аккумуляции наносов в русле. Состав наносов важно знать для определения характеристик гидравлического сопротивления русла, оценки подвижности донных отложений. При проектировании комплекса мероприятий, направленных на улучшение судоходных условий, состав и распределение русловых наносов представляет собой самостоятельную характеристику русла.
Дата: 2019-02-02, просмотров: 432.
