УЧЕБНАЯ ПРАКТИКА «МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ» (лето)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский государственный университет»
Кафедра гидрологии и охраны
водных ресурсов
УЧЕБНАЯ ПРАКТИКА «МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ»
Учебное пособие
для студентов географического факультета
направления 510900 «Гидрометеорология»
специальности 012700 «Гидрология»
Пермь 2009
Составители: канд. геогр. наук Д.Е. Клименко,
канд. геогр. наук В.М. Носков.
Учебная практика по гидрометрии в УНБ «Предуралье»: метод. пособие для студ. геогр. фак-та направления
510900 «Гидрометеорология» спец. 012700 «Гидрология» /
сост. Д.Е. Клименко, В.М. Носков; Перм. гос. ун-т. –
Пермь, 2009. – 180 с.
Методическое пособие разработано на кафедре гидрологии и
охраны водных ресурсов Пермского государственного университета в
соответствии с государственным образовательным стандартом и учебным планом по специальности 012700 «Гидрология».
Даются рекомендации по выполнению основных этапов работ
во время прохождения студентами 2-го года обучения полевой учебной гидрометрической практики в УНБ «Предуралье» на р. Сылва.
Рассматриваются топографические, гидрологические и метеорологические работы на участке учебного гидрологического поста.
Пособие полезно как в учебном процессе, так и в практической деятельности при организации и проведении полевых гидрологических работ.
Печатается по решению методической комиссии географического факультета Пермского государственного университета.
Рецензенты:
д-р геогр.наук, профессор, академик РАЕН А.П. Лепихин
(Камский филиал Российского научно-исследовательского
института водного хозяйства)
© Клименко Д.Е., Носков В.М., 2009
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................. 5
1. РЕКОГНОСЦИРОВОЧНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ УЧАСТКА ............. 5
2. НИВЕЛИРНЫЕ РАБОТЫ.................................................................... 10
2.1. Высотная привязка реперов станции к государственной сети ...... 10
2.2. Нивелирование водомерных постов ................................................ 15
2.3. Нивелирование мгновенного уклона водной поверхности и уклона
водной поверхности при УВВ ................................................................. 23
2.4. Нивелирование морфоствора долины р. Сылва.............................. 24
3. НАБЛЮДЕНИЯ НА ВОДОМЕРНОМ ПОСТУ................................. 28
4. ПОЛЕВЫЕ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ................................. 31
4.1. Промерные работы (русловая съемка)............................................. 31
4.2. Разбивка гидрометрического створа. Уточнение положения
гидростовра ............................................................................................... 33
4.3. Промеры глубин на гидрометрическом створе............................... 36
4.4. Назначение скоростных вертикалей. Оборудование веерного
гидроствора ............................................................................................... 38
4.5. Измерение расходов воды................................................................. 39
5. КАМЕРАЛЬНЫЕ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ...................... 47
5.1.
Вычисление
графоаналитическим
способом
расхода
воды,
измеренного поверхностными поплавками............................................ 47
5.2. Вычисление расходов воды, измеренных гидрометрической
вертушкой.................................................................................................. 50
6. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ...................................... 61
7. СОДЕРЖАНИЕ УЧАСТКА ПОСТА. РАЗНЫЕ РАБОТЫ. .............. 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..................................................... 74
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ..................................................................................... 75
3
ОПИСАНИЯ И УКАЗАНИЯ ПО СБОРКЕ И РАЗБОРКЕ
ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕРТУШЕК .............................................. 75
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ..................................................................................... 82
ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ И УХОДА ЗА
ГИДРОМЕТРИЧЕСКИМИ ВЕРТУШКАМИ ................................... 82
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ..................................................................................... 86
БЛАНК КГ-7М(н) ................................................................................... 86
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ..................................................................................... 94
БЛАНК КГ-3М(н) ................................................................................... 94
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ................................................................................... 110
БЛАНК КГ-3М(н)Д .............................................................................. 110
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ................................................................................... 130
ВКЛАДНОЙ ЛИСТ КГ-3а .................................................................. 130
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ................................................................................... 132
ТАБЛИЦА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА ОБОРОТОВ............. 132
ВЕРТУШКИ В СЕКУНДУ.................................................................. 132
ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ................................................................................... 133
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ............................................................................................ 133
4
ВВЕДЕНИЕ
Цель настоящего учебного пособия – оказать помощь студентам и преподавателю при организации или прохождении полевой
учебной гидрометрической практики в УНБ «Предуралье». В нем описываются все основные этапы полевых работ, выполняемых на учебном гидрологическом посту в ходе практики. Даются краткие указания
по содержанию работ и последовательности их проведения, рассматриваютсяиспользуемые при этом приборы и оборудование, нормы времени на выполнение отдельных видов работ, а также подробные методические указания по выполнению данного вида работ.
Группа разбивается на бригады, состоящие из двух человек, за
исключением случаев, в которых согласно требованиям техники безопасности число исполнителей должно быть больше двух (количество
исполнителей оговорено в разделах пособия).
Распределение студентов на отдельные участки (виды) работ
выполняет руководитель исходя из требований техники безопасности,
погодных условий, личных качеств студентов, текущих хозяйственноорганизационных мероприятий на территории УНБ «Предуралье».
Контроль сроков выполнения работ, хода их выполнения, качества
работы осуществляет руководитель гидрометрической практики.
Руководство ходом практики возлагается на двух преподавателей.
После окончания каждого вида работ, обработки материалов и
их проверки полевой материал предоставляется на проверку руководителю практики.
В учебном пособии рассматриваются лишь основные виды
работ. Требования по технике безопасности, внутреннему распорядку
и т.д. регламентируются инструкцией по технике безопасности, правилами внутреннего распорядка Пермского государственного университета, действующими нормативными и законодательными документами
Российской Федерации, Пермского края, Пермского государственного
университета, а также приказами и распоряжениями непосредственного руководителя учебной практики.
1. РЕКОГНОСЦИРОВОЧНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ УЧАСТКА
Содержание работы: ознакомление с картографическими материалами и материалами по гидрографии реки, размещением действующих постов и знаков геодезической сети; общий осмотр участка
реки (долина, пойма, берега, русло); определение основных гидрологических характеристик реки (выявление мест забора, сброса вод, вы5
хода грунтовых вод); опрос местных жителей о характеристиках режима реки (максимальные и минимальные уровни, характер ледохода,
половодья и т.д.); фотографирование характерных участков.
Исполнители: отряд, состоящий не менее чем из 4 чел.
Используемые инструменты и оборудование: эклиметр; горный компас; рулетка; фотоаппарат.
Нормы времени на выполнение работ:
Норма врем., чел.-ч
30,4
Методические указания по выполнению работ. Гидрографическое рекогносцирование выполняется в соответствии с указаниями
Наставления по рекогносцировочным гидрографическим исследованиям рек (Л.: Гидрометеоиздат, 1949)
Место для проведения гидрологических наблюдений должно
удовлетворять трем условиям:
1)
режим реки должен быть характерным для достаточно
большого участка (района), что позволит использовать результаты наблюдений для гидрологических прогнозов, расчетов и информации;
2)
место (участок) должно быть удобно для проведения
наблюдений, чтобы обеспечить наибольшую их точность в данных
условиях;
3)
вблизи от участка должны быть средства связи (телефон, телеграф, радио), что важно для информационных (оперативных)
постов.
Выбирая место наблюдений, следует оценить природные условия с точки зрения их соответствия наиболее удобному производству наблюдений, а также определить необходимость и возможность
осуществления разного рода искусственных мероприятий для повышения удобства наблюдений (расчистка русла и поймы, устройство
переправы, гидрометрических сооружений и др.)
Участок реки, предназначенный для организации стационарных гидрологических наблюдений за стоком воды, должен быть прямолинейным, по крайней мере, на протяжении трехкратной ширины
между бровками меженного русла реки, с однообразными по длине
участка шириной, глубиной и продольным уклоном водной поверхности и по возможности с правильной формой профиля поперечного сечения. На равнинных реках, характеризующихся чередованием плёсов
и перекатов, предпочтение отдаётся плёсовым участкам, что обуславливает удобство и точность наблюдений в паводочный период.
6
На участке, а также непосредственно ниже его, не должны
впадать крупные притоки, находиться неустойчивые перекаты и острова, которые могут вызывать косоструйность течения, поперечные
уклоны, заторы и зажоры льда и другие явления, нарушающие правильность и однообразие течения.
Берега и русло должны быть устойчивыми, а также не подверженными значительному зарастанию растительностью. Пойма, если ее нельзя избежать, должна быть наименьшей ширины, по возможности ровная, без проток, стариц, возвышенностей и свободная от древесной и кустарниковой растительности. Коренные берега должны
быть параллельными между собою хотя бы на протяжении половины
ширины разлива при высоком стоянии уровня воды.
Выбору участка должно предшествовать предварительное
всестороннее ознакомление с районом по имеющимся литературным,
архивным материалам и другим источникам и рекогносцировочное
обследование реки.
В результате предварительного ознакомления с материалами
по району выбираемого участка для производства гидрологических
наблюдений необходимо выяснить:
основные черты гидрологического режима реки;
гидрографические и морфометрические характеристики участка;
наличие поблизости постов разной ведомственной принадлежности;
наличие знаков геодезической сети;
наличие крупномасштабных карт, профилей реки;
современное состояние путей сообщения и средств связи;
наличие и перспективы развития населенных пунктов;
наличие энергопитания.
На основании собранных сведений и имеющихся картографических материалов предварительно по карте намечается один или несколько участков реки, после чего производится рекогносцировка на
месте и выбор (из числа предварительно намеченных) участка, наиболее пригодного для оборудования гидрологического поста.
Рекогносцировка осуществляется не только в пределах предварительно намеченных участков для открытия поста, а на значительно большем протяжении вверх и вниз (до ближайших поворотов реки,
устьев притоков, перекатов, порогов, разветвлений на рукава).
При отсутствии крупномасштабных карт выполняется глазомерная съемка, позволяющая получить схематический план обследуемого участка с показанием очертаний меженного русла, коренных бе7
регов, основных элементов рельефа поймы и характера растительности
на ней. Особое внимание обращается на условия движения потока в
половодье или паводок, для чего определяются положения урезов воды при наивысшем уровне, отмечаются места отчленения от основного
русла пойменных понижений и проток и места их сочленения с основным руслом, устанавливается степень связи их с руслом (при каких
уровнях пойменные понижения начинают пропускать воду), отмечается наличие береговых валов и разрывов в них, как мест возможного
оттока воды из основного русла в пойму или наоборот.
На выкопировке с карты или плане глазомерной съемки показываются: выбранный участок в виде контура, урезы при наивысшем
уровне, контуры меженного русла и коренных берегов, основные элементы рельефа поймы и ситуации (рис.1).
.
Рис.1. План участка реки в районе намечаемого поста, составленный по глазомерной съемке: 1- граница намеченного участка; 2 - урез воды при наивысшем уровне;
3 - профили.
В результате обследования составляется гидрографическое
описание участка по следующему плану.
Общие сведения о реке
1.1. Название реки. Шифр реки. Административное положение. Координаты истока и устья. Длина реки. Площадь водосбора.
Список основных притоков. Время обследования. Гидрографическая
схема.
1.2. Описание реки, ее характера и режима (их особенностей и
изменений по длине потока), качества воды, использования (хозяйственного значения).
8
1.3. Сведения об изученности реки – исследования и изыскания (когда, какой организацией производились, их характер и состав,
где находятся материалы).
1.4. Литературные и архивные источники (перечень основных
литерных и архивных материалов по реке).
Примечание. Помещается продольный профиль реки.
Описание участка поста
Примечание. Помещается схематический план участка реки.
2.1. Местность, прилегающая к речной долине. Рельеф, растительность, грунты, дорожная сеть и условия проходимости.
2.2. Долина. Тип долины. Ширина долины, места характерных
сужений и расширений. Склоны – их высота, внешний вид, крутизна,
рассеченность, растительность, грунты. Террасы – их количество, высота залегания над рекой, высота и крутизна уступа, уклон (продольный и поперечный), ширина, изрезанность, растительность и грунты.
Оползни, осыпи и выходы грунтовых вод. Дороги, проходящие по
склонам и дну долины.
Примечание. Помещаются поперечные профили долины.
2.3. Пойма. Положение поймы в плане и по высоте. Ширина
поймы (наибольшая, наименьшая и преобладающая). Характер поверхности (рельеф, пересеченность). Растительность и грунты. Затопление поймы – сроки, глубина, продолжительность. Проходимость
поймы по сезонам.
2.4. Русло. Извилистость и разветвленность русла; острова,
протоки, рукава, старицы, заливы. Русловые образования (плесы и перекаты, пороги, пороги-водопады, осередки, отмели, косы). Уклоны
водной поверхности. Подпор естественный и искусственный. Ширина,
глубина и скорость течения на плесах и перекатах, а также в отдельных пунктах и для всего участка (преобладающая, наибольшая и наименьшая). Пересыхание реки (полное или частичное). Неустойчивость
русла. Зарастаемость и засоренность русла. Дно (характер и грунты).
Берега реки (высота, крутизна, растительность, грунты, разрушаемость; их обвалование).
2.5. Мосты и переправы. Местоположение. Тип, материал и
конструкция. Размеры (длина, ширина). Грузоподъемность. Подъезды.
2.6. Броды. Местоположение и вид брода. Размеры.
2.7. Использование реки. Судоходство – судоходные участки,
вид судоходства (пассажирское, товарное), его интенсивность, типы
судов, главнейшие пристани, причалы, затоны. Сроки и продолжительность навигации.
9
2.8. Гидрометеорологические станции и посты. Основные сведения о действующих и ранее существовавших гидрологических станциях.
2. НИВЕЛИРНЫЕ РАБОТЫ
2.1. Высотная привязка реперов станции к государственной сети
Содержание работы: рекогносцировка хода; поиск реперов;
вскрытие и закрытие реперов; поверка нивелира и нивелирных реек;
геометрическое нивелирование IV класса; записи и вычисления в полевом журнале.
Исполнители: 2 чел. (нивелировщик и речник).
Используемые инструменты и оборудование: нивелир точный
(Н-3, Н-3К, Н-3КЛ, Sokkia C-3-30 и др.), рейка шашечная двусторонняя РН-3000, штатив (типа ШР), мерная лента (любого типа), геодезический зонт, топор, колья (при необходимости – костыли, башмаки).
Нормы времени на выполнение работ
Число штативов на 1 км хода
5-8
9-11
12-17
18-27
Норма врем., чел.-ч
4,14
6,21
8,97
14,0
Методические указания по выполнению работ. В качестве исходного репера (марки) государственной высотной сети выбирается
репер, ближайший к станции (посту), имеющий переуравненную отметку в Балтийской системе – БС (над нулем Кронштадтского футштока) и вошедший в каталог нивелировок I, II, III и IV классов. Наличие и местоположение такого репера (марки) определяется заблаговременно – путем запроса в отделе Государственного геодезического
надзора (ТИГГН). Если исходный репер находится не далее чем в 10
км (по возможному маршруту нивелирного хода) от участка поста, то
привязка к нему станционных постовых реперов выполняется персоналом станции.
Привязка станционных реперов к реперу государственной сети, находящемуся далее 10 км от участка станции, выполняется специальным нивелировочным отрядом под руководством опытного нивелировщика, сформированным УГМС или сторонней организацией по
договору с УГМС.
10
При длине хода до 50 км привязка станционных реперов осуществляется нивелированием IV класса; свыше 50 км – нивелированием III класса.
В обоих случаях нивелирование производится в два хода в
прямом и обратном направлении или двойным ходом в одну сторону,
т. е. двумя нивелировщиками, идущими друг ха другом.
Материалы высотной привязки реперов станции (поста) к государственной сети обрабатываются и оформляются в соответствии с
требованиями «Наставления по нивелированию III и IV классов и по
высотным теодолитным ходам» (изд. ГУГК).
Предварительно до нивелирования производится рекогносцировка маршрута нивелирного хода (выбирают существующие дороги,
лесные просеки и избегают заболоченных участков местности, даже за
счет удлинения хода). При невозможности избежать заболоченных
или других участков со слабым грунтом установка реек и нивелира
производится на колья, забитые на глубину, обеспечивающую их полную устойчивость.
При рекогносцировке маршрута следует наметить пути обхода
препятствий – глубоких и обрывистых оврагов, балок и т. п. Передача
отметки через них путем перекидки при длине визирного луча, превышающей 100 м, не допускается.
При рекогносцировке отыскиваются существующие по выбранному ходу реперы, а при отсутствии их намечаются пункты установки промежуточных реперов с таким расчетом, чтобы один репер
приходился в зависимости от населенности местности на 6-10 км протяжения хода. Кроме того, целесообразно наметить через 2-3 км точки
на местных предметах (мостовых устоях, цоколях зданий, валунах и
т.п.), которые позволят осуществлять промежуточный контроль невязки по обоим ходам.
При нивелировании IV класса применяются нивелиры с ценой
деления уровня, не превышающей 25", с увеличением трубы не менее
25 крат и двусторонние выверенные рейки с круглыми уровнями. Нивелирование IV класса производится из середины (при равных расстояниях до реек) при нормальной длине визирного луча, не превышающей 100 м. Допустимое расхождение в расстояниях, определяемых по дальномеру или шагами, от нивелира до реек не должно превышать 3 м. Рейки устанавливаются отвесно по уровню на прочно забитые в землю башмаки, костыли или колья длиной не менее 30 см и
толщиной не менее 5 см. Визирный луч нивелира должен проходить не
менее чем в 300 мм над поверхностью земли.
11
Перед началом работ нивелир тщательно выверяется. Поверки
его повторяются в начале каждого рабочего дня.
При переходе на каждую последующую станцию передняя
рейка предыдущей станции становится задней. Отсчеты по рейкам на
каждой станции производятся в следующем порядке:
по черной стороне задней рейки;
черной стороне передней рейки;
красной стороне передней рейки;
красной стороне задней рейки.
При отсутствии двусторонних реек допускается применение
односторонних. В этом случае после отсчета по задней и передней
рейкам изменяется горизонт инструмента не менее чем на 10 см. Изменение горизонта инструмента только компенсирует отсутствие двусторонних реек и его отнюдь нельзя рассматривать как какую-то замену второго хода. Второй ход выполняется другим нивелировщиком
(или повторяется первым), совершенно самостоятельно, выполняя на
каждой станции работу в указанном выше порядке.
Вычисление результатов наблюдений и контрольные вычисления на каждой станции производятся сразу же после записи, не снимая нивелира.
Расхождения в превышениях, полученные по черным и красным сторонам реек или при двух горизонтах инструмента, не должны
превышать 3 мм. При больших расхождениях вся работа на станции
повторяется. Во время нивелирования инструмент следует защищать
от солнца зонтом. На время перерыва в работе нивелир убирается в
ящик. Предварительно он обязательно очищается от пыли, а в сырую
погоду просушивается в помещении или палатке и лишь в крайнем
случае протирается (укладывать инструмент в ящик следует только
сухим).
Если исходным репером государственной сети, к которому
привязывается ход, является стенная марка с отверстием в центре, то
для привязки к ней используется двусторонняя подвесная рейка. Центр
отверстия в рейке совмещается с центром отверстия марки при помощи специальной шпильки. Если визирный луч нивелира проходит ниже центра марки, то отсчет по рейке записывается со знаком минус.
