2. Методы вычисления стока при ледовых явлениях

Свальные знаки обозоначают места, где направление течения не совпадает с направлением судового хода.

Свальные знаки устанавливаются вблизи кромочных знаков на кромке судового хода, противоположной свалу течения, так что линия установки знаков показывает направление свального течения.
Знаки левой кромки – буй или бакен треугольного силуэта, их нижняя половина черного цвета, верхняя белого.
Знаки правой кромки – буй или бакен прямоугольного силуэта красного цвета, нижняя половина которых – черного или белого цвета.
Разделительные знаки обозначают места разделения (разветвления) судового хода.

Знаки имеют треугольный силуэт.
Окрашены чередующимися вертикальными полосами красного и черного (или белого) цвета.
Допускается использование вместо разделительного знака двух кромочных (парных) знаков – левой и правой кромок судового хода.

Рис 9. Осевые (а) и поворотно-осевые (б) знаки
Осевые знаки устанавливаются по оси судового хода (при его ширине не менее 300 м), разделяя его на две ходовые полосы – для судов, идущих вверх по течению, и для судов, идущих вниз по течению.
Ориентировка по осевым знакам осуществляется по принципу – «следуй от знака к знаку, оставляя его слева». Для обозначения оси судового хода используют осевые буи и вехи, а для обозначения поворота судового хода – поворотно-осевые буи и вехи.

Осевые буи и вехи имеют треугольный или линейный силуэт, окрашенный двумя черными и тремя белыми, равными по ширине, горизонтальными чередующимися полосами. Веха имеет на вершине круглую (шаровую) топовую фигуру черного цвета.
Поворотно-осевые буиимеют такую же форму, как и осевые (треугольную или линейную). Надстройка его окрашена двумя черными или белыми и тремя красными, равными по ширине, горизонтальными чередующимися полосами.
Поворотно-осевая веха окрашена двумя черными или белыми и тремя красными, горизонтальными чередующимися полосами. Топовая фигура вехи – черный шар.

1. Организация промерных работ с помощью комплекса Эхолот-GPS.

Промерные работы заключаются в определении координат x, y, z, где х и у – плановые координаты, а z – глубина.

С помощью GPS-устройства определяются плановые координаты. GPS бывают одночастотые и многочастотные. Одночастотные – обычные, точность около 6 м, при ширине более 100 м, используется метод обратной засечки. У многочастотных тонность около 0, 1 м. Принципиальные отличия измерений стоит уточнить.

Эхолотом измеряется глубина z. Излучатель дает звуковой сигнал в частотах 20-500кГц. Скорость звука в воде известна, т. ч. принимается за константу (в океане зависит от физико-химических свойств воды). Эхолот фиксирует время от испускания импульса до его отражения обратно. h = V*t/2. В зависимости от механического состава дна меняют частоту (чем оно мягче – ил, тем частота меньше). Так можно измерять и толщину осадочного слоя, меняя частоту (большая – больше пробивает). Важно, что эхолоты не работают на глубинах меньших 0, 5 м.
Принцип работы многолучевого эхолота заключен в том, что он испускает бесконечное множество лучей таким образом, что угол между самым «правым» и самым «левым» из лучей составляет 45^о. Самым точным считается самый короткий луч. Небольшой пэйнтарт по этому поводу

2. Производство работ на водомерном посту.

Гидрологическим постом называют пункт на реке/море/озере, установленный с соблюдением требований и оборудованный для проведения систематических гидрологических наблюдений. Водомерные посты должны обладать следующими принципами устройства: надежность, постоянство, единая система наблюдений (данные сравнимы за весь период работы поста, сопоставимы с другими постами на той же реке).  

Водомерный пост состоит из водомерного устройства (свая, рейка) и репера.

Требования к участку размещения поста. Участок должен быть характерным, прямолинейным. Должен иметься 0 поста – условная горизонтальная плоскость, устанавливаемая ниже минимального ожидаемого уровня на полметра.

Уровень воды - высота водной поверхности, над условной горизонтальной плоскостью сравнения (0 графика гидропоста).

