Предмет и задачи гидрометрии

Гидрометрия является частью более обширной науки – гидрологии. Слово «гидрометрия» образовано из сочетания двух греческих слов: вода и измеряю, т. е. «водомерие», или измерение воды. Практически этот дословный перевод отражает только один из разделов гидрометрии – наблюдения за уровнями воды, которые называются водомерными наблюдениями.

Основными задачами гидрометрии являются:

• разработка методов и приборов для количественного определения и учета различных элементов режима водных объектов;

• систематическое изучение гидрологического режима водных объектов для получения многолетних характеристик уровней, стока воды и наносов, химического состава воды, температуры воды, ледовых явлений и пр.

Исследование и изучение гидрологического режима необходимо для выполнения гидрологических и водохозяйственных расчетов при проектировании, строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений, а также для научных выводов и обобщений в гидрологии.

В состав основных гидрометрических работ и изысканий на реках, озерах и водохранилищах входят устройство и оборудование гидрологических станций и постов; промерные работы для изучения глубин и рельефа дна водных объектов; наблюдения за колебаниями уровней воды, за уклонами водной поверхности, за температурой воды, за режимом замерзания и вскрытия водотоков и водоемов, за состоянием ледяного покрова; измерение скоростей и направлений течений; определение стока воды и наносов; определение механического состава наносов и донных отложений; наблюдения за цветом, прозрачностью, удельным весом и химическим составом воды.

Помимо перечисленных в состав гидрометрических работ могут входить наблюдения за деформацией речных русел и побережий водохранилищ, за волновым режимом, испытание новых приборов и оборудования и исследования термического режима водных объектов.[9]

Водомерные посты

В зависимости от установленного объёма наблюдений, гидрологические посты имеют определённый тип и разряд: 1-го (ведущие полный объём наблюдений) и 2,3-го разряда (уровенные посты и работающие по сокращенной программе).

Длина рейки водомерного поста определяется амплитудой колебания уровня воды. Ее нулевое деление устанавливается на 30–50 см ниже самого низкого уровня. Верхний конец рейки должен на такую же величину возвышаться над горизонтом самых высоких вод.

Водомерные посты в зависимости от способа контроля уровня воды могут быть разных типов: реечные, свайные, самопишущие и другие.

Самыми простыми являются реечные водомерные посты (обычно устанавливаются на реках с устойчивыми берегами, на набережных и т.п.). Реечный пост состоит из одной или нескольких закрепленных постоянных реек. Пост располагают на участках рек с обрывистыми берегами на специальных сваях, устоях мостов или парапетах набережных в местах, где амплитуда колебания уровня составляет 2–3 м в год. Нуль рейки, от которой ведется отсчет высоты уровня, является и нулем графика (см. ниже) реечного поста, отметка которого определяется нивелированием.

Однако устройство их на реках с пологими берегами и большой амплитудой колебания уровня воды, а также при сильном ледоходе, сопряжено со значительными трудностями. В этих случаях приходится устанавливать более капитальные свайные водомерные посты.

В настоящее время устанавливаются самопишущие посты с непрерывной регистрацией уровней и дистанционные автоматические, передающие показания высоты уровней на гидрологическую станцию.[9]

При открытии водомерного поста выполняются следующие обязательные виды изысканий: определение местоположения створа уровенного водпоста; построение схемы его свай и профиля гидрометрического створа; определение максимального расхода воды и продольного уклона водной поверхности.

Уровень воды – высота водной поверхности в рассматриваемом сечении, отсчитываемая от условной горизонтальной плоскости сравнения, измеряемая в точке в момент наблюдения, усредненная за период 0,5–1 мин.

Речной гидрологический пост для ежедневных наблюдений за высотой уровня называется уровенным. Уровенный пост устанавливается на морфологически однородном и прямолинейном участке реки на пологом склоне берега. Вблизи поста не должно быть притоков, воды которых могут создать подпор уровня.

Наблюдения за уровнями воды на водомерных постах организуют таким образом, чтобы отсчеты по одному посту были сравнимы за весь период его действия. Поэтому уровни воды, наблюдаемые на водомерном посту, относятся к условной плоскости нуля графика поста, высотная отметка которой остается постоянной для всего периода существования поста. Эта отметка носит название «0» графика. Высотное положение плоскости нуля графика поста определяется расстоянием ho [6, 7] по вертикали от верхней плоскости репера водомерного поста. Если репер имеет абсолютную отметку, то, вычитая из нее превышение ho репера над нулем графика поста, получим абсолютную отметку нуля графика поста.

Гидрологический створ водпоста намечается перпендикулярно к направлению течения. В створе водпоста на берегу и на дне реки по одной линии устанавливаются сваи. Репер устанавливают на не затопляемой части берега выше уровня высоких вод.

По данным промеров в гидрометрическом створе водпоста строятся поперечные профили долины и водомерного поста. По поперечному профилю водомерного поста вычисляются следующие характеристики: площадь водного сечения, ширина реки, средняя глубина, наибольшая глубина, а также максимальный – половодный расход по меткам высоких вод.

Уклон водной поверхности – падение напора на единицу длины потока; для условий открытых водных потоков уклон определяется как отношение разности высотных отметок уровня на рассматриваемом участке к длине этого участка.

В качестве одного из уклонных постов принимается основной пост. Положение второго, собственно уклонного поста зависит от морфологии участка наблюдений и водного режима реки. В качестве уклонного поста используется самый удаленный поперечник, который рассматривается как запасной створ (урезный кол). Однако при наличии подходящих условий желательно второй уклонный пост переместить как можно дальше от первого − на 500 и более метров. При этом участок между постами должен располагаться в пределах морфологически однородного участка реки и в одинаковых точках русловых форм (на перегибах излучин, в плессовых лощинах и т. п.). Расчет уклона требует определения базиса уклонного поста − расстояния между створами и данных измерений (с помощью нивелира) превышений отметок урезных кольев [9].