При отсутствии подвесной рейки привязка производится следующим образом. При горизонтальном положении трубы нивелира
проецируют на стену и прочерчивают на ней острым карандашом положение трех нитей. Расстояние (по вертикали) от центра марки до
полученных линий измеряют металлической рулеткой или линейкой с
точностью до 1 мм. В журнале зарисовывают положение марки и про12
екции нитей, записывают с соответствующими знаками измеренные
расстояния (в миллиметрах) и используют их как отсчеты по рейке. В
этом случае превышение визирной оси над центром марки находится
как среднее арифметическое из трех отсчетов.
Если сетка нитей имеет только одну горизонтальную нить, то
привязка делается при двух горизонтах инструмента. В случае применения подвесной рейки достаточно произвести отсчет по обеим ее сторонам по одной средней нити и при одном горизонте инструмента.
По окончании рабочего дня или перед большими дневными
перерывами отметки хода закрепляются не менее чем тремя прочно
забитыми кольями на местных предметах: каменных цоколях и фундаментах зданий, каменных мостовых опорах или парапетах, отдельных устойчивых валунах, на выступах скалы и т. п. Точка постановки
рейки на них четко обозначается.
После перерыва работа начинается от точек, к которым была
произведена привязка до перерыва. Расхождения взаимных превышений, полученных до и после перерыва работ между точками, к которым привязан ход, не должны превышать 5 мм.
Записи результатов наблюдений на точку, изменившую свою
высоту более чем на 5 мм, тут же в поле вычеркиваются. В тех случаях, когда привязка осуществляется в два нивелира, желательно, чтобы
второй нивелировщик, ведущий второй ход, закончил свой рабочий
день на этих же точках или занивелировал все эти точки, когда будет
проходить по этому же месту.
Если невязка окажется недопустимой, то в первую очередь
сличаются отметки общих для обоих ходов промежуточных точек –
промежуточных реперов, точек на местных предметах, и таким путем
может быть найден участок, на котором допущена ошибка. Нивелировка на этом участке должна быть повторена также в два хода.
Если участок, на котором допущена ошибка, не будет обнаружен указанным выше путем и окажется, что недопустимая невязка наблюдается на всем маршруте, нивелировка повторяется также в два
хода.
Окончательная отметка репера станции или поста принимается как средняя арифметическая из обоих ходов при допустимой невязке между ними.
При производстве повторной (контрольной) привязки репера
поста к реперу государственной сети, тому же самому, к которому была произведена первоначальная привязка, или при его утрате к другому реперу, могут встретиться два случая:
13
1. Отметка репера, полученная при повторном нивелировании,
отличается от прежней отметки на величину, меньшую допустимой
невязки, отвечающей длине повторного хода. В этом случае первоначальная отметка репера поста остается без изменений.
2. Отметка репера, полученная при повторном нивелировании,
отличается от прежней отметки на величину, большую допустимой
невязки, отвечающей длине повторного хода. В этом случае отметка
репера поста принимается по результатам повторного нивелирования.
На территории УНБ «Предуралье» выполняется привязка основных реперов основного (Rpосн) и уклонного (Rpукл) постов к контрольному реперу (Rpконтр). Rpконтр служит для проверки положения Rpосн и
Rpукл и закрепления нуля поста.
Привязка основных реперов основного и уклонного постов ведется
замкнутым ходом: Rpконтр – Rpосн – Rpукл – Rpконтр . Каждый отрезок замкнутого
хода (между парами реперов) нивелируется двумя ходами: прямым и обратным. Результаты привязки оформляются в журнале привязки реперов станции
(поста) к государственной сети (КГ-65).
Журнал заполняется простым карандашом, записи должны
быть сделаны четко и ясно. Стирать и подчищать отсчеты нельзя. Если
неверно записан отсчет, он зачеркивается и строчкой ниже записывается правильный, или зачеркивается и переделывается вся станция.
Ошибочные записи в вычислениях аккуратно зачеркивают и сверху
записывают правильные.
Заполняют графу «среднее превышение» и на каждой странице
делают постраничный контроль: подсчитывают длину хода L, суммы
отсчетов по средней нити по черной и красной сторонам каждой рейки
заднюю (ΣZЗ) и переднюю (ΣZП), сумму превышений (h, мм) по
черной и красной сторонам реек (2Σh), сумму средних превышений (Σhcp, мм). Контроль заключается в том, что бы ΣZЗ-ΣZП= 2Σh, а
Σh= Σhcp. В случае невыполнения условий постраничного контроля
проверяется правильность отсчетов (дополнительно проверяются
вычисления пяток реек, превышения).
После того как сделан постраничный контроль, аналогично
выполняется контроль всего хода: вычисляются длина, суммы
отсчетов по задней и передней рейкам, двойное превышение и
превышение, среднее по ходу.
Затем по линии между исходными пунктами или по замкнутому ходу от одного пункта подсчитывают фактическую невязку (fф, мм),
которая не должна превышать допустимую невязку (fдоп, мм).
f доп = ±20 ⋅ 2 L , где L – число километров в ходе. Если fф< fдоп, составляется ведомость превышений и высот пунктов нивелирования.
14
Невязка разбрасывается в превышения пронивелированных
пунктов в виде поправок со знаком, обратным невязке, по величине
прямо пропорциональных числу километров в секции. По исправленным превышениям от исходных пунктов вычисляют высоты пронивелированных пунктов.
Нивелирование IV класса через водное препятствие шириной
200-400 м разрешается выполнять по урезу воды. На реке выбирают
прямолинейный участок со спокойным течением. Вблизи уреза воды
на обоих берегах выкапывают отводные канавы с ковшами. По сигналу в ковшах забивают по одному колу, чтобы срезы кольев оказались
одновременно на уровне воды. Работу выполняют в тихую погоду.
Колья в канавах тотчас же связывают нивелированием по ходу с реперами на берегах. Превышения между реперами на берегах равны сумме превышений по ходу. Нивелирование по урезу воды производят
дважды.
2.2. Нивелирование водомерных постов
Содержание работы: поверка нивелира и реек; нивелирование свай основного и уклонного постов, уровня воды; обработка журнала КГ-64; вычисление приводок свай.
Исполнители: 2 чел. (нивелировщик и речник).
Используемые инструменты и оборудование: нивелир точный
(Н-3, Н-3К, Н-3КЛ, Sokkia C-3-30 и др.), рейка шашечная двусторонняя РН-3000, штатив (типа ШР), геодезический зонт.
Нормы времени на выполнение работ
Количество нивелируемых свай
До 5
6-15
16-25
Норма врем., чел.-ч
3,22
5,75
8,43
Методические указания по выполнению работ. Нивелирование водомерного поста имеет целью определение высотного положения точек (нулей наблюдения) относительно постовых реперов и нуля
графика.
Для нивелирования применяются все современные типы нивелиров. Рейки применяются двусторонние, цельные трехметровые
(предпочтительно) или односторонние складные (раздвижные) при
условии систематической проверки правильности соединения их отдельных частей.
15
Нивелирование постовых устройств ведётся от основного репера к контрольному и от него к урезу воды. Если в результате 3-4 нивелировок установлено, что основной репер сохраняет устойчивое положение, то допускается нивелирование поста от контрольного репера
производить эпизодически один раз в 1-2 года, а обычное нивелирование – непосредственно от основного репера.
При этом в случае свайного поста необходимо следить, не изменяются ли в результате нивелирования все отметки свай на одну и
ту же близкую величину – это обычно указывает на изменение высотного положения контрольного репера. В таком случае следует отметку
контрольного репера проверить по основному.
Целесообразно также при контрольном нивелировании сравнить взаимное превышение контрольного репера и самой нижней сваи.
Допустимая невязка определяется по формуле
f доп = ±3 n ,
мм, где п – число станций в ходе.
При нивелировании поста нивелир во всех случаях устанавливается в створе поста или в стороне от него на равных расстояниях от
связующих точек. Расстояния от связующих точек должны быть не
менее 5 м и не более 40 м. Если связующая точка не является репером
или сваей поста, то рейка ставится на прочно забитый вровень с землей кол, костыль, на специальный нивелировочный башмак, выступ
скалы или устойчиво лежащий валун. Ставить рейку в связующей точке прямо на землю или подкладывать под нее камень категорически
запрещается.
Нивелирование вновь оборудованных или капитально отремонтированных постовых устройств от основного через контрольный
репер производится применительно к требованиям нивелирования IV
класса в два хода.
Нивелирование может быть выполнено следующими приемами. Первый прием. Нивелировщик от контрольного репера спускается
к реке и, закончив первый ход на нижней свае или рейке поста, возвращается с инструментом обратно к контрольному реперу и производит второй ход в том же направлении. Этот прием упрощает обработку
данных нивелировки. Второй прием. Двойной ход от контрольного
репера до постовых устройств (нижних свай свайного поста, реек и
т.п.) осуществляется ходом «вперед» и ходом «обратно», т. е. нивелировщик одним ходом спускается от контрольного репера к реке, а вторым поднимается от реки к контрольному реперу.
Этот прием требует меньшей затраты времени, особенно при
крутых, скальных берегах, но вызывает некоторое усложнение обработки результатов нивелирования.
16
При обоих приемах находится невязка между двумя ходами и
устанавливается, выходит ли она за допустимые проделы как для всего
хода в целом, так и для отдельных его участков. При первом приеме
невязка находится как разность между отметками, полученными по
тому и другому ходу последней точки, на которую сделан взгляд «вперед». Допустимая же невязка определяется по приведенной формуле,
где п – число станций по одному ходу. При втором приеме, т. е. при
ходах «вперед» и «обратно», невязка находится как разность между
принятой отметкой контрольного репера и отметкой этого же репера,
полученной при окончании нивелирования в результате последовательного суммирования превышений по всем станциям прямого и обратного ходов. Допустимая невязка в этом случае определяется также
по приведенной выше формуле, где п – суммарное число станций по
двум ходам. В случае недопустимой невязки, как при первом, так и
при втором приемах, нивелирование повторяется. При полученной
допустимой невязке в случае первого приема нивелирования окончательные отметки свай получаются как средние арифметические из значений, полученных по первому и второму ходам. Пример вычисления
отметок для свайного поста приведен в табл. 1.
Таблица 1
Пример вычисления отметок свай в первом случае
№ сваи
Rp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
по I ходу
104,377
102,861
102,058
101,493
100,864
100,153
99,438
98,752
98,110
97,436
96,775
96,213
95,579
94,897
Отметки
по II ходу
104,377
102,863
102,060
101,496
100,866
100,155
99,441
98,755
98,114
97,440
96,779
96,218
95,583
94,902
принятые
104,377
102,862
102,059
101,494
100,865
100,154
99,440
98,754
98,112
97,438
96,777
96,216
95,581
94,900
Примечание
Связующая
Связующая
Связующая
Связующая
Свая в воде
Ошибки: фактическая fф=-5 мм; допустимая fдоп=8,4 мм.
17
Вычисление окончательных отметок свай при нивелировании
по второму способу целесообразно, не исключая и других возможных
приемов, производить по следующей схеме.
Вычисляются последовательно по превышениям отметки всех
свай, являющихся как связующими, так и промежуточными точками
для обоих ходов. При этом отметка последней связующей точки хода
«вперед», какой является ближняя к урезу свая на обсохшем береговом
откосе, будет иметь одинаковую в обоих ходах отметку, так как для
хода «обратно» она является как бы исходной отметкой. Отметки всех
остальных свай и самого контрольного репера в ходе «обратно» за счет
невязки будут отличаться от отметок, полученных по ходу «вперед».
Разница в отметке контрольного репера и явится невязкой всего хода.
В случае допустимой невязки отметка контрольного репера и
все отметки свай, включая и ближайшую к берегу сваю, полученные
по ходу «обратно», исправляются на величину этой невязки. Если отметка контрольного репера по ходу «обратно» получилась больше
принятой его отметки, то все отметки соответственно уменьшаются, в
противном случае они увеличиваются на одну и ту же величину полученной невязки. За окончательные отметки принимается среднее
арифметическое из отметок хода «вперед» и исправленных отметок
хода «обратно».
Пример вычисления отметок для этого случая приведен в
табл.2.
Таблица 2
Пример вычисления отметок свай во втором случае
№ сваи
Rp
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Отметки
Примечание
по ходу
по ходу
испр. по ходу принятые
«вперед» «обратно»
«обратно»
104,377
104,385
104,377
104,377
102,863
102,869
102,861
102,862
102,060
102,065
102,057
102,058 Связующая
101,496
101,501
101,493
101,494
100,866
100,872
100,864
100,865
100,155
100,160
100,152
100,154
99,441
99,446
99,438
99,440 Связующая
98,755
98,759
98,751
98,753
98,114
98,114
98,106
98,110
97,440
97,442
97,434
97,437 Связующая
96,779
96,780
96,772
99,776
96,218
96,219
96,211
96,214
95,583
95,583
95,575
95,579 Связующая
94,902
94,903
94,895
95,898 Свая в воде
Ошибки: фактическая fф=+8 мм; допустимая fдоп=8,4 мм.
18
Контрольное нивелирование водомерного поста допустимо
производить в один ход, если общее количество станций не превышает
3-5, с обязательным изменением на каждой станции горизонта инструмента (при наличии односторонних реек) или с отсчетам по двум
сторонам рейки (при наличии двусторонних реек). Установка рейки на
головках свай, являющихся промежуточными точками при нивелировании свайного поста, и отсчет по рейке производятся при каждом из
двух горизонтов инструмента. Окончательные превышения и отметки
свай вычисляются как средние арифметические из превышений, полученных при каждом из двух горизонтов инструмента.
При наличии двусторонних реек отсчет по двум сторонам
производится также на каждой головке сваи независимо от того, является она промежуточной или связующей точкой. Окончательные превышения и отметки вычисляются как средние арифметические из превышений, полученных по той и другой сторонам рейки.
При нивелировании свайного поста определяются отметки
всех свай, находящихся выше уровня воды, и одной-двух свай, находящихся под водой, которые нивелируются как промежуточные точки.
Они не могут служить связующими точками.
При нивелировании реечного поста определяются отметки нулей всех имеющихся реек. Нивелирная рейка ставится при этом на
верхний обрез водомерной рейки или на гвоздь, забиваемый на границе целых дециметровых делений. Производить отсчет по нити нивелира, наводя ее непосредственно на водомерную рейку, не рекомендуется.
При нивелировании постовых устройств любого типа одновременно нивелируется уровень воды в створе поста по колу, забитому
вровень с поверхностью воды. Одновременно с забивкой кола отсчитывается уровень воды на посту обычным для данного типа поста способом и отмечается время, когда это сделано.
Отметки высот постовых устройств (нулей водомерных реек,
головок свай и др.) и их приводки к нулю графика поста, полученные в
результате обработки журнала нивелирования, переписываются в техническое дело поста с точностью до 1 мм и в текущую полевую книжку водомерных наблюдений (приводка с округлением до 1 см).
Результаты нивелирования оформляются в виде профиля водомерного поста, который прилагается к техническому делу гидрологической станции (поста) и его копиям. Профиль поста составляется
после его устройства или капитального ремонта и переоборудования.
Результаты последующих контрольных нивелировок (приводки) выпи-
19
сываются в строчки под имеющимся профилем поста с указанием даты.
На профиле (рис. 2, 3) должны быть показаны:
1) основной репер,
2) все водомерные рейки и сваи,
3) рабочий уровень воды (горизонтальной чертой с отметкой и
датой),
4) положение нуля графика поста (горизонтальной чертой с
отметкой),
5) высший и низший исторические уровни воды (горизонтальной чертой с отметкой и датой).
Под профилем должны быть выписаны:
1) номера постовых реперов, реек и свай;
2) расстояния свай, реек и реперов от постоянного начала с
точностью до 0,1 м;
3) приводки, т.е. высоты репера, головок свай и нулей реек
над нулем графика поста с точностью до 1 см.
20
Рис.2. Поперечный профиль основного поста р.Сылва – ст. Камаи.
21
Рис.3.Поперечный профиль нижнего уклонного поста р.Сылва – ст. Камаи.
22
2.3. Нивелирование мгновенного уклона водной поверхности и
уклона водной поверхности при УВВ
Содержание работы: забивка урезных кольев в подготовленных ковшах; поверка нивелира и нивелирных реек; измерение расстояний между кольями; геометрическое нивелирование кольев IV
класса; записи и вычисления в полевом журнале.
Исполнители: 2 чел. (нивелировщик и речник).
Используемые инструменты и оборудование: нивелир точный
(Н-3, Н-3К, Н-3КЛ, Sokkia C-3-30 и др.), рейка шашечная двусторонняя РН-3000, штатив (типа ШР), геодезический зонт, топор, колья (при
необходимости – костыли, башмаки).
Нормы времени на выполнение работ
Число штативов на 1 км хода
5-8
9-11
12-17
18-27
Норма врем., чел.-ч
4,14
6,21
8,97
14,0
Методические указания по выполнению работ. Нивелирование мгновенного профиля водной поверхности производится на снимаемом участке станции или поста, на выбранном участке, обычно
захватывающем верхний и нижний уклонные посты и участки, расположенные выше и ниже их на одну-две ширины меженного русла.
Нивелирование ведется по одному берегу двойным ходом IV
класса по кольям, забитым одновременно вровень с водой через 100200 м. Расстояния между кольями определяются дальномером.
Во избежание погрешностей на волнение при забивке кольев
последние забиваются в устроенных ковшах (вырытых «заливчиках»,
сообщающихся с основным руслом, отгороженных от него небольшими (20-30 см в ширину) перемычками из грунта).
Результаты нивелирования оформляются в книжках КГ-3, КГ7 (в графах, отведенных под нивелирование продольного уклона). В
случаях, если отведенных граф оказывается недостаточно для записей,
в книжку вклеивается лист-вкладыш с результатами нивелировки.
Одновременно с мгновенным уклоном водной поверхности
нивелируется уклон по меткам высоких вод. По длине участка набирается 5-10 меток высоких вод, а именно:
1) отложения травы, сора на ветвях деревьев и кустарника;
2) четкие линии на бетонных сооружениях мостов, парапетов
23
набережных;
3) линии пустынного загара на камнях;
4) граница роста мха на стволах хвойных деревьев и др.
Уклон водной поверхности при УВВ возможно определить
двумя способами:
1. В местах расположения урезных кольев определяется превышение меток УВВ над рабочим уровнем воды в районе урезного
кола, после чего на продольном профиле водной поверхности над линией рабочего уровня наносятся отметки УВВ, по которым проводится
осредненная линия продольного профиля при УВВ.
2. Метки УВВ нивелируются по длине участка без привязки к
рабочему уровню воды.
Уклон водной поверхности (I, ‰) вычисляется как отношение
величины падения (разницы уровней воды в крайнем верхнем и нижнем створах ΔH, м) к расстоянию между створами (L, км), умноженное
на 1000. Аналогично вычисляется уклон водной поверхности по материалам наблюдений на основном и уклонном посту, с известным расстоянием между постами.
2.4. Нивелирование морфоствора долины р. Сылва
Содержание работы: морфологическое обследование элементов русла, поймы и долины; поверка нивелира и нивелирных реек; измерение расстояний между нивелируемыми точками; геометрическое
нивелирование кольев IV класса; записи и вычисления в полевом журнале; описание вида, состава, высоты и густоты растительности между
пикетами; установление и нивелирование меток УВВ.
Исполнители: 2 чел. (нивелировщик и речник).