Типы водомерных устройств (головка сваи, нуль рейки). Водомерные устройства – приборы для измерения уровня воды (водомерная рейка (-игольчатая (для высокоточных измерений), максимальная(max уровень воды - рейка окрашена гуашью в какой-либо цвет, при подъеме воды он смывается, макс уровень - по границе смывшейся и окрашенной частям рейки), минимальная(min уровень воды)), светодальномер, ручной лот, наметка).

Основным типом постов в России являются свайные. Водомерные сваи устанавливают в одном створе, перпендикулярно течению реки. Количество свай зависит от колебаний уровня воды. Головка верхней сваи должна располагаться на 0, 5 м выше наивысшего ожидаемого уровня воды в реке, а нижняя- ниже на 0, 5 м наинизшего уровня. Разность отметок соседних двух свай не должна превышать 0, 8м, при этом головки свай не должны выступать над поверхностью земли более чем на 15 см. Посты должны быть оборудованы стандартными металлическими винтовыми сваями, которые подобно штопору завинчиваются в землю на береговом склоне гидропоста. Сваи нумеруются последовательно, начиная с самой верхней.

После установки сваи производят их нивелировку. Отметка каждой сваи, полученная при нивелировке, является нулем наблюдения, когда отсчет уровня берется по данной свае. Для измерения уровня воды используют водомерные рейки. Отсчеты берутся с точностью до см. Если уровень посередине между делениями, записывается четное.

Превышение нуля наблюдений водомерного устройства над нулем графика поста называют приводкой сваи.

Уровень воды над нулем графика поста = отсчет по переносной рейке над нулем наблюдения + приводка сваи, над которой производится отсчет уровня.

Состав наблюдений. На постах 3 разряда измеряются уровень, температура воды и ледовые явления. На постах 2 разряда-3+расходы. На постах 1 разряда-2+расход наносов, пробы на мутность и мониторинг качества.

Наблюдение:

· Наблюдатель записывает номер верхней сваи, закрытой водой.

· Снимает отсчет по водомерной рейке.

· Выполняется приводка по справочной таблице.

· Производится вычисление высоты уровня над нулем поста, получаемое при складывании приводки и превышения уровня воды над n-ой сваей, номер которой был записан.

Измерения уровня проводят в 8 и 20 часов, в случае паводка либо через 2 часа, либо чаще.

1. Устройство и принцип действия поплавка-интегратора. Определение направления течения поплавками. Устройство и принцип действия двойных привязных поплавков и определение ими поверхностных и глубинных скоростей и направлений течений.

Поплавки- интеграторы применяют для определения ср скоростей течения на вертикали. Поплавок погружают на дно, затем в определенный момент выпускают, и он начинает всплывать под действием силы Архимеда. Под действием скорости течения поплавок сносится вниз по течению. Рассматривая перемещения поплавка при всплытии за время dt можно написать: dl=udt и dh=v₁dt (l-расстояние от вертикали до точки всплытия, u-местная скорость, v₁-скорость верт подъема, h-глубина). Получаем: Vв=V₁*l/h (Vв-ср скорость на вертикали). Т. о. необходимо измерить только l и h. V1 определяется опытным путем испытаний в стоячей воде.

В качестве поплавков-интеграторов применяют деревянные, пластмассовые или другие легкие шарики, а иногда масляные капли, при измерении расхода воды с самолета.

2. Использование эффекта Доплера при измерении расходов воды.

При измерении расходов с помощью прибора Доплера направление течения определяется измерением интеграции векторов при последовательном перемещении прибора по линии перпендикулярной оси течения. Измерения производятся автоматически, важно чтобы перемещение прибора было меньше скорости течения не менее чем точность прибора (т. е. если точность прибора 0, 2м/с, а измеряемая скорость равна 0, 3 м/с, то разность между скоростью перемещения прибора и скоростью течения равна 0, 1м/с, следовательно, можно производить измерения).

3. Приборы для взятия проб влекомых наносов. Вычисление стока влекомых наносов.

