§ 45. Изучение колебаний уровней воды

В состав гидрологических изысканий входит большой комплекс таких полевых работ, как наблюдения за уровнями воды в реках, озерах и искусственных водоемах; определение уклонов рек, пло­щадей живых сечений, скоростей течения, расходов воды, изучение речных наносов и многое другое.

Как указано в главе VI, наблюдения за этими элементами водного режима ведутся на специально устраиваемых постоянных или вре­менных постах и гидрологических станциях. В зависимости от по­ставленных задач, сроков наблюдений и объема информации станции и посты (в системе ГУГМС) делятся на несколько разрядов. Гидро­логические станции делятся на два разряда, речные посты — на три разряда. На постах III разряда ведутся наблюдения за колебаниями уровня, температурой воды и воздуха, за ледовыми явлениями. На постах II и I разрядов объем наблюдений дополнительно увели­чивается за счет определения расходов воды, расхода взвешенных и донных наносов.

При изысканиях для строительства инженерных сооружений ведомственные организации устраивают посты с ограниченным сро­ком их работы, хотя этот срок может составлять промежуток от нескольких месяцев до нескольких лет. Состав и сроки наблюдений на таких постах определяются кругом задач, решаемых в ходе про­ектирования инженерного сооружения. Поэтому, кроме своих пря­мых функций — давать информацию о водном режиме водотока, водомерные посты выполняют важную роль при русловых съемках, при проведении работ по составлению продольного профиля реки и др.

Для наблюдений за уровнями воды в реке применяются различ­ные по устройству водомерные посты: реечные, свайные, смешан­ные, саморегистрирующие.

Реечные посты, как следует из названия, представляют собой рейку, укрепленную на надежно забитой в грунт свае (рис. 74), на устое моста, облицовке набережной или естественной вертикаль­ной береговой скале. Длина рейки, прикрепляемой к свае, 1—2 м.. Размер делений на рейке 1—2 см. Отсчеты уровня воды по рейке берут глазомерно с округлением до 1 см. Фиксировать уровень те­кущей, а часто и волнующейся поверхности воды с более высокой точностью затруднительно, впрочем, для большинства инженерных задач такая точность вполне достаточна. Если требуется более высокая точность, то рейку помещают в небольшую заводь (ковш), устраиваемую в береге у уреза воды и соединенную канавой с рекой.

Реечные водомерные посты преимущественно используют для наблюдений уровней, когда колебания их сравнительно невелики. На реках с большой амплитудой колебаний уровней или в периоды половодий и паводков применяют свайные посты.

Свайный водомерный пост (рис. 75) состоит из ряда свай, распо­лагаемых по створу перпендикулярно к течению реки. Сваи из сосны, дуба или железобетона диаметром 15—20 см забивают в грунт берега и дно реки на глубину около 1,5 м; превышение между головками соседних свай должно быть около 0,5—0,7 м, а если берег очень по­логий, то 0,2—0,5 м. На торцах свай краской подписывают их номера; самой верхней свае присваивают первый номер, последующие номера получают сваи, расположенные ниже.

Для фиксации уровня на свайных постах применяют небольшую переносную рейку с делениями через 1—2 см; поперечное сечение рейки — ромбическое, при этом рейка лучше обтекается водой; на нижней части рейки имеется металлическая оковка, что позволяет уверенно фиксировать установку рейки на шляпке кованого гвоздя забитого в торец сваи.

При отсчете уровня наблюдатель ставит переносную рейку на ближайшую к берегу сваю, покрытую водой, и записывает в журнале отсчет по рейке и номер сваи.

Смешанные водомерные посты представляют собой комбинация реечного поста со свайным. На таких постах фиксация высокого уровня делается по сваям, а низких уровней — по рейке.

Для непрерывной регистрации колебаний уровня применяются специальные приборы — ламниграфы, которые все изменения уровня записывают на ленту, приводимую в движение часовым механизмом.. Из специальных средств для измерений уровней можно назвать рейки максимума и рейки минимума, т. е. простейшие устройства, дозволяющие фиксировать наивысший или наинизший уровни за какой-то отрезок времени.

Для постоянного контроля за устойчивостью рейки или свай вблизи водомерного поста устанавливают репер, обычно по створу свай водомерного поста, тогда он одновременно является постоянным началом (ПН) счета расстояний, своеобразным началом пикетажа.

Как указано выше, на большинстве водомерных постов система высот условная. Началом счета высот является нуль графика. На реечных водомерных постах нуль графика часто совмещают с нулем водомерной рейки.

Частная система высот на водомерном посту позволяет решать подавляющее число задач по изучению водного режима реки. Однако для ряда задач проектирования сооружений требуется знать не только условные, но и абсолютные (балтийские) высоты уровней. Для этой цели водомерные посты, точнее реперы водомерных постов, привязывают к ближайшим реперам государственной нивелирной сети. Для определения абсолютной отметки уровня воды производят следующий расчет:

Абсолютная отметка 0 графика ............108,96 м

Превышение головки сваи над 0 ...........1,36,м

Отсчет по переносной рейке..................0,39 м

Абсолютная отметка уровня воды…….110,71 м

В состав наблюдений на водомерном посту, помимо наблюдений за уровнем, входят визуальные наблюдения за состоянием реки (ледостав, ледоход, чисто), состоянием погоды, 8а температурой воды, воздуха, осадками, толщиной льда.

Толщину льда измеряют специальной рейкой; температуру воздуха — термометром-пращом, а температуру воды — водяным термометром.

На постоянных водомерных постах наблюдения ведут ежесуточно в 8 и 20 ч. Если колебания уровня незначительны, то наблюдения можно вести один раз в сутки (8 ч). При решении специальных задач, а также в периоды половодья или паводка фиксация уровня делается чаще, иногда через 2 ч.

Результаты наблюдений на водомерном посту заносят в журнал. Первичная обработка водомерных наблюдений состоит из приве­дения отсчетов по рейке к нулю графика водомерного поста, составле­ния сводки, где показывают ежедневные среднесуточные уровни, и построения графика ежедневных уровней, на котором условными значками показывают ледостав, ледоход и другие ледовые явления, имевшие место на реке.

Систематизированные результаты наблюдений уровней на всей сети водомерных постов данного речного бассейна периодически публикуются в гидрологических ежегодниках.

Для получения полноценных материалов наблюдений и гарантии сохранности водомерного поста на весь намеченный срок работы рекомендуется специально выбирать место для установки поста. При этом желательно, чтобы участок реки был прямолинейным, русло устойчивым от размыва или намыва, чтобы берег имел среднюю пологость и был защищен от ледохода; поблизости не должно быть речных причалов; на показания поста не должен влиять подпор от плотины или близрасположенного притока; постом удобней пользо­ваться, если он находится вблизи населенного пункта. Строго сов­мещать водомерный пост с осью будущего инженерного сооружения нет необходимости.

На гидрологических станциях, водомерных постах I и II разря­дов, а также при ведомственных изысканиях разбивается гидро­метрический створ, используемый для регулярных опре­делений скоростей течения, расходов воды и наносов. На этом участке реки течение воды должно быть параллельноструйным, что обеспе­чивается его прямолинейностью и правильным — корытообразным профилем дна. Если предполагается на гидрометрическом створе вести регулярные и продолжительные наблюдения, то его оборудуют мостками, подвесными люльками или снабжают плавательными сред­ствами (паромом или лодками).