Используемые инструменты и оборудование: нивелир точный
(Н-3, Н-3К, Н-3КЛ, Sokkia C-3-30 и др.), рейка шашечная двусторонняя РН-3000, штатив (типа ШР), геодезический зонт, топор, колья (при
необходимости – костыли, башмаки).
Нормы времени на выполнение работ
Число штативов на 1 км хода
5-8
9-11
12-17
18-27
Норма врем., чел.-ч
4,14
6,21
8,97
14,0
24
Методические указания по выполнению работ. Целью составления морфоствора является расчет кривой расходов воды гидравлическим способом.
Нивелирование морфоствора ведется от урезов воды вверх по
склонам долины р. Сылва до отметок, на 0,5 м превышающих максимальные исторические уровни воды (устанавливаются путем опроса).
Крутой левобережный склон долины, подступающий непосредственно к руслу, не нивелируется – отметки склона устанавливаются методом ватерпасовки.
Ватерпасовка – простейший прием определения превышений
между точками (см. рис. 4).
репер
величина
превы
шения
уровень
ровная планка
нивелирная
рейка
сваи
Рис. 4. Схема ватерпасовки
Для выполнения ватерпасовки необходимы: ровная деревянная планка,
плотницкий (строительный) уровень, нивелирная или водомерная
(снегомерная) рейка. Деревянная планка одним концом укладывается
на склон, на нее кладется строительный уровень, по которому планка
выставляется строго горизонтально. Рейка устанавливается на урез
воды. По отметке, которую горизонтальная планка укажет на рейке,
определяется превышение, а по горизонтальной планке – расстояние
до следующей точки. После этого планка укладывается одним концом
на новую точку, а нивелирная рейка ставится на склон в месте примыкания горизонтальной планки – так определяется превышение между
первой и второй точками и т.д. В том случае, если расстояния между
точками велики, то определение превышения делается в несколько
приемов, с забивкой промежуточных кольев.
25
После определения превышений расчет отметок и расстояний
выполняется так: к отметке уровня воды прибавляем превышение по
нивелирной рейке, а к условному постоянному началу (урезу воды) –
расстояние по горизонтальной планке (и т.д., до достижения заданной
отметки на склоне).
Правобережный склон также нивелируется от уреза воды. Нивелируются все характерные элементы профиля. При этом в связующих точках рейка устанавливается на кол или на обух топора. В промежуточных точках допускается установка рейки на землю со снятием
отсчета только по черной стороне рейки. Расстояния между пикетами
измеряются либо мерной лентой, либо по дальномеру. После обработки нивелировки должны быть получены расстояния (горизонтальные
проложения) от уреза воды последовательно до каждого пикета, отметки пикетов.
Поперечный профиль русла (в отметках м БС) устанавливается на основании промеров, приведенных к рабочему уровню воды на
дату нивелировки морфоствора.
Высоты (м БС) рассчитываются от уровня воды, пересчитанного из отметок над нулем графика.
В итоге все расстояния пересчитываются от некоего постоянного начала (на лево- или правобережном склоне), отметки дна реки
по морфоствору включаются в общий перечень отметок. На основании
полученных данных строится поперечный профиль долины р. Сылва
(рис. 5).
Метки высоких вод нивелируются (или определяются ватерпасовкой) по ходу морфоствора. Видовой состав, густота и высота растительности между пикетами записываются на полях (или в столбце
«Примечание») нивелирного журнала.
Под профилем долины р. Сылва должны быть отображены
следующие данные:
1) расстояния от постоянного начала до характерных точек
профиля, и отметки этих точек в м БС;
2) характер растительности и грунтов между точками.
На профиль наносятся:
1) горизонтальной линией рабочий уровень воды, с обозначением и датой;
2) УВВ с указанием способа определения и происхождения
высших уровней (снеговые, дождевые, смешанного состава).
26
Рис. 5. Поперечный профиль долины р. Сылва в районе УНБ «Предуралье»
27
3. НАБЛЮДЕНИЯ НА ВОДОМЕРНОМ ПОСТУ
Содержание работы: установка в точку наблюдений водного
термометра; осмотр постовых устройств, лодки, участка поста, проведение визуальных наблюдений за ветром, волнением, распространением водной растительности; отсчеты по свае основного и уклонного
постов; запись в книжку КГ-1М(н) результатов наблюдений; перемещения на участке поста. Приведение отсчетов уровня воды к нулю
графика; вычисление среднего уровня воды за сутки; введение инструментальной поправки в показания водного термометра; вычисление
средней температуры воды за сутки; обработка результатов наблюдений на уклонном посту; проверка результатов вычислений.
Исполнители: 1 чел. (наблюдатель).
Используемые инструменты и оборудование: термометр ТМ16 в оправе ОТ-51; рейка водомерная (стальная ГР-104, плексигласовая
с успокоителем ГР-23).
Нормы времени на выполнение работ
Норма времени на 1 срок
22 мин
Методические указания по выполнению работ. Стандартные
наблюдения на водомерном посту включают:
1. Наблюдения за уровнем воды, т.е. за высотой водной поверхности водоёма над условной горизонтальной плоскостью сравнения. Эту плоскость, неизменную по высоте, принимают за «нуль» графика поста.
Уровни, измеряемые на гидрологическом посту, приводятся к
нулю графика, высотная отметка которого остается постоянной для
всего периода действия поста. Отметка нуля графика выбирается при
устройстве поста с таким расчетом, чтобы плоскость нуля графика
находилась не менее чем на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды в
водотоке, который можно ожидать в створе поста. При наличии постов, расположенных на коротком участке реки, имеющей небольшое
падение, целесообразно для всех постов назначать общий нуль графика.
Помимо нуля графика на постах имеется один или несколько
(при наличии ряда реек или свай) нулей наблюдений.
28
Под понятием «нуль наблюдений» подразумевается высотная
плоскость, от которой производится отсчет уровня воды в момент наблюдения: на реечном посту – это плоскость нуля рейки, на свайном –
головка сваи, по которой в этот момент ведут наблюдения.
Превышение нулей реек, головок свай или постоянно закреплённой точки над нулем графика поста называется приводкой этих
нулей наблюдений.
Наблюдения на гидрологическом посту могут быть начаты
только после того, как будут выполнены следующие работы:
• установлены постовые репера с приданием им отметок;
• назначена отметка нуля графика поста;
• нивелированием от репера поста установлены отметки нулей
наблюдений;
• вычислены приводки всех нулей наблюдений над нулём графика поста, т.е. разности отметок всех нулей реек, головок свай, постоянно закрепленных точек на передаточных постах и отметки нуля
графика.
По конструкции устройства для измерения уровня воды подразделяются на следующие типы: реечные, свайные, реечно-свайные.
Реечные устройства для измерений уровня находят применение при достаточно крутых берегах или на стенках гидротехнических
сооружений. Кроме вертикальных реек применяют и наклонные, устанавливаемые в местах, где имеется искусственное крепление береговых откосов.
Свайные устройства для измерения уровня воды наиболее
удобны для равнинных рек со значительной амплитудой колебания
уровней. В настоящее время свайные посты оборудуют стандартными
металлическими винтовыми сваями (ПИ-20). При отсутствии стандартных свай последние можно изготовлять из дерева прочных пород
(дуб, сосна, лиственница), а для временных – использовать отрезки
труб и балок.
Способы установки свай могут быть различными. В зависимости от типа свай и грунта сваи завинчиваются, забиваются или закапываются. Металлические винтовые сваи завинчиваются в грунт специальным ключом. Деревянные сваи забиваются в мягкие и торфяноилистые грунты ручной бабой (деревянной, металлической) массой 6080 кг. Сваи нумеруются по порядку, начиная с верхней от репера вниз.
Высота уровня воды на свайном посту измеряется переносной
рейкой. Рейки могут быть металлические (ГР-104), деревянные, а также с успокоителем (ГР-23).
29
Точность измерения уровня воды зависит от технических данных приборов, условий измерения и предъявляемых требований: рейка
переносная с успокоителем ГР-23 применяется для измерения уровня
воды при высоте волны до 0,4 м и обеспечивает точность отчета до ±
0,5 см, рейки переносные (металлическая ГР-104, деревянная) дают
точность измерения ±0,5 см при цене деления 1 см.
2. Наблюдения за температурой воды производятся на гидрологических постах и включают:
• систематические ежедневные измерения температуры воды в
постоянном месте (в прибрежной зоне или на стрежне реки);
• временные эпизодические измерения температуры воды в нескольких точках по длине и ширине реки с целью выявления типичности выбранного постоянного места измерений.
Место для измерений температуры воды выбирается в створе
или вблизи гидрологического поста в прибрежной части реки, на проточном участке с глубиной по возможности не менее 0,3-0,5 м. К месту
измерений не должны подходить струи родниковых или сбросы промышленных вод. Температура воды в месте измерений должна быть
типичной, т. е. мало отличаться от средней температуры воды во всем
водном сечении и на участке поста.
Правильность выбора постоянного места измерений температуры воды проверяется в первый год действия поста, а на действующих постах, на которых этого не было сделано своевременно, - в ближайший год. Проверка включает в себя: 1) одновременные наблюдения за температурой воды в постоянном месте у берега и в том же
створе (на стрежне реки) и 2) одновременные измерения температуры
воды в стрежневой зоне реки в нескольких точках по длине реки выше
поста.
На территории УНБ «Предуралье» для проверки репрезентативности места измерения температуры воды производятся синхронные наблюдения на переправе, в створах основного и уклонного постов, на стрежне.
Одновременные наблюдения у берега и на стрежне реки в постоянном створе ведутся в 8 и 20 ч ежедневно в течение одного сезона,
выборочно по 10-15 дней подряд в характерные фазы режима реки (в
паводок и межень).
Результаты поверочных измерений должны выявить: 1) типична ли температура воды, наблюденная в постоянной точке у берега,
для всей водной массы реки и допустимо ли продолжать наблюдения в
этой точке или их следует перенести; 2) свободно ли постоянное место
(створ) измерений температуры воды от местного искажения термиче30
ского режима реки вследствие природных или искусственно созданных условий на участке поста (выхода вблизи створа грунтовых вод,
сброса промышленных вод и т. п.).
Температура воды измеряется наблюдателем водным термометром с точностью до 0,1°. Запись результатов измерений ведется в
полевой книжке КГ-1М(н).
3. Наблюдения за температурой воздуха выполняются по сухому термометру аспирационного психрометра. Учитывая, что вблизи
гидрологического поста в ходе практики ведутся регулярные наблюдения за температурой воздуха, скоростью и направлением ветра на
метеоплощадке, этот вид наблюдений описан в отдельном разделе.
4. ПОЛЕВЫЕ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
4.1. Промерные работы (русловая съемка)
Промеры глубин производят по линиям (галсам), пересекающим водоем и расположенным на известном расстоянии друг от друга.
Планы составляются в изобатах в тех случаях, когда они предназначаются для проектирования мероприятий, непосредственно связанных эксплуатацией акваторий, и на них должны быть показаны
глубины. Для проектирования на воде объектов строительства, сопряженных с берегом, рельеф дна на планах изображается в горизонталях.
Высота сечения рельефа дна при изображении его изобатами
или горизонталями составляет:
– для специального и подробного промера – 0,5 м при глубинах до 10 м;
– для облегченного и рекогносцировочного промера – 0,5 м
для глубин менее 5 м и 1,0 м — для глубин более 5 м.
Независимо от способов измерения и указанной подробности
промера глубины отсчитываются с точностью: ±0,1 м — при глубинах
до 10 м, +0,2 м — при глубинах от 10 до 20 м и +0,5 м — при глубинах
свыше 20 м.
Направления промерных галсов устанавливаются в соответствии с характером распределения глубин в водоеме (водотоке). При
промерах рек галсы должны пересекать их нормально к оси потока или
под углом (косые галсы), при больших скоростях течений; при промерах локальных участков на водоемах, имеющих вытянутую форму, –
нормально к их продольной оси; при сплошных промерах озер и водо31
хранилищ или крупных прибрежных участков морей, имеющих округлую форму, – нормально к направлению изобат; при промерах на каналах, судовых ходах или узкостях — нормально к направлению их
осей с дополнительными промерами несколькими (в зависимости от
подробности промера) продольными галсами.
Промер продольными галсами на реках производится:
– для изучения русловых процессов — в период высоких вод;
– на отдельных участках рек с большими скоростями течения;
– для дополнительного или контрольного промера;
– для составления продольного профиля реки.
Проложение галсов по береговым створам
Промерная магистраль прокладывается теодолитным ходом с
относительной погрешностью не менее 1:2000.
Пикеты магистрали разбиваются через расстояния, соответствующие принятым между галсами.
Створы разбиваются от магистральных пикетов теодолитом
под заданным к направлению магистрали углом и могут обеспечивать
положение как параллельных, так и радиальных галсов.
Радиальные галсы прокладываются на крутых поворотах береговой черты между двумя смежными участками с параллельными галсами.
Определение места на галсах по створу и прямыми засечками с берега одним инструментом
В этом способе место на галсах определяется двумя линиями
положения: направлением галса и засечкой с берега одним инструментом, установленным на пункте с известными координатами. Исполнитель, стоящий у мензулы, непрерывно следит за передвигающимся по
галсу катером, одновременно совмещая край линейки кипрегеля с точкой стоянки на планшете. По сигналам катера по линейке кипрегеля
прочерчиваются короткие направления (на измеряющий глубины прибор) в месте пересечения линейки с линией соответствующего галса.
Одновременно у засечки отмечается ее код (номер засечки или цвет
флага отмашки).
Все засеченные глубины будут нанесены на план в соответствующем масштабе, что значительно упрощает дальнейшую камеральную обработку материалов. К недостаткам этого способа следует отнести: ограниченное количество галсов, попадающих на один планшет,
по которым представляется возможным произвести засечки с одной
стоянки, а также необходимость уже до начала производства промерных работ иметь данные по плановому обоснованию и разбивке галсов.
32
4.2. Разбивка гидрометрического створа. Уточнение положения
гидростовра
Содержание работы: подготовка приборов и оборудования к
работе; предварительный выбор гидроствора и его закрепление; измерение направлений и скоростей течения поверхностными поплавками
(запуск поплавков, засечки поплавков одним угломерным инструментом); запись и обработка результатов измерений; перемещения на участке поста; закрепление уточненного положения гидроствора.
Исполнители: 2 чел. (запускающий поплавки, производящий
засечки угломерным инструментом).
Используемые инструменты и оборудование: вехи, лодка весельная «Ерш», секундомер, теодолит 2Т30М, штатив (типа ШР).
Нормы времени на выполнение работ
Ширина реки, м
До 50
51-100
Более 100
Норма врем., чел.-ч
8,28
13,3
21,4
Методические указания по выполнению работ. На вновь организуемых станциях и постах постоянному гидрометрическому створу, находящемуся в створе основного водомерного поста, или самому
близкому к нему присваивается № 1.
При переносе гидроствора новому створу, а также другим
створам, разбиваемым для работ при каком-то определенном состоянии режима реки, присваиваются следующие порядковые номера. Для
рек с неустойчивым руслом, когда гидроствор приходится переносить
очень часто, нумерация створов ведется в пределах календарного года,
т. е. нумерация створов ежегодно начинается с № 1. На реках с блуждающим руслом, где гидростворы с постоянным оборудованием вообще отсутствуют, номера створам не присваиваются. Дополнительным
гидростворам в протоках присваивается тот же номер, что и створу в
основном русле.
Гидрометрический створ назначается перпендикулярно среднему направлению течения, которое определяется следующим образом. Первоначально створ назначается на глаз перпендикулярно общему направлению течения реки, ориентируясь на очертание берегов.
Затем в 8-10 точках, равномерно распределенных по ширине реки, оп33
ределяется направление течения по траекториям движения поверхностных поплавков.
Одновременно измеряется скорость течения.
Значения полученных скоростей наносятся на план в определенном масштабе: скорости течения в виде векторов под углом к линии гидроствора АБ, полученным по касательной к траектории движения поверхностных поплавков (рис. 6). Затем к первому от берега вектору пристраиваются последовательно с сохранением измеренного
направления и линейных размеров все остальные векторы. Прямая ВГ,
соединяющая начало первого и конец последнего векторов, и будет
являться равнодействующей и показывать среднее направление течения.
Перпендикуляр АД к равнодействующей ВГ будет означать
правильное положение гидроствора, которое при оборудовании нового
гидроствора и должно быть закреплено на местности,
Если после разбивки створа перпендикулярно среднему направлению течения на некоторых скоростных вертикалях останется
косина, то в зависимости от ее величины принимаются следующие
решения:
1. Направления скоростей на отдельных вертикалях отклоняются от среднего направления не более чем на 10°. При этом косина
струй может не учитываться, так как возможная ошибка в определении
величины расхода не превысит 1,5%. Все же в данном случае предпочтительно производить измерения скорости вертушкой, закрепленной
на штанге перпендикулярно гидроствору.
2. Направления скоростей на отдельных вертикалях отклоняются от среднего направления более чем на 10°, но не свыше 30°. В
этом случае измерение скоростей течения производится вертушкой на
штанге, устанавливаемой перпендикулярно гидроствору, или вертушкой, подвешенной на тросе, с обязательным измерением угла, составляемого направлением течения с перпендикуляром к гидроствору.
3. Направления скоростей на отдельных вертикалях отклоняются от среднего направления более чем на 30°. В этом случае местоположение гидроствора признается неудовлетворительным и створ
выбирается на новом месте, где могут быть достигнуты условия, соответствующие пунктам 1 и 2.
На участках рек, расположенных в долинах с широкой поймой, могут встретиться случаи, когда при затопленной пойме общее
направление течения в ней и в коренном русле не будет совпадать, а
составит угол более 10°, или же когда в пойме будут намечаться несколько обособленных токов воды, отличающихся по направлению
34
течения более чем на 10°. В этих случаях принимаются следующие
решения:
Если средние направления течения в пойме и основном русле
различаются менее чем на 30°, то гидрометрический створ разбивается
перпендикулярно течению в основном русле, не учитывая направление
течения в пойме.
Если средние направления течения в пойме и основном русле
различаются более чем на 30°, то гидрометрический створ разбивается
в виде ломаной линии, участки которой в пойме и в основном русле
перпендикулярны
соответствующим направлениям течения.
В обоих случаях измерение скоростей течения в пойме
следует производить вертушкой,
закрепленной на штанге перпендикулярно гидроствору или подвешенной на тросе с обязательным измерением направления
течения.
Рис.6. Определение положения гидростовра
Для проверки правильности положения створа на всех створах периодически в зависимости
от степени устойчивости русла, но не реже чем через 2-3 года, в паводок и в межень производится определение направления течения на
всех скоростных вертикалях.
Если после проверки окажется, что косина струй в среднем не
превышает 10°, а на отдельных вертикалях – 30°, и изменение направления гидроствора связано с большими работами по его переоборудованию, то положение створа в виде исключения может не меняться.
При больших отклонениях направление створа обязательно изменяется
так, чтобы он был перпендикулярен среднему направлению течения.
В тех случаях, когда намеченное направление гидроствора
удовлетворяет поставленным выше условиям только для одного какогото состояния реки, положение створа для другого состояния реки
должно быть соответственно изменено.
Местоположение гидрометрического створа закрепляется на
местности прочными столбами-реперами. При небольшой ширине реки, позволяющей измерять расход воды с применением перетянутого
через реку троса, на каждом берегу устанавливается по одному столбу.
При большей ширине на обоих или одном берегу в зависимости от
рельефа берегов и видимости при различных уровнях устанавливается
по два столба со створными вехами.