Для изучения стока донных наносов применяют специальные приборы – наносоуловители, называемые донными батометрами. Принцип их действия заключается в следующем: прибор устанавливается на дне и в течение определенного времени улавливает влекомые наносы на участке дна, по ширине, равном отверстию прибора.

Две группы донных батометров:

а) батометры для мелких донных наносов (песок, гравий)

б) батометры для крупных донных наносов (гравий, галька)

К батометрам первой группы относится батометр «ДОН». Он применеятся в руслах с песчаными и гравелистыми наносами диаметром до 1 см. Масса около 30 кг. Применим при скоростях течения до 1, 5 м/с и глубинах до 20м. С оттяжками и бОльшим весом можно использовать при бОльших скоростях.

Состоит из двух основных частей: ловушки и кожуха. Ловушка представляет собой съемное дно прибора и состоит из плоского лотка 1 длиной 70 см, в который вкладывается рама 2 с жалюзийными перегородками. Передняя часть лотка образует трамплин, несколько выступающий перед входом в лоток. На бортах лотка с каждой стороны имеются по два ушка, за которые ловушка прикрепляется к кожуху 3 прибора.
                   Кожух представляет собой коробку в виде усеченного клина. В передней части кожух имеется дверца 4, прикрывающая входное отверстие батометра при подъеме. Когда батометр находится на дне, дверца при помощи пружины откидывается на верхнюю стенку кожуха. Задняя стенка кожуха имеет в верхней части выходное отверстие, перекрываемое дверцей при подъеме батометра. Обе дверцы приводятся в действие одновременно при помощи тросика и пружины. За выходным отверстием кожуха расположен раструб 5, через который вода выходит из батометра.

На верхней плоскости кожуха расположены: чугунный груз 6 в виде пластины, укрепленной болтами; руль 7, служащий для установки прибора по направлению течения; подвес в виде полой втулки 8, внутри которой установлен подвижной стержень с кольцом для подвеса батометра а тросе посредством карабина. В нижней части стержня подвеса укреплен ролик, через который пропущен тросик, открывающий дверцы. Штифт 9 служит для удержания дверец открытыми при опускании батометра. При установке прибора на дно дверцы остаются открытыми, а в момент начала подъема они захлопываются за счет натяжения несущего троса, чем предохраняются от смыва осевшие в ловушке наносы. На боковых плоскостях кожуха имеются по две задвижки, посредством которых кожух скрепляется с ловушкой и обр. единое целое.

Время выдержки прибора на дне принимается с таким расчетом, чтобы объем проб составлял 30-500 куб. см. Выдерживать батометр на дне более 10 мин не рекомендуется во избежание подмыва.

К батометрам второй группы относятся разновидности батометров, предназначенных для применения в основном на горных реках. Однако, учет стока наносов горных рек в значительной мере осложняется неоднородностью состава влекомых наносов по крупности фракций, значительными неровностями дна, сложенного галечно-валунными отложениями, а также большими скоростями течений.

Батометр Шамова состоит из корпуса, сетчатого ящика, крышки на выходном отверстии корпуса, руля и приспособления для подъема и опускания. Корпус имеет обтекаемую форму, верхняя поверхность корпуса наклонена вперед, задняя стенка 43х35см. Размеры входного отверстия 20х20см, выходного 10х40см. Внутри корпуса между двумя направляющими планками находится сетчатый ящик. Батометр опускается на дно на тросе с открытой крышкой. Расположиться по направлению донных струй потока помогает руль.

Батометр- сетка ГГИ состоит из металлической рамы и натянутой на нее проволочной сетки. Опускается на штанге. Размер ячеек устанавливается по наименьшему диаметру улавливаемой гальки.

Батометр Ангстрема. На трех лапках крепится металлический каркас. Передняя часть- полуокружность, к нижней ее части на каркас крепится гафрированная трубка, соединяющая входной отверстие 10х10см с уловительной сеткой, оттянутой цепочкой к третьей лапке. Вес прибора 2 кг, он способен принимать форму дна.