35
Полоса берега на 5-10 м выше и ниже линии гидроствора (в
пределах возможного его затопления) расчищается от кустарниковой
растительности. Вновь появляющаяся высокая луговая растительность
и кустарниковая поросль должны периодически выкашиваться, чтобы
в любое время можно было произвести измерение скорости течения по
всей ширине реки.
Водная растительность с момента ее появления должна на
участке 5-10 м выше и ниже створа систематически выкашиваться,
чтобы в течение всего вегетационного периода участок гидроствора
был свободен от растительности.
4.3. Промеры глубин на гидрометрическом створе
Содержание работы: подготовка приборов и оборудования к
работе; измерение уровня воды на основном посту и гидрометрическом створе до начала и после окончания промеров; перемещения по
створу с вертикали на вертикаль и на участке поста; засечки ординат
промерных вертикалей одним угломерным инструментом; измерение
глубин на вертикалях в два хода; закрепление лодки на якорях; запись
результатов измерений в полевую книжку; пересчет углов в расстояния от постоянного начала; построение поперечного профиля русла по
гидроствору.
Исполнители: 3 чел. (один – на веслах, второй – на промерах,
третий – за угломерным инструментом).
Используемые инструменты и оборудование: вехи, лодка весельная «Ерш», теодолит 2Т30М, штатив (типа ШР), лот-линь, рейка
ГР-104, пара флажков (красный и белый).
Нормы времени на выполнение работ
Скорость течения на стрежне,
м/с
До 0,50
0,51-1,00
Более 1,00
Норма врем., чел.-ч.
0,90
1,06
1,24
Методические указания по выполнению работ. После закрепления на местности гидрометрического створа производится промер
глубин в нем и нивелирование до незатопляемых отметок.
Для установления точности определения площади водного сечения в зависимости от числа промерных вертикалей во всех гидрометрических створах при их открытии промеры производятся по удвоенному числу вертикалей по сравнению с обычным их числом, назначаемым
36
при измерении расходов воды (табл. 3). По построенному поперечному
профилю гидроствора вычисляются площади водного сечения по удвоенному числу промерных вертикалей для нескольких уровней воды. При
этом расхождение в значениях площадей не должно превышать ±3%.
При несоблюдении этого условия промеры глубин при измерении расхода воды всегда следует делать по удвоенному числу промерных вертикалей.
Положение промерных вертикалей в створе на реках шириной
менее 300 м, как правило, определяется по туго натянутому через реку
разметочному стальному канату. Разметка каната производится на берегу при помощи стальной ленты. На канате размечаются деления, соответствующие промерным вертикалям, которые закрепляются метками.
Деления, соответствующие скоростным вертикалям, закрепляются более
широкими метками и дополнительно метками из цветной ткани.
Таблица 3
Расстояния между промерными вертикалями по гидроствору при измерении расходов воды
Ширина
Расстояния между
Ширина
Расстояния между
реки, м
промерными верти- реки, м
промерными вертикакалями, м
лями, м
менее 20
0,5-1,0
101-200
5,0-10
21-30
1,0-1,5
201-300
10-15
31-40
1,5-2,0
301-500
15-25
41-60
2,0-3,0
501-800
25-40
61-80
3,0-4,0
более 800
>40
81-100
4,0-5,0
Положение промерных вертикалей по створу, если натянуть
разметочный канат не представляется возможным, определяется засечками угломерным инструментом с берега. При выполнении промеров
засекается голова гребца, на промерных вертикалях поднимаются флажки (на урезах – пара флажков, красный и белый, на четных – белый, на
нечетных – красный).
Промерные вертикали располагаются через равные промежутки
по ширине реки.
На широкой пойме промеры при ее затоплении не производятся. Рельеф же по всей ширине поймы устанавливается путем нивелирования, когда пойма не затоплена.
До начала промеров и после их окончания в обязательном порядке снимаются отсчеты уровня воды по основному посту.
37
При глубинах до 1,0 м промеры следует выполнять водомерной
рейкой ГР-104, свыше 1,0 м до 3,0 м – гидрометрической штангой, наметкой либо лот-линем.
В гидрометрическом створе назначаются скоростные вертикали, в отдельных точках которых измеряются скорости течения.
Число скоростных вертикалей и распределение их по ширине
реки назначается в зависимости от способа измерения расхода воды.
Обработка промеров заключается в вычислении по измеренным
углам расстояний от постоянного начала до промерных вертикалей (при
известной длине базиса, через тангенс угла), вычислении среднего уровня (в случае его изменения в срок до начала промеров и после их окончания на величину более 3 см), вычерчивании поперечного профиля
русла (рис. 7).
Рис. 7. Поперечный профиль русла р. Сылва-ГП Камаи по гидроствору
4.4. Назначение скоростных вертикалей. Оборудование веерного
гидроствора
Содержание работы: назначение скоростных вертикалей на
профиле, вычисление расстояний от них до постоянного начала, расчет
углов для установки вех на веерном гидростворе либо для установки
судна по вычисленным углам на скоростных вертикалях, установка
угломерного прибора на стоянку, вынос в натуру местоположения вех,
снятие прибора с точки, установка на точку центральной вехи.
Исполнители: 3 чел. (один – на веслах, второй – устанавливающий вехи, третий – за угломерным инструментом).
38
Используемые инструменты и оборудование: вехи, лодка весельная «Ерш», теодолит 2Т30М, штатив (типа ШР).
Нормы времени на выполнение работ.:
Скорость течения на стрежне,
м/с.
До 0,50
0,51-1,00
Более 1,00
Норма врем., чел.-ч..
0,90
1,06
1,24
Методические указания по выполнению работ. После построения поперечного профиля русла скоростные вертикали могут
быть назначены либо через равные расстояния (при основном способе
измерения скоростные вертикали назначаются через одну промерную,
при детальном – совмещаются с промерными), либо на переломных
точках профиля, с обязательным размещением скоростной вертикали в
точке с максимальной глубиной.
Число скоростных вертикалей должно быть оптимальным,
при котором большинство значений расхода воды будет отклоняться
от значений расхода, измеренного многоточечным способом, не более
чем на ±3 %. Анализы эпюр распределения средней скорости течения
по ширине реки дают возможность уменьшить число скоростных вертикалей примерно вдвое по сравнению с их числом, выбранным при
измерениях многоточечным способом.
Все постоянные скоростные вертикали нумеруются по порядку начиная с № 1, который присваивается вертикали, ближайшей к постоянному началу.
Определяются расстояния от базиса до скоростных вертикалей, рассчитываются углы.
Далее по рассчитанным углам, при ориентировании нуля горизонтального круга по линии базиса, выставляются нужные углы.
После чего студент устанавливает веху в точку, на которую направлена визирная ось трубы теодолита.
После установки всех вех теодолит снимается со стоянки,
возле кола устанавливается центральная веха.
4.5. Измерение расходов воды
Расходом воды называется объем воды, протекающий через
данное живое сечение потока в 1 с. Живым сечением называется та
часть водного сечения, в котором наблюдается течение в преобладающем направлении. Та часть сечения, где течение отсутствует, растет
39
водная растительность, наблюдаются обратные течения или стоячая
вода, называется мертвым пространством.
Частота измерений расхода:
1. В межень летом (межень – маловодный период в режиме
реки, наблюдается в середине лета и зимой) необходимо делать одно
измерение расхода 1 раз в 10 дней. Если река пересохла, необходимо
отмечать периоды прекращения и возобновления стока.
2. В периоды появления обильной водной растительности измерения необходимо делать через 7 дней до полного ее отмирания, а
затем вновь через 10 дней.
3. Осенью, с появлением на реке первых ледяных образований, расход необходимо измерять 1 раз в 4 дня.
4. Зимой, когда на реке установится устойчивый ледяной покров, первые 20 дней расход измеряется 1 раз в 5 дней, а затем 1 раз в
20 дней.
5. Если река перемерзает или на ней образуются наледи, необходимо отмечать даты исчезновения и появления воды подо льдом,
или движения воды на льду. Если вода движется поверх льда, расходы
воды необходимо измерять 1 раз в 5 дней.
6. В периоды половодий и паводков, когда происходи резкий
подъем или спад уровня воды, расход необходимо измерять через каждые 15 см изменения уровня воды (при этом может получиться так,
что в 1 день будет измерено более 1 расхода). Ориентировочно, если
паводки продолжаются менее 2 суток – измерять 2-3 расхода в сутки,
если паводки продолжаются 2-5 суток – 1-2 расхода в сутки, если паводки продолжаются более 5 суток, расходы измеряются ежедневно
или через день).
При измерении расхода воды любым способам общее содержание работ следующее:
1) подготовка приборов и оборудования к работе;
2) описание состояния реки и обстановки работ.
Указывается состояние реки на посту. Дается характеристика
того из перечисленных явлений, которое имеет место в период измерения скорости:
– водная растительность. Указывается ширина выкошенной
полосы, отмечается состояние (например, «выкошено чисто», «на дне
остатки растительности высотой ___ см», «местами появилась новая
растительность»). Створ выкашивать рекомендуется всегда за день до
измерения расхода (на ширину 5-7 м), в противном случае отмечать
степень зарастания (у берегов, сплошь, редкая, густая);
40
– отмечаются ледовые явления: забереги, закраины (их ширина и местоположение), сало, ледоход (редкий, средний, густой), затор,
зажор, ледостав, полынья, вода течет поверх льда;
– наличие запруд выше по течению или ниже по течению (например подпор от насыпей автодорог);
– расчистка русла от крупных камней, мусора, карчей или коряг.
Если ничего из перечисленного не наблюдалось, делается запись «СВОБОДНО»;
3) наблюдения над уровнем воды на основном, уклонном постах, гидростворе до и после измерения скоростей;
4) выполнение промеров (в случаях, если промеры не выполнены предварительно, до измерения расхода воды);
5) измерение скоростей (с установкой судна на вертикалях,
либо с засечкой поплавков).
Измерение расхода воды поверхностными поплавками
Содержание работы: подготовка приборов и оборудования к
работе; закрепление створов; описание состояния реки и обстановки
работ; наблюдения над уровнем воды на основном и уклонном постах;
забрасывание поплавков; засечки координат и времени прохождения
поплавков через створы; перемещения на участке поста; запись результатов измерений в книжку.
Исполнители: 2 чел. (один – на веслах, второй – за угломерным инструментом).
Используемые инструменты и оборудование: вехи, лодка весельная «Ерш», теодолит 2Т30М, штатив (типа ШР), секундомер.
Нормы времени на выполнение работ
Ширина, м
До 50
51-100
Более 100
Норма врем., чел.-ч
4,16
5,18
6,21
Методические указания по выполнению работ. Измерение
расхода воды поверхностными поплавками производится в следующих
случаях:
а) при повреждении вертушки и невозможности ее заменить,
аварийном состоянии средств переправы и т.п.;
41
Нижний створ (выключение секундомера)
Средний створ (засечка поплавка)
Верхний створ (включение секундомера)
Пусковой створ
б) для разовых приближенных определений расхода воды на
необорудованных створах и на малых и средних реках скорости течения
измеряются поплавками в тихую (безветренную) погоду или при ветре
2-3 м/с.
При измерении скорости течения поплавками все остальные работы по определению расхода воды: описание состояния реки, наблюдения за уровнем воды и промер глубин по гидрометрическому створу производятся так, как и при измерениях скорости вертушкой. В тех случаях,
когда промеры произвести невозможно, для вычисления площадей используется ближайший по времени промер до или после данного поплавочного измерения.
Для измерения скоростей течения применяются поплавки, изготовленные из дерева в виде круглого диска диаметром 10-15 см и толщиной около 3-5 см.
При измерении скорости течения поплавки запускают группами по всей ширине реки, по секундомеру отмечаются моменты времени
прохождения каждым поплавком через верхний и нижний створы, определяются расстояния от постоянного начала до точек, в которых поплавки пересекают основной (гидрометрический) створ.
Порядок измерения скорости течения: выше и ниже основного
гидрометрического створа (на 20-40 м выше и ниже гидропоста) назначаются дополнительные створы с таким расчетом, чтобы продолжительность хода поплавков между ними была по всей ширине реки не
меньше 10 с (около 40 м, рис. 8).
Рис. 8. Схема расположения створов и производства засечек при измерении
скоростей поверхностными поплавками
42
У нижнего створа должен стоять техник с секундомером, а в
верхнем и основном – наблюдатели или только один техник в нижнем
створе. Поплавки запускаются несколько выше верхнего створа путем
забрасывания с лодки (первыми – поплавки по стрежню потока). Рекомендуется запускать поплавки группами по 3 шт. в 5 точках, равномерно распределённых по ширине потока. Общее количество поплавков –
15.
В момент прохождения поплавка через верхний створ техник
включает секундомер и следит за поплавком. В момент прохождения
поплавка через гидрометрический створ наблюдатель дает сигнал (флагом и пр.), а техник отсчитывает по размеченному канату (или путём
засечек) расстояние от постоянного начала до той точки, в которой поплавок пересек гидрометрический створ. В момент прохождения поплавком нижнего створа наблюдатель дает сигнал, а техник выключает
секундомер. На малых реках с медленным течением все операции по
измерению скорости течения могут выполняться одним техником.
Измерение расхода воды гидрометрической вертушкой (без промеров) (ОСНОВНОЙ СПОСОБ)
Содержание работы: подготовка к работе приборов, оборудования и спасательных средств; наблюдения за уровнем воды на основном и уклонном постах до начала измерений, во время измерений,
после их окончания; измерение скоростей на вертикалях; установка
судна по гидроствору на вертикаль, на якоря, ориентируясь на веерный
створ; перемещения на участке поста, с вертикали на вертикаль; запись
результатов.
Исполнители: 2 чел. (один – на веслах, второй – за лебедкой).
Используемые инструменты и оборудование: вехи, лодка весельная «Ерш», спасательные жилеты, лебедка «Луга», укомплектованная счетчиком С-52М, гидрометрическая вертушка ГР-21М или ГР55, укомплектованная вертлюгом, хвостовым оперением, звонком,
проводами, элеменетом питания на 4,5В, копмлектом отверток, якоря,
укомплектованные концами, секундомер.
Нормы времени на выполнение работ (на измерение расхода
воды при ширине реки до 100 м)
Количество точек на вертикали
1
2
5
Норма врем., чел.-ч
4,60
5,29
7,59
43
Методические указания по выполнению работ. Способ заключается в записи числа сигналов вертушки и общей продолжительности измерения скорости в точке (в с).
До начала измерения скоростей, после сборки лебедки и подвеса системы вертушка-груз, рекомендуется измерить расстояние от оси
вертушки до низа груза. Для этого в момент касания грузом поверхности воды счетчик сбрасывается на «0», после чего вертушка опускается
в положение «ось вертушки на поверхности». Показания счетчика и
есть «расстояние от оси вертушки до низа груза».
После установки вертушки в заданную точку по глубине вертикали через два сигнала включается секундомер и начинается счет
сигналов; первые два сигнала в счет не принимаются (они называются
нулевыми). Если в течение 60 с поступит два и более сигналов, то по
следующему сигналу (первому, поступившему по истечении 60 с) секундомер останавливается и измерение в точке прекращается.
При установке вертушки на скоростной вертикали в различных
точках по глубине должны быть выдержаны следующие условия:
при измерении скорости в точке «у поверхности» ось
вертушки должна устанавливаться на глубину 0,15 м от поверхности
воды. Установка вертушки на меньшие глубины от поверхности не рекомендуется, так как это приведет к ошибочным результатам измерений (влияние ветра, волнения, плавающих предметов и др.);
при измерении скорости в точке «у дна» ось вертушки
при работе со штанги должна устанавливаться на расстоянии 0,15 м от
дна. Для вертушек, опускаемых на канате, расстояние от дна до оси
вертушки определяется в зависимости от размеров груза и системы
подвеса (крепления) вертушки.
Основной способ предусматривает измерение скоростей течения в двух точках (0,2 и 0,8 рабочей глубины). Глубина погружения
вертушки отсчитывается от поверхности, а не от дна. При оптимальном
числе промерных и скоростных вертикалей (но не менее девяти) этот
способ по сравнению с многоточечным способом обычно дает среднее
квадратическое отклонение не более 3%.
При свободном русле в скорость измеряется в двух точках (0,2
и 0,8 рабочей глубины). В случае недостаточной для двух точек глубины (менее 0,75 м) измерение производится в одной точке на 0,6 рабочей
глубины. Минимальная глубина потока при одноточечных измерениях
0,30 м.
При наличии в русле водной растительности измерение скорости на вертикали производится в трех точках (0,15; 0,50 и 0,85 рабочей
44
глубины). В случае недостаточной для трех точек глубины измерение
проводится в одной точке на 0,5 рабочей глубины.
Сокращенные способы предусматривают измерение скорости
течения по средней скорости на одной-двух репрезентативных вертикалях или единичной скорости в точке 0,2 ее рабочей глубины. Измерение
расходов этими способами допускается на реках с устойчивым руслом
и измерение скорости производится в двух точках (на 0,2 и 0,8 или в
одной точке на 0,2 рабочей глубины).
Измерение расхода воды гидрометрической вертушкой (без промеров) (ДЕТАЛЬНЫЙ СПОСОБ)
Содержание работы: подготовка к работе приборов, оборудования и спасательных средств; наблюдения за уровнем воды на основном и уклонном постах до начала измерений, во время измерений,
после их окончания; измерение скоростей на вертикалях; установка
судна по гидроствору на вертикаль, на якоря, ориентируясь на веерный
створ; перемещения на участке поста, с вертикали на вертикаль; запись
результатов.
Исполнители: 2 чел. (один – на веслах, второй – за лебедкой).
Используемые инструменты и оборудование: вехи, лодка весельная «Ерш», спасательные жилеты, лебедка «Луга», укомплектованная счетчиком С-52М, гидрометрическая вертушка ГР-21М или ГР55, укомплектованная вертлюгом, хвостовым оперением, звонком,
проводами, элементом питания на 4,5В, комплектом отверток, якоря,
укомплектованные концами, секундомер.
Нормы времени на выполнение работ (на измерение расхода
воды при ширине реки до 100 м)
Количество точек на вертикали
1
2
5
Норма врем., чел.-ч
4,60
5,29
7,59
Методические указания по выполнению работ. Многоточечный способ предусматривает измерение расхода воды по увеличенному против обычного числу скоростных вертикалей с измерением скорости в 5 точках на каждой вертикали. Многоточечный способ дает
наиболее точное значение расхода. Однако при существенных колебаниях уровня воды за время измерения расхода увеличение продолжительности многоточечных измерений по сравнению с основным может
снизить их точность.
45
Измерение скорости течения на вертикали при свободном от
водной растительности русле производится в пяти точках по глубине:
«поверхность», 0,2; 0,6; 0,8 рабочей глубины (h) и «дно».
Пятиточечный способ применяется при глубинах более 1,5 м.
В интервале глубин от 1,5 до 0,75 м применим только двухточечный способ (0,2, 0,8 h). При глубине вертикали менее 0,75 м следует
переходить на одноточечный способ (в точке 0,6h).
При наличии в русле водной растительности к пяти вышеуказанным точкам прибавляется шестая точка на 0,4 рабочей глубины. Если на некоторых скоростных вертикалях вследствие недостаточной
глубины установка вертушки в шести точках без нарушения условий
становится невозможной, измерение скорости течения на этих вертикалях производится в зависимости от глубины потока в трех точках –
0,15; 0,50 и 0,85 рабочей глубины. Измерение скоростей в трех точках
следует осуществлять в диапазоне глубин от 1,5 до 1,0 м, при глубинах
от 1,0 до 0,75 м – измерять скорости в двух точках и при глубинах менее 0,75 м – в одной точке (0,5 h).
При измерении скоростей течения запись времени производится способом фиксации каждого «приема». Способ заключается в записи
по секундомеру времени поступления отдельных сигналов вертушки
(или приемов). Применяется только при многоточечном способе, когда
необходимо проследить характер пульсации скорости в точках живого
сечения. При редких сигналах (небольших скоростях течения) записывается отсчет времени поступления каждого сигнала, а при частых сигналах (больших скоростях) – через один или несколько сигналов. Общая продолжительность измерения в точке должна быть не менее 100 с.
Количество «приемов» должно быть четным. Продолжительности периодов измерения (отсчета времени поступления последнего сигнала
первой половины периода, например четвертого из восьми) должны
быть равны друг другу (невязка – не более 5 с).
Число сигналов, поступивших за промежуток времени между
записями, называется «приемом». Для его определения на практике поступают следующим образом: по концу очередного сигнала включают
секундомер и считают количество сигналов, поступивших в течение
15с. Это количество сигналов и принимается за число сигналов за «прием».
Пример записи времени поступления сигналов при детальном
способе приведен в табл. 4.
46
Таблица 4
1,77
Отсчеты по секундомеру
Сумма оборотов
Число сигналов за прием
Отсчет по штанге (счетчику)
тушки, м
Глубина опускания вер-
№ вертик.
1
Рабочая глубина, м
Пример записей числа приемов.
1
2
3
4
5
6
7
8
90
106
120
320
Поверхность
0,15
0,15
2
15
29
44
58
74
0,2
0,35
0,35
2
16
31
47
59
77
92
105
117
320
0,4
0,71
0,71
2
18
34
52
65
85
101
116
129
320
0,6
1,06
1,06
2
19
38
57
71
93
111
127
142
320
0,8
1,42
1,42
1
17
33
50
70
89
108
126
144
80
Дно
1,54
1,54
1
15
30
45
63
80
97
113
130
80
5. КАМЕРАЛЬНЫЕ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
5.1. Вычисление графоаналитическим способом расхода воды, измеренного поверхностными поплавками
Содержание работы: подготовка книжки КГ-7М(н), определение коэффициента перехода от фиктивного расхода воды к действительному, данных промеров по гидроствору; вычисление среднего
уровня или введение срезки уровня; вычерчивание профиля водного
сечения; вычисление частичных площадей водного сечения; нанесение
поплавков на клетчатку, их нумерация, разбивка на группы; построение эпюры распределения скоростей по ширине реки; вычисление частичных расходов воды; вычисление фиктивного и действительного
расхода воды; проверка результатов (проверка правильности записей,
правильности осреднения, вычисления средней глубины между вертикалями и площади сечения между вертикалями, вычисления скорости
движения поплавков, правильности нанесения поплавков на график,
объединения их в группы, правильности вычисления частичных расходов воды, вычисления фиктивного и действительного расхода воды).
Исполнители: 1 чел.
47
Нормы времени на выполнение работ
Количество поплавков, шт
До 10
11-15
Более 15
Норма врем., чел.-ч
1,96
2,53
3,22
Методические указания по выполнению работ. Вычисление
расхода воды, измеренного поверхностными поплавками по всей ширине реки, производится в следующем порядке:
1)
просматривается книжка расхода с целью проверки полноты, правильности измерений и записей. Особое внимание обращается
на сведения об обстановке работы и на замечания о явлениях, которые
могут отразиться на точности промеров и измерения скорости течения
(скорость ветра в период измерения);
2)
вычисляются глубины по промеру;
3)
на клетчатку, помещенную в книжке КГ-7М(н), наносятся точки поплавков: по оси абсцисс откладываются расстояния от постоянного начала (при прохождении поплавками среднего створа), по
оси ординат – продолжительность хода поплавков. По нанесенным точкам, осредняя на глаз группы точек (за вычетом отбракованных), проводится плавная эпюра распределения продолжительности хода поплавков по ширине реки (рис. 9);
Рис. 9. Эпюра распределения продолжительности хода поплавков по ширине реки
4)
определяется среднее положение по ширине реки выбранных групп поплавков, проводится их совмещение с промерными
вертикалями;
5)
вычисляются полусуммы скоростей смежных вертика48
лей, и путем умножения их на площадь живого сечения между этими
же вертикалями определяются частичные расходы воды. Для прибрежных участков между берегом (границей мертвого пространства) и ближайшей скоростной вертикалью скорость вычисляется в соответствии с
коэффициентами;
6)
в результате суммирования частичных расходов определяется полная величина фиктивного расхода QФ;
7)
вычисляется действительный расход воды в результате
умножения фиктивного расхода на коэффициент K1*QФ.
Коэффициент К1 при отсутствии вертушечных измерений определяется для приближенных расчетов по табл. 4, в которой приведены также значения К2, представляющие собой отношение средней скорости в сечении к максимальной поверхностной скорости (на стрежне
реки).
Расход воды, определенный поверхностными поплавками
только по наибольшей скорости потока, вычисляется по формуле:
Q=K2vнаибF,
где К2 – коэффициент перехода от наибольшей поверхностной скорости
потока к средней, определяемый на основании вертушечных измерений
(табл.5); vнаиб – наибольшая поверхностная скорость потока, определяемая как среднее арифметическое из значений скорости, вычисленных
по трем поплавкам с наименьшей продолжительностью хода; F – площадь водного сечения потока.
Таблица 5
Приближенные значения коэффициентов К1 и К2 при отсутствии опытных данных (по Г. В. Железнякову)
Средняя глубина, м
меньше 1
1-5
больше 5
Характеристика русла, поймы
(условия течения)
К1
К2
К1
К2
К1
К2
0,80
0,64
0,84
0,66
0,86
0,67
0,75
0,60
0,80
0,63
0,83
0,65
Русла и поймы значительно заросшие, с
глубокими промоинами. Русла извилистые с наличием крупных валунов
0,65
0,55
0,74
0,59
0,80
0,62
Поймы сплошь лесные таежного типа
0,57
0,46
0,69
0,56
0,75
0,60
Русла прямые, чистые, земляные (глина,
песок), галечные, гравийные
Русла извилистые, частично заросшие
травой, каменистые. Поймы сравнительно разработанные, с растительностью
(трава, редкий кустарник)
49
В таблице «Принятые данные» в графе «Способ измерения
расхода воды» принимаются следующие обозначения:
пт – поплавки поверхностные, засеченные теодолитом с одной
точки, например, пт 15/17, где 15 – количество поплавков, принятых
для расчёта, 17 – общее;
пcт – поплавки поверхностные, пущенные по стрежню, засеченные теодолитом с одной точки.
Число, стоящее после знака поплавков, указывает общее количество поплавков, принятых при вычислении расхода воды.
В графе «Способ вычисления расхода воды» рядом со способом вычисления (аналитический – а) указывается принятый переходный
коэффициент, например, а, 0,82.
5.2. Вычисление расходов воды, измеренных гидрометрической
вертушкой
Вычисление расходов воды аналитическим способом
Содержание работы: подготовка книжки КГ-3М(н), данных
промеров по гидроствору; вычисление среднего уровня или введение
срезки уровня; вычерчивание профиля водного сечения; вычисление
частичных площадей водного сечения; определение скоростей течения
в точках с использованием тарировочной таблицы; построение эпюр
распределения скоростей по глубине на скоростных вертикалях (при
детальном способе измерения); вычисление частичных расходов воды;
вычисление расхода воды; проверка результатов (проверка правильности записей, правильности осреднения, вычисления средней глубины
между вертикалями и площади сечения между вертикалями, вычисления скорости течения в точках, средней скорости течения на вертикали, правильности определения скорости по тарировочной таблице,
правильности вычисления частичных расходов воды, вычисления расхода воды).
Исполнители: 1 чел.
Нормы времени на выполнение работ
Количество вертикалей, шт
До 10
11-15
Более 15
Норма врем., чел.-ч
1,96
2,53
3,22
Методические указания по выполнению работ. Аналитическим методом расход вычисляется воды по формуле:
50
Q=Kv1f0+(v1+v2)f1/2+...+(Vn-1+vn)fn-1/2+Kvnfn ,
где Q – полный расход воды, v1, v2,..., vn – средние скорости на скоростных вертикалях № 1, 2, ..., n (последней); f0 – площадь водного сечения
между берегом (границей мертвого пространства) и первой скоростной
вертикалью; fn-i – площадь водного сечения между вертикалями № 1 и 2
и т. д.; fn – площадь между последней вертикалью n и берегом (границей
мертвого пространства). Коэффициенты К для скоростей v1 и vn на прибрежных скоростных вертикалях № 1 и n при отсутствии мертвого пространства принимаются равными:
а) при пологом береге с нулевой глубиной на урезе – 0,7;
б) при естественном обрывистом береге или неровной стенке
(бут, неотесанный камень) – 0,8;
в) при гладкой бетонной или сплошь обшитой досками стенке 0,9, а при наличии мертвого пространства – 0,5.
Площади водного сечения между скоростными вертикалями f0,
f1, f2, ..., fn вычисляются по формулам:
f0=(h0+h1)b0/2+(hl+h2)b1/2;
fn=(hn-1+hn)bn/2,
где h0, h1,...,hn – глубины промерных вертикалей (при ледяном покрове расстояние от дна до нижней поверхности льда и шуги); b0, b1..., bn –
расстояния между промерными вертикалями или между урезами и ближайшими к ним вертикалями.
Пример вычисления площадей водного сечения между скоростными и промерными вертикалями приведен в табл. 6.
Вычисление расхода воды аналитическим методом производится в последовательности:
а) просматривается книжка расхода с целью проверки полноты
и правильности измерений и записей. Особое внимание следует обращать на сведения об обстановке работы и на замечания о явлениях, которые могут отразиться на точности промеров и измерений скорости
течения;
б) вычисляются рабочие глубины вертикалей по промеру и
проверяются глубины погружения вертушки;
в) при измерении расхода воды основным или многоточечным
способом проверяется, выдержано ли условие общей продолжительности периода измерения в точке, и подсчитывается суммарное число оборотов вертушки;
г) по числу приемов и количеству сигналов за прием подсчитывается суммарное количество оборотов лопастного винта вертушки за
все время измерения в точке;
51
Глубина рабочая, со срезкой,
м
Рабочая глубина, м
52,2
0,00
0,00
=31
71,3
1,70
1,70
80,0
1,80
1,80
=33
90,4
1,81
1,81
=34
109,5
1,61
1,61
=32
=35
1
119,1
1,52
1,52
=36
130,0
1,33
1,33
=37
151,2
1,30
1,30
=38
170,2
1,21
1,21
181,3
1,26
1,26
192,0
1,18
1,18
200,3
1,21
1,21
=39
2
3
=40
=41
Упб.
Расстояние между вертикалями, м
Расстояние от постоянного
начала, м
Улб.
0,85
19,1
16,2
1,75
8,7
15,2
1,81
10,4
18,8
1,71
19,1
32,7
1,57
9,60
15,0
1,43
10,9
15,5
1,32
21,2
27,9
1,26
19,0
23,8
1,24
11,1
13,7
1,22
10,7
13,1
1,20
8,3
9,92
Площадь водного
сечения, м2
р
н
ы
м
и
т
н
ы
м
и
№ скоростных вертикалей
=30
Глубина между вертикалями,
м
Номер стороки
Таблица 6
Пример вычисления частных площадей водного сечения в КГ3М(н)
31,5
66,5
81,0
23,0
д) делением суммарных чисел оборотов лопастного винта вертушки на соответствующие им количества секунд продолжительности
измерения в точках вычисляется число оборотов лопастного винта в 1 с
(с точностью до 0,01 оборота);
52
е) по найденному числу оборотов в 1 с в тарировочной таблице
находятся соответствующие скорости течения, округляемые во всех
случаях до 0,01 м/с. Пример вычисления скоростей течения по тарировочной таблице приведен в табл. 7;
ж) вычисляется средняя скорость на вертикали в зависимости
от состояния реки и числа точек измерения по следующим формулам.
При свободном, не заросшем водной растительностью русле.
при эпюре неправильной формы, при измерениях в 5 точках:
vcp5=0,050vnoв+0,347(v0,2+v0,6)+0,173v0.8+0,083vдно;
при эпюре правильной формы, при измерениях в 5 точках:
=
vcp5 0,1(vnoв+3v0,2+3v0,6+2v0.8+vдно);
при измерениях в 2 точках:
vcp2=(v0,2+v0.8)/2;
при измерениях в одной точке:
vср1=v0,6 или vср1=0,9v0,2.
При заросшем водной растительностью русле.
при эпюре правильной формы, при измерениях в 5 точках:
vcp5=0,1(vnoв+2v0,2+2v0,6+2v0,6+2v0.8+vдно);
при измерениях в трех точках:
vcp3=(v0,15+v0.5+v0.85)/3;
при измерениях в одной точке:
vср1=0,9v0,5.
з) производится анализ распределения скорости течения по
ширине реки в зависимости от рельефа дна, для чего вычерчивается
эпюра распределения средней скорости по ширине реки.
При корытообразной форме профиля поперечного сечения на
участке гидрометрического створа эпюра распределения скорости течения по ширине реки должна получиться в виде правильной кривой, обращенной своей выпуклостью вверх без каких-либо резких переломов.
Наличие переломов, если они подтверждаются неоднократными измерениями, будет указывать на неровности в рельефе русла по длине потока.
При низких уровнях воды эти неровности дна более заметно сказываются на распределении скорости по ширине, а при высоких, наоборот, их
влияние менее заметно.
и) вычисляются по рабочим глубинам всех промерных вертикалей со срезкой на расчетный уровень площади живого сечения между
скоростными вертикалями;
к) вычисляются полусуммы скоростей на соседних скоростных
вертикалях, и путем умножения их на площадь живого сечения между
этими же вертикалями определяют частичные расходы;
53
л) в результате суммирования частичных расходов определяется значение всего расхода воды.
Таблица 7
Пример определения скорости течения по тарировочной таблице
СВИДЕТЕЛЬСТВО О ГРАДУИРОВКЕ
Вертушка
ГР-21М
№
742-65
Винт №
1
Контакт через
20
То, с
38
Дата тарировки
07.12.2007
Тарировка №
71/1
n
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,0
0,052
0,052
0,052
0,052
0,052
0,052
0,052
0,053
0,053
0,053
0,1
0,054
0,054
0,055
0,055
0,056
0,056
0,057
0,058
0,059
0,059
0,2
0,060
0,061
0,062
0,063
0,064
0,065
0,066
0,067
0,068
0,070
0,3
0,071
0,072
0,073
0,075
0,076
0,078
0,079
0,081
0,082
0,084
0,4
0,086
0,088
0,089
0,091
0,093
0,095
0,097
0,099
0,101
0,103
0,5
0,105
0,107
0,109
0,112
0,123
0,126
0,128
0,130
0,132
0,134
0,6
0,136
0,139
0,141
0,143
0,145
0,147
0,150
0,152
0,154
0,156
0,7
0,158
0,160
0,163
0,165
0,167
0,169
0,171
0,173
0,176
0,178
0,8
0,180
0,182
0,184
0,186
0,189
0,191
0,193
0,195
0,197
0,199
0,9
0,202
0,204
0,206
0,208
0,210
0,212
0,215
0,217
0,219
0,221
1,0
0,223
0,225
0,228
0,230
0,232
0,234
0,236
0,238
0,241
0,243
1,1
0,245
0,247
0,249
0,251
0,254
0,256
0,258
0,260
0,262
0,265
1,2
0,267
0,269
0,271
0,273
0,275
0,278
0,280
0,282
0,284
0,286
1,3
0,288
0,291
0,293
0,295
0,297
0,299
0,301
0,304
0,306
0,308
1,4
0,310
0,312
0,314
0,317
0,319
0,321
0,323
0,325
0,327
0,330
1,5
0,332
0,334
0,336
0,338
0,340
0,343
0,345
0,347
0,349
0,351
Пример. Число оборотов лопастного винта вертушки составляет 0,83 оборота в секунду. На пересечении строки со значением 0,8 с
графой 0,03 находим скорость течения в точке, равную 0,19 м/с.
54
Таблица 8
Пример вычисления средней скорости на вертикали в КГ-3М(н)
=150
пов
0,03
0,58
0,60
0,03
10
200
120
1,67
=151
0,2
0,36
0,67
0,36
12
240
125
1,92
0,6
1,08
0,60
1,08
11
220
128
1,72
=153
0,8
1,44
0,56
1,44
10
200
125
1,60
=154
дно
1,74
0,54
1,74
10
200
129
1,55
=155
пов
0,03
0,54
0,03
10
200
129
1,55
=156
0,2
0,30
0,64
0,30
12
240
130
1,85
0,6
0,91
0,56
0,91
10
200
125
1,60
=158
0,8
1,22
0,53
1,22
10
200
131
1,53
=159
дно
1,16
0,51
1,16
9
180
123
1,46
=160
пов
0,03
0,44
0,03
8
160
126
1,27
=161
0,2
0,25
0,55
0,25
10
200
127
1,57
0,6
0,76
0,46
0,76
9
180
135
1,33
=163
0,8
1,01
0,42
1,01
8
160
131
1,22
=164
дно
1,20
0,58
1,20
8
160
135
1,19
=152
=157
=162
1
2
3
1,80
1,52
1,26
80,0
119
181
55
0,57
0,49
в метрах
глубины
в долях
Число оборотов, с
12
измерения, с
Сумма оборотов
11
Продолжительность
Число сигналов
10
3
ки
или счетчику в точке
9
2
жения вертуш-
Отсчеты по штанге
Средняя скорость, м/с
8
1
янного начала, м
7
0
Расстояние от посто-
6
Рабочая глубина, м
5
Номер вертикали
4
Номер строки
Скорость, м/с
Глубина погру-
Таблица 9
Пример вычисления частичных расходов и общего расхода во-
1
2
1
0,60
2
0,57
3
0,49
4
5
Расход воды в
интервале, м3/с
сечения, м2
Площадь водного
ми, м/сек
между вертикаля-
Средняя скорость
м/сек
Средняя скорость,
№ вертикали
ды в КГ-3М(н)
8
9
13
0,42
31,5
13,2
0,59
66,5
38,9
0,53
81,0
42,9
0,50
23,0
11,4
0,50
33,2
16,4
0,34
23,9
8,20
0,50
0,49
130
После определения расхода воды, заполняется таблица «Принятые данные», в которую записываются следующие характеристики расхода воды:
1) состояние реки;
2) расчетный уровень воды на основном посту над нулем
графика при незначительном (2-3 см) изменении за время определения
расхода воды вычисляется как среднее арифметическое из высот уровня,
измеренных до и после определения расхода;
3) расход воды Q с округлением до трех значащих цифр при
значении расхода более 1 м3/с и до двух значащих цифр для расходов
меньше 1 м3/с, но не точнее 0,001 м3/с;
4) площади водного сечения FB, мертвых пространств FM
56
(если есть) и полная Fполн. Площадью водного сечения (FМ+FЖ) при открытом русле называется площадь, заключенная между поверхностью
дна и уровнем воды в поперечном профиле. Площадь водного сечения
вычисляется по принятым рабочим глубинам на промерных вертикалях
и расстояниям между ними.