Элементарный расход донных наносов:

g=100ρ _д/tl= г/(м*с)

где ρ _д – количество наносов в пробе в граммах, t – продолжительность выдержки батометра в точке наблюдения в секундах, l – ширина входного отверстия батометра в сантиметрах

Для подсчета стока донных наносов строят график связи между зачениями расхода воды и расхода донных наносов: ось X – расход Q, ось Y – расход донных наносов G)

4. Устройства по наблюдению и регистрации уровня воды

Существует ряд устройств для наблюдения уровня воды. К ним относятся рейки и сваи.

Рейка должна быть надежно защищена от волнений и ледостава, от лесосплава и от судоходства. Устанавливается либо в специальные желобки, либо в швеллер (стальной чехол). Они должны перекрывать друг друга. Бывают металлические, чугунные (с фарфоровыми вставками), деревянные (не долго служит), стальные или эмалированные (в швеллере). Бывают также вертикальные (на мостах, отвесных склонах) и наклонные (на склонах).

Посты с наклонной рейкой удобны тем, что его рейка лучше защищена от ударов льдин и др. плавающих предметов, а при больших скоростях течения он более удобен для отсчетов уровня, чем посты с верт. рейкой, где отсчет может искажаться влиянием подпора от набега воды на сваю с рейкой. Цена деления h*sinα (где h – высота от одного конца рейки до другого, а альфа – это угол, между рейкой и горизонталью).

Свайные посты устанавливают в створе, перпендикулярно реке. Общее количество свай зависит от амплитуды уровня воды и склона. На пересыхающих реках нижняя свая ставится на 10-15см выше плеса. Длина сваи 220 см, но на поверхности торчит лишь оголовок, диаметром 10см, высотой около 15 см. Головка верхней сваи должна располагаться на 0, 25-05 м выше наивысшего ожидаемого уровня воды и настолько же ниже наинизшего.

Существуют самопишущие устройства уровня воды. Установка СУВ необходима при больших суточных амплитудах уровня, а также при резких изменениях вызванных паводками, приливными, сгонно-нагонными сооружениями, работой ГТС.

Самописец всегда состоит из устройства датчика уровня и из записывающего устройства, часто снабжаются передающими устройствами.

Датчики могут быть какими угодно: поплавки, манометрические, электрические, пневматические, лазерные, акустические и т. д.

Записывающие устройств: механические, электрические, аналоговые (к пр., потенциометр), буквопечатующие, перфорирующие, координирующие и т. д.

Важно правильно выбрать масштаб записи (зависит от уровня точности и амплитуды колебания уровней, обычно от 1: 1 до 1: 100). Также нужна специальная бумага (т. к. обычная расширяется при намокании и сжимается при просушке). Также важен масштаб по амплитуде. Движущей силой самописца бывают: пружина, подвешенная гирька, электромоторчик с часовым механизмом. Ленты самописца размещаются на барабанах и приводятся в движение либо часовым механизмом, либо попловком.

Самописец уровня воды «Валдай»

1 – металлический поплавок с грузом 2, подвешенный на тросе 3, на противоположном конце которого груз-противовес 4.

Пишущее устройство состоит из часового механизма, пера, 2х направляющих стержня.

Масштаб записи 1: 1, 2, 5, 10. Продолжительность 12 и 24 часа.

Самописец ГР-38.

Отличается от Валдая тем, что поплавок приводит в движение не барабан (как на Валдае), а стрелку. А барабан приводится в движение часовым механизмом.

Работает 8, 16, 32 дня – в зависимости от шестеренок. Часовой механизм приводит в движение барабан. Также может меняться масштаб записи 1: 40, 20, 5, 10, 4, 2, 1.

Ленту самописца снимают в офисе.

Уход за «Валдаем»: осмотр, чистка, регулировка ( также часового механизма).

В Чехии и Словакии используют самописец Метро 501.

Работает он 2, 4, 8 суток. Маштаб: 1. 40, 20, 5, 10, регистрируя амплитуду в 10, 5, 2, 5, 1, 25 м.

Самописцы устанавливаются на берегу и на водных объектак.