Площадь мертвого пространства является частью площади водного сечения, в которой скорости течения отсутствуют.
Полная площадь вычисляется как сумма площадей водного сечения, погруженного льда и шуги. Значения площадей даются с округлением до трех значащих цифр, но не точнее 0,01 м ;
5) скорости течения (средняя vcp и наибольшая vнаиб). Средняя
скорость потока вычисляется делением расхода воды на площадь водного сечения, наибольшая скорость выбирается из всех измеренных скоростей в отдельных точках.
Значения скоростей приводятся в метрах в секунду с округлением до трёх значащих цифр, но не точнее 0,01 м/с;
6) ширина по уровню воды В приводится с округлением до
трех значащих цифр, но не точнее 0,1 м для той же высоты уровня, которая принята для данного расхода. Ширина реки по уровню воды определяется по поперечному профилю;
7)
глубины средняя hcp и наибольшая hнаиб. Средняя глубина
вычисляется делением площади водного сечения на ширину реки по
уровню В. Глубины приводятся с точностью до 0,01 м (при измерении
глубин до 5,00 м, при большей глубине - с точностью 0,1 м);
8)
уклон водной поверхности I вычисляется в промилле (‰)
- падение в метрах на 1 км – и выписывается с округлением до двух значащих цифр, но не точнее 0,001 ‰;
9)
способ измерения расхода воды. Измерение расхода воды
вертушкой обозначается буквой В без разделения на типы. В числителе
дроби, стоящем после знака вертушки, указывается число скоростных
вертикалей, в знаменателе - общее количество точек в сечении, в которых измерялась скорость течения (В 5/18);
10) метод вычисления расхода воды. Аналитический метод вычисления расхода обозначается буквой «а», графический – буквой «г».
Вычисление расходов воды графическим способом
Содержание работы: подготовка книжки КГ-3М(н)Д, чертежных инструментов, планиметра; подготовка листа миллиметровой
бумаги требуемого формата; вычерчивание профиля водного сечения,
эпюры скоростей; определение средних скоростей на вертикалях, проведение плавной кривой; определение элементарных расходов воды и
57
нанесение их на чертеж; построение эпюры элементарных расходов;
вычисление элементарных расходов и общего расхода воды; заполнение таблицы «Принятые данные»; укладка материалов и чертежных
инструментов на место хранения; проверка результатов (проверка правильности выписки исходных данных, выполнения графических построений и вычислений).
Исполнители: 1 чел.
Нормы времени на выполнение работ (обработка расхода воды:
Количество вертикалей, шт.
До 5
6-7
8-10
11-13
Норма врем., чел.-ч
4,94
5,18
5,52
5,64
Нормы времени на выполнение работ (проверка вычислений
расхода воды)
Количество вертикалей, шт.
До 5
6-7
8-10
11-13
Норма врем., чел.-ч
2,18
2,88
3,91
4,60
Методические указания по выполнению работ. Графический
метод вычисления расхода воды заключается в выполнении следующих работ:
– Проверяются результаты ранее выполненного вычисления расхода аналитическим методом.
– На листе миллиметровой бумаги размером 407x288 или
1407x576 мм вычерчивается по образцу (рис. 10) профиль поперечного
сечения по расчетному уровню воды и приведенным к нему глубинам, на
котором показываются скоростные вертикали.
Под профилем записываются расстояния от постоянного начала
и рабочие глубины. Ниже оставляются две строчки для вписывания в
дальнейшем средних скоростей и элементарных расходов.
– Над чертежом профиля поперечного сечения или справа от него вычерчиваются эпюры распределения скорости течения по вертикалям (годографы).
При построении эпюр скорости вертикальный масштаб для глубины принимается такой же, как и для профиля водного сечения. Горизонтальный масштаб выбирается в зависимости от наибольшей скорости
и принятого масштаба глубин с таким расчетом, чтобы у эпюр центральных вертикалей отношение ширины высоте было примерно 0,7-1,0.
58
– Определяется средняя скорость течения на вертикалях. Для
этой цели определяются площади эпюр (планиметрированием), которые
численно равны элементарным расходам. Средняя скорость на вертикали
получается делением площади эпюры на рабочую глубину вертикали.
Определение площадей эпюр, так же как и всех других площадей, производится планиметром, а при его отсутствии непосредственно по миллиметровой бумаге путем счета квадратов. Небольшие площади (меньше 23 см2 на чертеже) определяются во всех случаях также непосредственно
по миллиметровой бумаге.
– Вычисленные значения средней скорости на вертикалях откладываются на профиле поперечного сечения от линии уровня воды
вверх по линиям, обозначающим скоростные вертикали, в том же масштабе, который был принят при построении эпюр распределения скорости на вертикали.
Через верхние, конечные точки построенных таким образом отрезков и точки урезов воды (или границ мертвого пространства) проводится плавная кривая – эпюра распределения средней скорости по ширине реки.
– С эпюры распределения средней скорости по ширине реки
снимаются значения средней скорости для каждой промерной вертикали,
которые выписываются в предпоследнюю строчку под чертежом профиля.
– Значения средней скорости для каждой промерной вертикали
умножаются на рабочую глубину промерных вертикалей, в результате
чего получаются значения элементарного расхода на этих вертикалях,
которые выписываются в последнюю строчку под чертежом профиля с
точностью до трех значащих цифр, но не точнее 0,01 м2/сек.
– Значения элементарного расхода откладываются вверх от профиля в масштабе, при котором наибольшее значение элементарного расхода изображалось бы отрезком, равным 7-10 см. По верхним конечным
точкам отрезков, изображающих значения элементарного расхода, и точкам урезов воды (или границ мертвого пространства) проводится плавная кривая – эпюра распределения элементарного расхода по ширине
реки.
– Вычисляется расход воды. Для этой цели путем планиметрирования определяется площадь эпюры распределения элементарного
расхода, которая (после перевода в м/с в соответствии с ценой деления
планиметра) численно равна расходу воды.
59
Рис. 10. Образец графической обработки расхода воды.
60
– Гидравлические характеристики расхода воды, полученные в
результате графического вычисления расхода, записываются в таблицу
«Принятые данные» рядом или в виде дроби с полученными данными по
аналитической обработке.
Дополнительно для изучения распределения скорости течения в
поперечном сечении потока и с целью анализа на чертеже графической
обработки расхода вычерчиваются линии равных скоростей (изотахи).
Для этого предварительно строятся эпюры распределения поверхностной
и донной скоростей по ширине реки, так же как эпюра распределения
средней скорости. Значения поверхностной и донной скоростей по всем
вертикалям снимают с годографов, затем эпюры распределения скорости
по вертикалям и эпюры поверхностной и донной скоростей по ширине
пересекаются линиями, отсекающими на оси скорости эпюр значения
скорости течения, равные выбранным значениям изотах (см. рис. 10).
Точки пересечения указанных линий с линией эпюры проецируются на ось глубины потока – для эпюр на вертикалях, на линию поверхности воды – для эпюры поверхностной скорости и на линию дна –
для эпюры донной скорости.
По найденным таким образом проекциям точек проводятся
плавные линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями скорости, – изотахи. В зависимости от значения наибольшей скорости изотахи
назначаются через 0,05; 0,10; 0,20 или 0,50 м/с с таким расчетом, чтобы
всего в поперечном сечении было не менее пяти и не более десяти изотах.
6. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Цель данного раздела практики – познакомить студентов с
различными видами метеорологических наблюдений, проводимых на
сети гидрометеорологических станций и постов. В процессе работы
студенты должны изучить метеорологические приборы, получить навыки в проведении наблюдений и научиться обрабатывать их данные.
В период практики студенты должны закрепить теоретические
знания, полученные ими в курсе «Метеорология».
Ниже описаны основные наблюдаемые характеристики и методы наблюдений.
61
Температура и влажность воздуха
Температура воздуха в
приземном слое измеряется в
психрометрической будке по
сухому термометру станционного психрометра, установленному
на высоте 2 м над земной поверхностью (рис. 11).
Психрометрическая
будка предназначена для размещения приборов для измерения температуры и влажности
воздуха и устранения влияния
на них прямой солнечной радиации.
Психрометрическая
Рис.11. Устройство психрометрической
будка представляет собой деребудки
вянный шкаф с жалюзийными
стенками, полом из трех досок, средняя из которых расположена выше
двух крайних для улучшения вентиляции, потолком и крышей. Будка
укрепляется на специальной ферме высотой 175 см горизонтально
земной поверхности. Будка ориентируется на площадке так, чтобы
дверца была обращена на север. Внутри будки устанавливаются следующие приборы:
два психрометрических термометра вертикально на металлическом штативе в кольцах на концах поперечных перекладин. Резервуар правого термометра обертывается батистом, который опускается в
стаканчик с водой. Резервуары термометров должны быть установлены на высоте 2 м над земной поверхностью. Правый термометр называется «смоченный», а левый – «сухой». «Сухой» термометр показывает температуру воздуха, а «смоченный» – температуру испаряющей
поверхности резервуара. По показаниям этих двух термометров с помощью психрометрических таблиц определяются характеристики
влажности. «Сухой и «смоченный» термометры в паре называются
станционным психрометром.
Кроме психрометрических термометров в будке устанавливаются максимальный и минимальный термометры. Они укладываются
горизонтально на специальные дугообразные лапки резервуарами на
восток, причем минимальный термометр кладется строго горизонтально на нижнюю пару лапок, а максимальный термометр – на верхнюю
пару лапок с небольшим наклоном в сторону резервуара.
62
Для измерения относительной влажности в будке на верхней
перекладине штатива устанавливается волосной гигрометр. Таков «интерьер» психрометрической будки.
Температура поверхности почвы
Температура поверхности почвы измеряется ртутным термометром на специально подготовленном участке, расположенном в южной части метеорологической площадки на ровном, не затененном от
солнца месте. Участок, очищенный от растительности, перекапывается
на глубину 25-30 см, выравнивается и разрыхляется граблями. Термометры укладываются горизонтально резервуарами на восток так, чтобы резервуар и внешняя оболочка термометра были погружены наполовину в почву.
Состояние поверхности почвы
Наблюдения за состоянием поверхности почвы проводятся в
теплый период года на участке без растительного покрова на метеорологической площадке, где установлены напочвенные термометры. Результаты наблюдений записываются в книжку КМ-1 в баллах: 0 – сухая, 1 – влажная, 2 – мокрая, 3 – замерзшая, 4 – корка льда, 5,6,7 – лед,
снег или тающий снег.
Наблюдения по психрометру
Цена деления у психрометрических термометров 0,2°, а отсчеты по всем термометрам производятся с точностью до одной десятой
градуса. При отсчетах необходимо соблюдать следующие правила:
наблюдатель должен установить глаз на одной высоте с концом столбика ртути. Если положение глаза правильное, то отсчитываемое деление будет казаться на всем протяжении ровной линией, а если положение глаза неверное, то линия в месте, где проходит капилляр, будет
казаться изогнутой.
Определение влажности по станционному психрометру производится до температуры не ниже –10°. Отсчеты по психрометру записываются в книжку КМ-1 в отведенные для этого строки и затем исправляются поправками, взятыми из прилагаемого к каждому термометру поверочного свидетельства. Затем поправки алгебраически
складываются с отсчетами по термометрам.
63
Определение минимальной температуры воздуха
Минимальная температура воздуха за промежуток времени
между сроками определяется с помощью минимального спиртового
термометра. В капилляре минимального термометра перемещается
стеклянный штифт, по положению которого и определяется минимальная температура воздуха между сроками наблюдений. При исправном состоянии прибора штифт должен находиться в спирте. При
повышении температуры столбик спирта удлиняется, а штифт остается
на месте. При понижении температуры столбик спирта укорачивается
и за счет сил поверхностного натяжения мениск спирта тянет за собой
штифт и тот конец штифта, который находится ближе к поверхности
столбика спирта (мениска) и показывает минимальную температуру
между сроками наблюдений. Отсчеты по минимальному термометру
производятся при горизонтальном его положении по показаниям спирта и штифта и записывается в книжку КМ-1 в графы «спирт» и
«штифт». После отсчета по минимальному термометру его наклоняют
на 30-45° резервуаром кверху для того, чтобы привести штифт в соприкосновение с концом столбика спирта. Цена деления шкалы мимального термометра равна 0,5°, но отсчет берется с точностью до
0,1°С. После наблюдения к показаниям вводятся поправки, взятые из
поверочного свидетельства.
Определение максимальной температуры
Для определения максимальной температуры используется
максимальный ртутный термометр. В дно резервуара максимального
термометра впаян конический стеклянный штифт, который снаружи не
виден, поскольку он находится в ртути. Верхний конец штифта входит
в начало капилляра и образует сужение его поперечного сечения, затрудняя продвижение ртути в этом месте. При повышении температуры ртуть проходит в капилляр и столбик ртути поднимается вверх.
При понижении температуры ртуть не может опуститься вниз из-за
сужения устья капилляра и остается на уровне, показывающем максимальное значение температуры между сроками наблюдений.
Цена деления шкалы максимального термометра равна 0,5°, но
отсчет производится с точностью до одной десятой градуса. После
отсчета термометр снимается с лапок штатива и встряхивается до тех
пор, пока он не покажет температуру, близкую к отсчету сухого термометра. В книжку КМ-1 в графу «Максимальный термометр» записывается два отсчета – «до встряхивания» и «после встряхивания».
64
После наблюдения отсчеты исправляются поправками, взятыми из
поверочного свидетельства. Каждый из термометров, находящихся в
психрометрической будке, имеет свой индивидуальный номер, нанесенный в верхней части шкалы. Этот номер должен соответствовать
номеру поверочного свидетельства, в котором даны поправки по интервалам температур по всей шкале термометра.
Определение влажности по волосному гигрометру
Волосной гигрометр предназначен для определения относительной влажности воздуха. Чувствительным элементом прибора является обезжиренный человеческий волос. Способность человеческого
волоса изменять свою длину при изменении влажности была открыта в
XVIII в швейцарским ученым Соссюром. Человеческий волос имеет
множество микроскопических пор, которые частично или полностью
заполняются влагой из воздуха. При повышении влажности поры заполняются в большей степени и длина волоса увеличивается и наоборот. При малых значениях относительной влажности волос более чувствителен к изменениям влажности, поэтому шкала имеет неравномерные деления. Цена деления шкалы гигрометра – 1%. Отсчет также
производится с точностью до одного процента.
Атмосферное давление
Атмосферное давление на станциях измеряется с помощью
станционного чашечного ртутного барометра. На практике в УНБ
«Предуралье» атмосферное давление измеряется при помощи барометра – анероида.
Чувствительным элементом прибора является блок анероидных коробок. При увеличении атмосферного давления коробка сжимается, при уменьшении – разжимается. С помощью передаточного механизма деформация передается на центральную ось со стрелкой, расположенной над зеркальной шкалой. Прибор установлен в металлическом корпусе, который, в свою очередь, укреплен в футляре на пружинных амортизаторах.
Основные технические характеристики барометра-анероида
МД-49-2: пределы измерения – 600 – 800 мм.рт.ст.; погрешность измерения в диапазоне температур –10...+50°С – 0.8 мм.рт. ст.; цена деления шкалы – 1 мм рт. ст. К показаниям барометра – анероида вводятся
3 поправки – температурная, шкаловая и добавочная.
65
Температурная поправка обусловлена изменением упругих
свойств анероидной коробки при изменении температуры. При повышении температуры упругость материала, из которого изготовлена
коробка (а это латунь), уменьшается, коробка деформируется больше и
вследствие этого показывает завышенную величину давления. Величина завышения учитывается температурной поправкой со знаком
«минус». В паспорте прибора дается температурный коэффициент К,
который означает изменение показаний анероида при изменении температуры на 1°.
Температурная поправка определяется по формуле
Тп=К·t+0,002·(75–Pt)·(t–20),
где Тп – температурная поправка; К – температурный коэффициент, указанный в аттестате; T – температура, при которой произведен отсчет по прибору; Pt – отсчитанное давление в округленных десятках мм рт. ст.
Шкаловая поправка – это индивидуальная поправка прибора,
определяемая путем сравнения показаний анероида с эталонным прибором – ртутным манометром. Определяется при изготовлении прибора на заводе-изготовителе и указывается в аттестате прибора.
Все три поправки алгебраически складываются и полученная
величина также алгебраически прибавляется к значению отсчитанного
давления. Снятая и исправленная величины давления записываются в
книжку КМ-1 в графе «Барометр». На метеостанциях величину атмосферного давления еще приводят к уровню моря и определяют барометрическую тенденцию. На нашей практике это не делается.
Измерение ветра
Ветер – это горизонтальное перемещение воздуха относительно земной поверхности, которое характеризуется направлением и скоростью. За направление ветра принимается то направление, «откуда»
дует ветер. Направление ветра измеряется в градусах от плоскости
меридиана по часовой стрелке от 0 до 360° или в румбах.
Измерение скорости и направления ветра на метеостанциях
производится анеморумбометрами или по флюгеру Вильда. В полевых
условиях скорость ветра измеряется с помощью анемометров различных типов. На практике в УНБ «Предуралье» для этой цели используется ручной чашечный анемометр МС-13, позволяющий определять
скорость ветра в диапазоне от 1 до 20 м/с.
Чувствительным элементом прибора является четырехчашечная вертушка, закрепленная в опорах на вращающейся оси. Счетный
66
механизм имеет 3 циферблата: два малых и один большой. Правый
малый показывает тысячи, левый малый – сотни и большой циферблат
показывает десятки и единицы.
Таблица 10
Названия румбов и их обозначения
Название
Северо-северо-восток
Северо-восток
Восток-северо-восток
Восток
Восток-юго восток
Юго-восток
Юго-юго-восток
Юг
Юго-юго-запад
Юго-запад
Запад-юго-запад
Запад
Запад-северо-запад
Северо-запад
Северо-северо-запад
Север
Обозначение
Рус.
Межд.
ССВ
NNE
СВ
NE
ВСВ
ENE
В
Е
ВЮВ
ESE
ЮВ
SE
ЮЮВ
SSE
Ю
S
ЮЮЗ
SSW
ЮЗ
SW
ЗЮЗ
WSW
З
W
ЗСЗ
WNW
СЗ
NW
ССЗ
NNW
С
N
Градусы
От
12
34
57
79
102
124
147
169
192
214
237
259
282
304
327
349
До
33
56
78
101
123
146
168
191
213
236
258
281
303
326
348
11
Производство наблюдений включает в себя следующие виды
работ:
– укрепить анемометр на заданной высоте, шкала должна быть
обращена в подветренную сторону для того, чтобы наблюдатель не
загораживал ветер, а плоскость циферблата была перпендикулярна к
направлению ветра;
– записать начальный отсчет;
– включить одновременно анемометр и секундомер на 300 или
на 600 с;
– по истечении времени выключить анемометр и снять конечный отсчет.
Обработка: из конечного отсчета вычесть начальный и полученную разность поделить на время. Тем самым мы определим число
оборотов в секунду точно также, как и у речной вертушки. Затем по
сертификату прибора по кривой зависимости числа оборотов в секунду
от скорости ветра определяем среднюю скорость ветра за данный промежуток времени.
67
Бесприборные наблюдения над ветром
При отсутствии или неисправности приборов направление и
скорость ветра можно определить по любым косвенным признакам:
направление – по дыму, движению легких предметов в воздухе, по
наклону травы, ветвей, деревьев; скорость ветра – по степени той силы, с которой он действует на различные предметы (для этого существует условная балловая шкала).
Наблюдения над облачностью
В состав наблюдений над облачностью входит определение
количества облаков и их формы. Количество облаков оценивается по
степени покрытия небосвода по 10-баллной шкале. Для определения
форм используется международная классификация, которая включает
10 форм облаков, 20 видов и 32 разновидности. Студентам необходимо
знать только 10 форм облаков и те формы и виды, из которых образуются осадки.
По высоте нижней границы облака подразделяются на три
яруса:
облака верхнего яруса. Их нижняя граница находится выше
6км; облака среднего яруса. Их нижняя граница находится между 2 и 6
км; облака нижнего яруса. Их нижняя граница находится ниже 2км и
может начинаться от поверхности Земли.
При определении форм облаков нужно пользоваться «Атласом
облаков» (М.: Гидрометеоиздат, 1978).
При наблюдении за количеством облаков сначала определяется общее количество облаков всех ярусов и записывается в книжку
КМ-1 в графу «облачность» в числителе, а затем – количество облаков
нижнего яруса и записывается в знаменателе.
Международная классификация форм облачности дается на латинском
и русском языках.
К облакам верхнего яруса относятся: перистые – Cirrus (Ci);
перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc); перисто-слоистые – Cirrostratus
(Cs). Через эти облака хорошо просвечивают солнце, луна и звезды.
Осадки из них не выпадают.
К облакам среднего яруса относятся: высоко-кучевые –
Altocumulus (Ac); высоко-слоистые – Altostratus (As) солнце и луна
просвечивают как сквозь матовое стекло, осадки иногда выпадают
слабые, часто не достигающие земли.
68
К облакам нижнего яруса относятся: слоисто-кучевые –
Stratocumulus (Sc). Как правило, осадки не выпадают; солнце и луна
могут просвечивать только сквозь тонкие края облаков; слоистые –
Stratus (St). Солнце и луна обычно не просвечивают, осадки, как правило, не выпадают, в очень редких случаях летом может выпадать морось; слоисто-дождевые – Nimbostratus (Ns). Солнце и луна не просвечивают, из облаков этой формы идут обложные осадки.
Облака вертикального развития: кучевые – Cumulus (Cu).
Солнце не просвечивает, осадки не выпадают; кучево-дождевые –
Cumulonimbus (Cb). Солнце не просвечивает, из облаков этой формы
идут ливневые осадки.
Наблюдения за атмосферными явлениями
Наблюдения над атмосферными осадками: определение вида
осадков, их интенсивности и измерение количества выпавших осадков,
т.е. сумм за период между двумя последовательными измерениями.
Виды осадков
Дождь – осадки, выпадающие в виде капель. Капли дождя, падая на воду, оставляют след в виде расходящихся кругов, а на сухой
поверхности – след в виде мокрого пятна. Выпадение дождя без изменений его интенсивности происходит в основном из слоисто-дождевых
облаков. В редких случаях слабый дождь может выпадать из высокослоистых и слоисто-кучевых облаков.
Ливневой дождь – дождь, характеризующийся большой интенсивностью и, как правило, кратковременностью. Выпадает из кучево-дождевых облаков. Часто сопровождается грозой.
Морось – осадки в виде очень мелких капелек. Они не оставляют кругов на воде и мокрых пятен на сухой поверхности. Морось
выпадает из слоистых облаков или из тумана.
Ледяной дождь – осадки в виде мелких, твердых, прозрачных
ледяных шариков диаметром от 1 до 3 мм, образующиеся из дождевых
капель, которые при падении попадают из теплого слоя атмосферы в
холодный и замерзают.
Град – осадки в виде кусочков льда различной формы и размеров. Ядра градин обычно непрозрачны, иногда окружены одним или
несколькими прозрачными слоями. Диаметр градин от 5мм до нескольких сантиметров. Выпадает из кучево-дождевых облаков.
Остальные виды осадков в теплый период года в течение
практики не наблюдаются и поэтому не рассматриваются.
Осадки, образующиеся на поверхности земли и на предметах
69
Роса – капельки воды, образующиеся на поверхности земли и
на предметах и растениях в результате соприкосновения влажного
воздуха с более холодной поверхностью. Роса образуется только в том
случае, если температура поверхности ниже точки росы.
Иней – белый кристаллический осадок, образующийся на поверхности земли и на предметах и растениях, когда их температура
ниже нуля градусов. Кристаллы инея образуются в процессе сублимации, т.е. при переходе водяного пара в лед.
Гололед – слой льда, образующийся на поверхности земли и
на предметах при отрицательных температурах вследствие намерзания
капель переохлажденного дождя, мороси или тумана. Гололед бывает
мутным или прозрачным.
Туман – присутствие в воздухе мельчайших, невидимых глазом капелек воды, когда горизонтальная видимость становится менее
1000м. Туманы бывают поземные, ледяные и туманы испарения. Поземные туманы имеют высоту не более 2 м над сушей и не более 10 м
над морем. Ледяные туманы состоят из ледяных кристаллов и наблюдаются только при больших морозах. Туманы испарения образуются
над незамерзшей водной поверхностью при больших разностях температуры воды и воздуха.
Определение количества осадков
Количество осадков определяется высотой слоя воды в миллиметрах, который образовался бы на горизонтальной поверхности
при отсутствии фильтрации в почву и испарения.
Определение количества осадков с
помощью осадкомера Третьякова
В комплект осадкомера входят: два
металлических сосуда для сбора осадков и
одной крышки к ним, таган для установки
осадкомерных сосудов, ветровая защита из
15 планок и двух стеклянных измерительных стаканов.
Осадкомер устанавливается на метеорологической площадке. С северной
стороны осадкомера устанавливается металлическая или деревянная лесенка (рис.
12).
Наблюдения за осадками на сети
Рис.12. Осадкомер в защите
гидрометстанций проводятся в сроки, бли70
жайшие к 8 и 20 ч. декретного времени, на студенческой практике наблюдения проводятся в последний срок – 21 ч местного времени. Наблюдатель снимает осадкомерный сосуд и уносит его в помещение,
затем выливает воду из сосуда в измерительный стакан, держа сосуд
над стаканом до тех пор, пока вода не перестанет капать.
Целые деления стакана записываются в книжку КМ-1 в строку
«Осадки». Если уровень воды в стакане (нижний край мениска) находится посередине между соседними делениями, то в книжку записывается большее их них.
Если уровень воды в стакане ниже половины первого деления,
то записывается 0, если на середине – 1. Если осадков в сосуде совсем
нет, то в книжку ничего не записывается и графа остается незаполненной.
К измеренному количеству осадков вводятся поправки на смачивание осадакомерного сосуда, величина которой зависит от вида и
количества осадков в сосуде. Для жидких и смешанных осадков поправка определяется следующим образом: если в измерительном стакане уровень воды оказался на середине первого деления или выше, то
к измеренному количеству прибавляется поправка 0,2, если уровень
воды ниже половины первого деления, то прибавляется поправка 0,1.
Для твердых осадков: если уровень воды в стакане установился на половине первого деления или выше, то к измеренной величине
прибавляется поправка 0,1. Во всех остальных случаях поправка равна
0,0.
Для записи осадков в книжке КМ-1 отводится три графы, где
записываются измеренное количество осадков в целых делениях стакана, поправка на смачивание осадкомерного сосуда в миллиметрах и
исправленная величина тоже в миллиметрах.
Примеры
1. После дождя количество осадков составило 5 делений стакана. В книжке КМ-1 запись имеет следующий вид:
5
0,2
0,7
2. После дождя количество измеренных осадков оказалось
меньше половины первого деления стакана. Запись в книжке КМ-1
имеет вид:
0
0,1
0.1
По окончании практики при составлении отчета студенты
должны построить комплексный график изменения метеорологических величин за период их наблюдений, куда входят: температура воздуха, температура воды, температура поверхности почвы, влажность
71
воздуха (относительная), облачность, атмосферные явления (наличие
осадков) и описание их изменения.
7. СОДЕРЖАНИЕ УЧАСТКА ПОСТА. РАЗНЫЕ РАБОТЫ.
Выкашивание водной растительности в руслах рек на гидростворе
Содержание работы: установление границы распространения
водной растительности и ее выкашивание; при необходимости – удаление водной растительности с гидроствора.
Исполнители: 1 чел.
Нормы времени на выполнение работ
Выкашиваемая площадь, м2
50
Норма врем., чел.-ч
2,20
Окраска свай постов
Содержание работы: подготовка краски, кисти; окрашивание
головок свай; промывка кисти.
Исполнители: 1 чел.
Нормы времени на выполнение работ:
Количество свай
8-10
11-15
Более 15
Норма врем., чел.-ч
0,91
1,16
1,41
Установка или замена свай поста (репера поста)
Содержание работы: подготовка инструмента; разметка места установки сваи; завинчивание сваи или выемка грунта; установка
сваи (бетонирование основания репера); уборка рабочего места.
Исполнители: 2 чел.
Нормы времени на выполнение работ:
Установка сваи
1
Норма врем., чел.-ч
13,1
72
Изготовление круглых поверхностных гидромертрических поплавков
Содержание работы: подготовка инструмента и материалов;
изготовление поплавков; укладка изготовленных поплавков на место
хранения; уборка рабочего места; перемещения на рабочем месте.
Исполнители: 2 чел.
Нормы времени на изготовление одного поплавка
Количество поплавков
До 10
11-50
51-100
Норма врем., чел.-ч
0,315
0,081
0,060
73
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Единые отраслевые нормы времени на работы, выполняемые
на гидрологических станциях и постах. Типовые штаты станций. РД
52.19.93-86. Обнинск, 1986.112 С.
Инструкция по охране труда №12-12 при проведении экспедиционных работ на кафедре гидрологии и ОВР. Пермь, 2005.
Наставление по рекогносцировочным гидрографическим исследованиям рек. Л: Гидрометеоиздат, 1949. 168 С.
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам.
Вып.2. Ч.2. Гидрологические наблюдения на постах. Л: Гидрометеоиздат, 1975. 264 С.
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам.
Вып.3. Ч.1. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам.
Вып.6. Ч.1. Гидрологические наблюдения и работы на реках. – Л: Гидрометеоиздат, 1957. 400 С.
Пособие к СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы» по изысканиям
и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки (ПМП-91). М, 1992. 348 С.
CНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства».
Основные положения. М, 1996.
СП 11-103-97 «Инженерно-гидрометео-рологические изыскания для строительства». М, 1997.
Справочник по гидрометеорологическим приборам и установкам. Гидрометеоиздат, Л.: 1978.
М.С. Стернзат Метеорологические приборы и наблюдения. Л.:
Гидрометеоиздат, 1968.
74
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ОПИСАНИЯ И УКАЗАНИЯ ПО СБОРКЕ И РАЗБОРКЕ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ВЕРТУШЕК
Принцип действия гидрометрических вертушек основан на
наличии закономерной связи между скоростью вращения лопастного
винта вертушки и скоростью набегающего потока. Если изобразить эту
связь графически, отложив по горизонтальной оси число оборотов в
секунду лопастного винта, а по вертикальной оси – скорость потока, то
на большей части графика она будет иметь вид прямой линии и лишь в
области малых скоростей (обычно менее 0,20 м/с) будет нарушаться
из-за наличия трения в подшипниках. Величина трения зависит от особенностей каждой вертушки и не является постоянной. Для установления связи между скоростью течения воды и скоростью вращения лопастного винта каждая выпускаемая заводом вертушка тарируется.
Вертушка ГР-21. Гидрометрические вертушки ГР-21 и ГР21М одного класса, но несколько различаются компоновкой ходовой
части.
Гидрометрическая вертушка ГР-21 состоит из следующих основных частей: а) корпуса; б) хвостового оперения; в) ходовой части с
контактным механизмом и лопастным винтом; г) сигнального устройства.
Корпус гидрометрической вертушки 12 (рис. 1) служит для
сочленения частей вертушки, крепления ее на штанге или на вертлюге.
Корпус в своей передней части имеет полость, в которую вставляется
ось собранной ходовой части 16 и крепится в ней стопорным винтом 5.
Две клеммы 6 и 7 служат для подключения проводов сигнальной цепи.
В тыльной части корпуса имеется втулка для крепления вертушки на штанге или на подвеске-вертлюге (в случае работы с троса)
зажимными винтами 8. К тыльной части корпуса винтом 9 крепится
хвостовое оперение. Сбоку втулка имеет фигурное отверстие с указателем для снятия отсчета высоты положения оси вертушки на штанге.
Хвостовое оперение вертушки служит для установления оси
вертушки по течению. Оно состоит из штока и двух симметрично расположенных на конце его профилированных пластин, обращенных
вогнутостью наружу.
Ходовая часть вертушки состоит из оси 16 с контактным механизмом, двух радиально-упорных подшипников 2, внутренней распорной втулки 15, наружной втулки 13, осевой гайки 1. Ходовая часть
входит в цилиндрическую полость лопасти 3 и крепится в ней муфтой
4.
75
76
ный стержень.
ходовой части; 17 – контактный штифт; 18 – червячная шестерня; 19 – контактная пружина; 20 – контактный винт; 21 – электропровод-
штифт оси; 12– корпус вертушки; 13 – наружная втулка; 14 – гильза с червячной втулкой; 15 – внутренняя распорная втулка; 16 – ось
– изолированная клемма; 8 – зажимные винты; 9 – винт для крепления хвостового оперения; 10 – гнездо штепселя; 11 – штепсельный
1 – осевая гайка; 2 – радиальноупорные шарикоподшипники; 3 – лопастный винт; 4 – муфта; 5 – стопорный винт; 6 – массовая клемма; 7
Рис. 1. Общий вид вертушки ГР-21 (в разрезе):
Контактный механизм в свою очередь состоит из червячной
шестерни 18 с двадцатью зубцами, контактного штифта 7, контактной
пружины 19, контактного винта 20 для крепления контактной пружины, электропроводного стержня 21, изолированного от массы корпуса
и соединяющего контактную пружину с гнездом штепселя 10.
Контактный механизм вертушки дает одно замыкание электрической сигнальной цепи за один полный оборот червячной шестеренки, имеющей 20 зубьев; поэтому одно замыкание цепи совершается через 20 оборотов лопастного винта.
Сигнальное устройство, состоящее из клеммной панели, звонка (лампочки), переключателя и сигнальных проводов, служит для
преобразования электрического импульса в звуковой или световой
сигнал.
Электрический ток от отрицательного полюса батареи, состоящей из двух гальванических элементов, подводится к клемме со
знаком минус (–) на клеммной панели ящика, откуда по проводу подходит к изолированной клемме 6 вертушки, затем к штепсельному
гнезду 10 по стержню штепселя 21, по контактной пружине 19 на контактный штифт 17, на шестеренку 18, через нее на массу оси, затем на
массу корпуса вертушки 12 и на массовую клемму 7. Далее с массовой
клеммы по второму проводу ток идет на клемму панели со знаком
плюс (+), от которой через электрический звонок или лампочку накаливания – к положительному полюсу батареи.
Сборка вертушки производится в следующем порядке. На ось
16 последовательно надеваются внутренняя обойма шарикоподшипника (с сепаратором и шариками) 2, наружная обойма шарикоподшипника заплечиками вверх, внутренняя распорная втулка 5, наружная распорная втулка 13, наружная обойма шарикоподшипника 2 и навинчивается осевая гайка крепления подшипников 1. Затем на ось надевается
гильза 14 с червячной втулкой. Ось в сборе вставляется в полость лопастного винта 3, заполненную предварительно маслом на 5–6 мм выше уступа в глубине полости, и закрепляется гайкой 4, которая надевается на ось со стороны штепсельного штифта. При вводе оси в полость
лопастного винта необходимо ввести штифтик на конце гильзы в гнездо в плече уступа полости лопастного винта.
В случае сборки для хранения на свободный конец оси надевается предохранительный чехол. При сборке вертушки для работы
штепсельный штифт оси 11 вставляется в штепсельное гнездо 10 в
корпусе 12. Если штепсельный штифт сжат, концы его осторожно раздвигают ножом, чтобы он плотно входил в контактное гнездо. Вставленная в корпус ось с лопастным винтом закрепляется винтом 5. Сле77
дует убедиться, что ось закреплена и не может быть вынута из корпуса.
К неизолированной клемме 6, замыкаемой на массу вертушки, присоединяется положительный полюс (+) батареи.
Разборка вертушки производится в порядке, обратном сборке.
Не допускается вывинчивать из корпуса изолированную
клемму 7, вынимать контактный штифт 17, укрепленный на червячной шестерне 18, и вывинчивать токопроводящий изолированный
стержень 21, соединяющий контактную пружину 19 со штепсельным штифтом 11. В случае необходимости замены контактной пружины 19 отвинчивается винт 20.
Вертушка ГР-21М отличается от вертушки ГР-21 лишь
конструкцией отдельных деталей (рис. 2). В частности, в ней отсутствует деталь 14 – гильза с червячной втулкой. Все операции по
сборке, относящиеся к вертушке ГР-21, сохраняются и для этой
вертушки.
Вертушка ГР-55. Малогабаритная гидрометрическая вертушка ГР-55 состоит из тех же основных частей, что и вертушка ГР21.
Корпус гидрометрической вертушки 12 (рис. 3) служит для
сочленения частей вертушки, крепления ее на штанге или вертлюге и
подключения сигнальной цепи. Корпус вертушки в своей передней
части имеет полость, в которую вставляется ось 13 собранной ходовой части и крепится в ней стопорным винтом 5. На передней части
корпуса расположены клеммы 6 и 7 для крепления сигнальной цепи,
а сама часть корпуса закрыта сверху текстолитовой рубашкой.
В тыльной части корпуса имеется утолщение с вертикальным
отверстием для крепления его на штанге или на подвеске-вертлюге (в
случае работы с троса) зажимными винтами 8. К тыльной части корпуса крепится при помощи винта 9 хвостовое оперение 10. Сбоку
штанговой втулки вырезано фигурное отверстие с указателем для снятия отсчета высотного положения оси вертушки на штанге.
Хвостовое оперение гидрометрической вертушки служит для
установки прибора по течению. Оно состоит из штока и двух симметрично расположенных на конце его вогнутых обтекаемых пластин.
Ходовая часть с контактным механизмом и лопастным винтом
является главным узлом гидрометрической вертушки. Она состоит из
оси 13 с контактным механизмом, двух радиальных шарикоподшипников 2, внутренней упорной втулки 5, осевой гайки 1, закрепляющей
подшипники с упорной втулкой на оси ходовой части лопастного винта 15, и зажимной муфты 14.
78
79
руктивно
Рис. 2. Общий вид вертушки ГР-21М (в разрезе). Наименование деталей – аналогично ГР-21 (см. рис. 1); они отличаются лишь конст-
80
Рис. 3. Общий вид вертушки ГР-55 (в разрезе): 1 – осевая гайка; 2 – радиальные шарикоподшипники; 3 – внутренняя упорная втулка; 4 –
стный винт; 16 – червячная шестерня; 17 – контактная пружина; 18 – контактный винт; 19 – стержень штепселя
оперения; 10 – хвостовое оперение; 11 – штепсельное гнездо; 12 – корпус вертушки; 13 – ось ходовой части; 14 – зажимная муфта; 15 – лопа-
упорная шайба; 5 – стопорный винт; 6 – массовая клемма; 7 – изолированная клемма; 8 – зажимные винты; 9 – винт для крепления хвостового
Контактный механизм вертушки, в свою очередь, состоит из
червячной шестерни 16 с двадцатью зубцами и штифтом, контактной
пружины 17, контактного винта 18 для крепления пружины к токопроводному стержню 19, изолированного от массы и соединяющего контактную пружину с гнездом штепселя.
Контактный механизм вертушки дает одно замыкание в электрической сигнальной цепи за один полный оборот червячной шестеренки, имеющей 20 зубьев; поэтому одно замыкание цепи совершается через 20 оборотов лопастного винта.
Электрический ток от отрицательного полюса батареи, состоящей из двух гальванических элементов, подводится к клемме сознаком минус (–) на клеммной панели ящика, откуда по проводу подходит к изолированной клемме 7 вертушки, затем к штепсельному
гнезду 11, по стержню штепселя 19, контактной пружине 17 на контактный штифт, на шестеренку 16, через ось на массу корпуса вертушки и на массовую клемму 6. Далее с массовой клеммы 6 по второму проводу ток поступает на клемму панели со знаком плюс (+), от
которой через электрический звонок идет к положительному полюсу
батареи.
В качестве кабеля сигнальной линии используется гибкий
двойной провод с полихлорвиниловой изоляцией.
Сборку вертушки производят в следующем порядке. На ось 13
надевается упорная шайба 14, затем последовательно надеваются:
внутренний радиальный подшипник 2, внутренняя упорная втулка 3,
наружный радиальный подшипник 2 и навинчивается осевая гайка
подшипников 1. Ось в сборе вставляется в полость лопастного винта
15, заполненную предварительно маслом на 5–6 мм выше уступа в
глубине полости, и закрепляется зажимной упорной муфтой 14. При
вводе оси в полость лопастного винта упорную шайбу необходимо
прижать к торцу подшипника, после чего затянуть зажимную гайку.
Для окончательной сборки вертушки ось ходовой части в сборе вставляется в полость корпуса. Вставленная в корпус ось закрепляется винтом 5. При этом следует убедиться, что ось закреплена и не
может быть вынута из корпуса. К неизолированной клемме 6, замыкаемой на массу вертушки, присоединяется положительный полюс (+)
гальванических элементов.
Разборка вертушки производится в порядке, обратном сборке.
Не допускается: вывинчивать из корпуса изолированную
клемму 7, выпрессовывать контактный штифт, укрепленный на червячной шестерне 16, и вывинчивать токопроводящий изолированный
стержень 19, соединяющий контактную пружину 17 со штепсельным
81
штифтом. В случае необходимости замены контактной пружины 17
вывинчивается винт 18.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРАВИЛА ОБРАЩЕНИЯ И УХОДА ЗА ГИДРОМЕТРИЧЕСКИМИ ВЕРТУШКАМИ
Каждая вертушка должна иметь паспорт со списком принадлежностей и запасных частей и тарировочную таблицу. Если вертушка
получена в плохом состоянии или отсутствуют какие-либо принадлежности и запасные части, перечисленные в списке, необходимо сообщить об этом руководителю.
Производить какой-либо ремонт вертушки самому не разрешается.
Каждую вертушку в определенные сроки в зависимости от условий работы в створе отправляют на тарировку.
В случае повреждения или подозрения о неисправности вертушки (например, при работе наблюдатель уронил вертушку и лопастный винт немного погнулся) ее высылают на станцию для замены другой, не дожидаясь срока отправки на очередную тарировку.
Если повреждение произошло или возникло подозрение, что
вертушка повреждена во время измерения расхода воды, то об этом
отмечают в книжке расхода с указанием, на каких вертикалях измерения производились неисправной вертушкой. Если повреждение обнаружено перед измерением расхода и есть основание предполагать, что
оно произошло во время предыдущего измерения, запись об этом делают в книжке измерения предыдущего расхода.
С гидрометрической вертушкой следует обращаться бережно,
оберегая ее от механических повреждений и ржавчины, своевременно
и строго выполняя изложенные ниже правила обращения и ухода.
Разборку, чистку и сборку вертушки гидрометрист должен
выполнять сам, ни в коем случае не доверяя это другим лицам.
Порядок разборки вертушек ГР-21, ГР-21М, ГР-55 описан в
приложении.
Разборку и сборку вертушки дома и на реке следует производить осторожно, над куском материи или плотной бумаги с загнутыми
краями, чтобы не утерять какую-либо мелкую деталь (или над крышкой ящика).
Сразу же после измерения расхода воды на берегу реки вертушку обтирают сухой мягкой тряпкой и убирают в ящик.
82
По возвращении после измерений в помещение в тот же день
чистят вертушку и промывают чистым керосином. Вычищенные керосином стальные и железные части должны быть насухо вытерты и обсушены, так как оставшийся керосин может вызвать появление ржавчины.
Хвост и подвеску насухо вытирают тряпкой, а затем обтирают
тряпочкой, слегка смоченной в масле. Масло для заливки ходовой части следует применять трансформаторное. Применять другое масло
запрещается, так как оно может содержать вредные примеси, вызывающие окисление или образующие сгустки, что отразится на точности показаний вертушки. Чистить и обтирать каждую часть вертушки
следует особенно аккуратно, чтобы не погнуть и не испортить. Внутренние части вертушки промывают струей керосина из резиновой
груши или ершиком.
Груз, лебедку, штангу и другое вспомогательное оборудование
вертушки, а также трос после работы в тот же день насухо обтирают и
затем протирают тряпкой, слегка смоченной в масле. Электрические
провода после окончания измерений отключают от электроэлементов,
высушивают и наматывают на катушку или аккуратно, без петель,
свертывают в бухту.
При сборке вертушки нужно обращать внимание на то, чтобы
каждый раз степень завинчивания винта, укрепляющего ось вертушки,
или гайки, зажимающей шайбы шарикоподшипников, была одинакова. Перед каждым измерением расхода воды необходимо тщательно
осматривать все ходовые части (ось и подшипники), проверять чистоту, исправность механизма и правильность сборки вертушки.
При правильной сборке вертушки лопастный винт в нормальном и слегка наклонном положении должен от легкого дуновения сделать несколько оборотов. Если лопастный винт вращается туго, вертушку следует разобрать, снова очистить, промыть ходовую часть и
заменить масло.
Вертушки ГР-21 и ГР-21М перед каждым измерением расхода
воды при скоростях течения меньше 0,5 м/с после проверки вращения
лопастного винта от дуновения дополнительно испытывают в отношении сохранения постоянства трения, которое зависит от состояния ,
подшипников и от сопряжения отдельных частей механизма вертушки.
В случае появления в подшипниках ржавчины, искривления оси и т.д.
трение значительно увеличивается и показания вертушки, в особенности при малых скоростях, становятся неточными. В этом случае вертушка подлежит замене и ремонту.
83
Испытание вертушки на постоянство трения производят в помещении или защищенном от ветра месте по способу выбега в следующем порядке. Вертушку закрепляют на штанге на высоте 1,1 м от
пола. На соединительную гайку вертушки (см. приложение, рис. 1,
деталь 4) навивают нить длиной 100 см с грузиком массой 75-100 г.
Нитку навивают в один ряд путем вращения лопастного винта в сторону, противоположную его вращению при работе. Начало нити прижимают к гайке вторым витком. После того как вся нить до ушка грузика
будет навита на гайку, груз опускают. В момент, когда вся нить сойдет
с гайки и грузик упадет на пол, пускают в ход секундомер. Лопастной
винт начинает свободно вращаться. В момент полной остановки лопастного винта (или момента, когда винт подастся в обратную сторону)
секундомер останавливают. Время записывают с точностью до 1 с.
Испытание производят дважды в теплом помещении, так как
при низких температурах масло сгущается и продолжительность свободного вращения заметно уменьшается. Разница в продолжительности свободного вращения по двум испытаниям не должна превышать
20%. Если разница получится больше, вертушку разбирают, тщательно
просматривают, при необходимости заново чистят, заменяют масло и
испытание повторяют дважды.
Полученное время продолжительности (меньшее из двух) свободного вращения лопастного винта сравнивают со временем, указанным в тарировочной таблице.
Продолжительность свободного вращения (в секундах), указанная в тарировочной таблице, обозначается То, а продолжительность
вращения перед данным измерением расхода – ТN с индексом, показывающим порядковый номер измерения этой вертушкой расхода воды,
например, Т5, Т2 и т. д.
Если продолжительность свободного вращения перед измерением данного расхода воды по сравнению с То уменьшится не более
чем в 1,5 раза, вертушка считается исправной и ею допускается измерять все значения скоростей начиная с 0,08 м/с.
Если продолжительность вращения уменьшится от 1,5 до 2,5
раза, то вертушка при измерении скоростей течения меньше 0,25 м/с
будет давать значительные погрешности и ею можно измерять скорости течения только более 0,25 м/с.
Если продолжительность вращения уменьшится более чем в
2,5 раза, то вертушка признается непригодной для измерения скоростей меньше 0,5 м/с.
Во всех случаях получения в результате испытаний значительных отклонений продолжительности свободного вращения перед
84
измерением расхода воды по сравнению с То (более чем в 1,5 раза)
следует убедиться, хорошо ли вычищена вертушка и правильно ли она
собрана. После проверки испытание следует повторить.
При измерении скоростей течения больше 0,50 м/с испытание
по способу выбега не производится.
Результаты испытаний записываются в раздел «Обстановка
работ» книжки расхода в сведениях о вертушке.
Перед измерением расхода воды проверяют также исправность электрических элементов, проводов и регулируют сигнальное
устройство (звонок, зуммер).
В первую очередь осматривают и очищают от окислов и грязи
винты и гайки всех контактов и концы проводов.
Убедившись, что элементы исправны, присоединяют их непосредственно к сигнальному устройству.
В случае слабого или прерывистого сигнала звонка при замкнутом контакте контактного устройства вертушки производят регулировку контактов специальным имеющимся на нем винтом, который,
после того как будет достигнут громкий и ровный звук, закрепляют
контргайкой.
Для проверки проводов их соединяют с гальваническим элементом и сигнальным устройством. В случае отсутствия сигнала провод проверяют на обрыв, соединяют его части или заменяют запасным,
новым проводом.
После проверки и регулировки сигнальной электрической системы производят испытание действия контактного механизма вертушки.
Для этого вертушку включают согласно электрической схеме.
При вращении рукой лопастного винта во время контакта должен получаться четкий (громкий для звукового и ясный для светового) ровный сигнал.
В случае неудовлетворительных сигналов (слабых, прерывистых) следует прежде всего убедиться в надежности всех контактов
(соединений) электрической цепи, находящихся вне контактной камеры. Если окажется, что все внешние контакты надежны, а сигналы остаются неудовлетворительными, открывают контактную камеру вертушки, промывают керосином, сушат ее и снова вращением лопастного винта устанавливают контактную пружину на штифтик. Если и после промывки сигналы будут неудовлетворительными, необходимо
произвести регулировку контактного устройства вертушки.
Регулировка контактного устройства вертушки самостоятельно не производится.
85
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
БЛАНК КГ-7М(н)
86
87
88
89
90
91
92
93
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
БЛАНК КГ-3М(н)
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
БЛАНК КГ-3М(н)Д
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
ВКЛАДНОЙ ЛИСТ КГ-3а
130
131
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
ТАБЛИЦА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА ОБОРОТОВ
ВЕРТУШКИ В СЕКУНДУ
132
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ
Теодолит
Назначение. Теодолит технический оптический маркшейдерский 2Т30М предназначен для измерения горизонтальных и вертикальных углов при прокладке теодолитных и тахеометрических ходов,
при разбивке плановых и высотных съемочных сетей, при маркшейдерских работах на поверхности и в подземных горных выработках, а
также для измерения расстояний по нитяному дальномеру зрительной
трубы.
Теодолит и комплект принадлежностей должны устойчиво
работать при температуре окружающего воздуха -40˚С…+50˚С и относительной влажности 90% при температуре 20˚С.
Технические данные.
Средняя квадратическая погрешность измерения угла одним приемом, угловые секунды, не
более:
– горизонтального
– вертикального
Увеличение зрительной трубы
Угол поля зрения трубы
Диаметр свободного отверстия объектива трубы, мм
Наименьшее расстояние визирования зрительной трубой не более, м
Коэффициент нитяного дальномера
Посадочный диаметр для насадки на объективном конце трубы, мм
Пределы измерения углов
– в горизонтальной плоскости
– в вертикальной плоскости
– в вертикальной плоскости с приземной насадкой
Номинальная цена деления уровня при алидаде, с
Номинальная цена деления уровня на трубу, с
Средняя квадратическая ошибка ориентирования теодолита с помощью ориентир-буссоли,
мин, не более
133
30;
45.
18х.
2˚.
25.
1,0
100+0,5%.
38
360˚;
+60˚…-55˚;
+ 90˚.
60
20
15
275*140*140;
390*265*180.
3,0;
Габаритные размеры, не более, мм:
– теодолита
– футляра теодолита
Масса, кг, не более
– теодолита
– теодолита в упаковке с принадлежностями по
уходу
– ориентир-буссоли
6,5;
0,1.
Устройство и работа изделия. Теодолит 2Т30М представляет собой теодолит повторительного типа со шкаловым отсчетным микроскопом.
Зрительная труба обоими концами переводится через зенит.
Фокусирование зрительной трубы на предмет производится
вращением фокусировочного кольца. Вращением диоптрийного кольца окуляр устанавливается по глазу наблюдателя до получения четкого
изображения сетки нитей.
Сетка нитей представляет собой перекрестие, вертикальный
штрих которого в одной половине поля зрения выполнен двойным.
Два коротких горизонтальных штриха сетки образуют нитяной дальномер. На сетке нанесена шкала с ценой деления в 1 мин, предназначенная для измерения малых углов, например, колебаний отвеса.
По обе стороны от трубы имеются оптические визиры для
предварительного наведения на цель. Глаз наблюдателя располагается
в 20-25 см от визира, в поле зрения которого виден светлый крест.
Вращением зрительной трубы крест совмещается с объектом. Точное
наведение трубы на предмет в вертикальной плоскости производится
наводящим винтом при зажатом установочном. Также производится
наведение на предмет в горизонтальной плоскости.
Теодолит снабжен повторительным устройством. Нажатием
защелки горизонтальный круг скрепляется с алидадой. Теодолит имеет
стеклянные лимбы, оцифрованные от 0 до 360˚ через 1˚. С помощью
оптической системы изображения штрихов лимбов и шкалы передаются в поле зрения оптического микроскопа. Отсчетная шкала разделена
на 60 делений через 1 мин.
Вертикальная ось устанавливается в отвесное положение с
помощью цилиндрического уровня.
Теодолит имеет полую ось, что позволяет центрировать теодолит над точкой с помощью зрительной трубы.
Подставка теодолита съемная, имеет стандартное отверстие D
34, зажимной винт и пружинящий фиксатор, который необходимо от134
тягивать при разъединении подставки с теодолитом. На крышке колонки теодолита имеется зеркало подсветки для подсвечивания отсчетной системы в естественных условиях.
Для наблюдения предметов, расположенных под углом более
45˚ к горизонту, а также для центрирования теодолита над точкой
применяются зенитные насадки, одеваемые на окуляры зрительной
трубы и микроскопа.
Ориентир-буссоль служит для ориентирования теодолита относительно магнитного меридиана. Ориентир-буссоль закрепляется на
крышке колонки теодолита. Основной деталью ориентира-буссоли
является магнитная стрелка, опирающаяся на острие вертикальной
стальной иглы посредством вмонтированного в стрелку подпятника из
агата. Для того чтобы предотвратить острие иглы от повреждений
вследствие возможных сотрясений прибора, ориентир-буссоль снабжена арретирным устройством, вращением которого стрелка может
быть приподнята с острия рычагом и прижата к защитному стеклу.
Подготовка к работе. Работа. Осуществляются обычным способом.
Методы и средства поверки теодолита.
Наименование операции
Средства поверки и их нормативнотехнические характеристики
в лабораторных
в полевых услоусловиях
виях
1. Поверка внешнего состояния и комплектности
2. Проверка работоспособности и взаимодействия
узлов
3. Определение коллимационной ошибки
4. Определение места нуля
М0 вертикального круга
Коллиматоры с f≥
350 мм
Коллиматоры с f≥
350 мм
5. Определение коэффициента нитяного дальномера
теодолит Т1, Т2
или аналогичный
135
Визирные марки
Визирные марки, удаленные
объекты местности
Эталонный базис с допускаемой относительной погрешностью не более
1:3000
6. Определение перпендикулярности оси уровня к
вертикальной оси вращения
теодолита
7. Определение перпендикулярности горизонтального
штриха сетки нитей вертикальной оси прибора
8. Определение наклона оси
вращения зрительной трубы
(параллельность подставок)
9. Определение смещения
визирной оси при перефокусировании
10. Определение средней
квадратической погрешности измерения горизонтального угла
11. Определение средней
квадратической погрешности измерения вертикального угла
Коллиматоры с f≥
350 мм
Визирные марки
__,,__
__,,__
__,,__
__,,__
__,,__
__,,__
Нивелир
Назначение. Нивелир – геодезический высотомер для определения и построения превышений горизонтальным лучом визирования,
т. е. геометрическим методом. Рабочим положением нивелира считается такое, когда при его вращении визирный луч описывает поверхность, близкую к горизонтальной плоскости. Основные части прибора: уровень, зрительная труба, подставка.
Нивелир точный Н-3 – с элевационным винтом, уровень цилиндрический компенсированный. Изображение концов пузырька
уровня системой призм передается в поле зрения окуляра зрительной
трубы. В рабочее положение нивелир устанавливают по круглому, а
затем по цилиндрическому уровню элевационным винтом.
Основные технические характеристики
Увеличение трубы, крат
Коэффициент дальномера
Цена деления цилиндрического уровня, с
136
30,5
100
15
Цена деления круглого уровня, мин
5
Средняя квадратическая ошибка превышений на 2
станции при расстоянии до реек 100 м, не более,
мм
Масса в укладке, кг
2,0
Методы и средства поверки:
• труба не должна иметь аберраций (сферической, хроматической);
• при изменении фокусировки положение визирной оси не
должно изменяться;
• чувствительность цилиндрического уровня должна быть
нормальной;
• плавность перемещения пузырька цилиндрического уровня;
• параллельность оси круглого уровня оси вращения прибора;
• перпендикулярность горизонтального штриха сетки нитей
оси вращения прибора;
• ось цилиндрического уровня и визирная ось трубы должны
находиться в параллельных вертикальных плоскостях;
• ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.
137
Учебное издание
Составители:
Дмитрий Евгеньевич Клименко
Виктор Маркелович Носков
Учебная практика «Методы и средства гидрометеорологических измерений»: уч. пособие для студентов географического факультета направления 510900 «Гидрометеорология» специальности 012700 «Гидрология»
Редактор Н.И Стрекаловская
Корректор А.В. Цветкова
Компьютерная верстка Д.Е. Клименко
Подписано в печать 15.04.2009. Формат 60×84/16. Усл.печ.л.
10,23. Уч-изд.л. 7,5. Тираж 100 экз. Заказ
.
Редакционно-издательсктй отдел Пермского государственного
университета. 614 990. Пермь, ул. Букирева, 15.
Типография Пермского государственного университета
614 990. Пермь, ул. Букирева, 15.
138