ВОЛНОМЕРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ НА ПОСТУ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Географический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной
работе
______________В.В. Самохвал
Регистрационный №________
« « ___________2009
ПРОГРАММА
Учебной практики
по гидрологии
для студентов 2 курса специальностей
1 – 31 02 01 «География»
1 – 33 01 02 «Геоэкология»
Минск
2009
Составители:
Лопух П.С. – заведующий кафедрой общего землеведения Белорусского
государственного университета, доктор географических наук, доцент;
Логинова Е.В. – доцент кафедры общего землеведения, кандидат
географических наук, доцент;
Кухарчик М.В. – старший преподаватель кафедры общего землеведения
географического факультета, старший преподаватель;
Р е к о м е н д о в а н а для утверждения
Кафедрой общего землеведения Белорусского государственного
университета (протокол № 7 от 29.04. 2008);
Ученым
советом
географического
факультета
Белорусского
государственного университета (протокол №5 от 21.05. 2008).
1. Цель и задачи практики
Цель учебной гидрологической практики заключается в закреплении
основных положений теоретического курса гидрологии суши с основами
гидрографии Беларуси на основе непосредственного ознакомления с
водными объектами. Исходя из этого, выполнить конкретные задачи,
позволяющие научить студентов:
1) обращению
с
основными
гидрологическими
приборами,
инструментами и другим научным оборудованием, применяемыми в озерной
и речной гидрометрии;
2) производству основных гидрологических работ и наблюдений;
3) составлению гидрографического описания реки;
4) обработке полевых материалов наблюдений и составлению отчета о
производственных работах.
Комплекс поставленных задач практики: обучение студентов методике
самостоятельного производства основных гидрологических работ на
водоемах и водотоках с целью:
а)
показать непосредственно на реке, озере или водохранилище как
производится выбор места для устройства гидрологического поста и
гидрометрического створа;
б)
показать в натуре водомерные устройства и оборудование
гидрометрического створа;
в)
ознакомить с устройством и действием гидрометрических
инструментов и приборов;
г)
научить производству основных (согласно указанному ниже
перечню) полевых гидрологических работ и первичной обработке
материалов наблюдений;
д)
научить методике гидрографического обследования и описания
реки, увязке гидрологических характеристик реки с физико-географическими
условиями и особенностями ее бассейна;
е)
научить проводить элементарные гидрографические работы на
озере или водохранилище, пруду;
ж)
научить составлению отчета о произведенных работах.
При выполнении выше поставленных задач особое внимание следует
уделить составлению гидрографического описания реки. Эта работа должна
быть выполнена как комплексное географо-гидрологическое исследование,
отражающее вопросы рационального использования водных ресурсов в
народном хозяйстве. Все наблюдения проводятся в соответствии с
методическими указаниями «Наставлений» Гидрометеорологической
службы.
2. Организация практики
Учебная гидрология практика организуется в два этапа, которые
включают производство гидрометрических работ наблюдений:
А) Первый этап. Учебная практика на озерах (водохранилищах)
представляет собой озерную (лимнологическую) практику;
Б) Второй этап. Учебная практика на реках представляет собой
проведение гидрометрических работ на реках.
Первый этап проводится на озере или водохранилище в течение
первых четырех дней учебной полевой гидрологической практики со
студентами производственного направления «Гидрометеорология». Второй
этап включает гидрометрические виды работ на реке Березина (бассейн
Немана) в пределах территории учебной станции «Западная Березина». На
втором этапе практика проводится по общей программе для всех
направлений
специальности
«География»
и
«Геоэкология»,
предусматривающей гидрометрические работы на реке.
Озерная практика включает стандартные наблюдения, проводимые на
озерах и водохранилищах и включают наблюдения на рейдовой вертикали,
наблюдения за волнением, гидрометрические работы на гидрологическом
разрезе и съемку размываемого берега. Озерная практика рассчитана для
студентов только производственного направления специальности 1 – 31 02 01
«География» и проводится в два этапа (1-й этап – на водохранилищах г.
Минска, второй – на учебной геостанции «Западная Березина»), а учебная
практика на реках проводится со студентами специальностей (1 – 31 02 01
«География», 1 – 33 01 02 «Геоэкология») на геостанции «Западная
Березина».
Учебная гидрометрическая практика на реках включает наблюдения на
свайном водомерном посту, освоение методов измерения расхода воды с
помощью гидрометрической вертушки и метода поплавков, а также
инструментальную съемку участка реки.
График прохождения практики
1 этап (озерная гидрометрия).
1-й день – Изучение техники безопасности. Выезд на водохранилище.
Оборудование
поста.
Рекогносцировочное
обследование
участка
размываемого берега.
2-й день – Наблюдение за волнением. Определение прозрачности и
цвета воды.
3-й день – Ватерпасовочная съемка размываемого берега.
4-й день. – Измерения на гидрометрическом разрезе плеса.
2 этап (речная гидрометрия).
1-й день – Организация наблюдений на свайном и самопишущем
водомерном посту.
2-й день – Измерение скоростей течения и определение расхода воды
гидрометеорологической вертушкой.
3-й день – Измерение скоростей течения и определение расхода воды
поверхностными поплавками.
4-й день – Нивелирование водомерного поста.
5-й день – Инструментальная съемка участка реки.
6-й день – Съемка старичного озера и его комплексное
гидрографическое описание.
7-й день – Гидрографическое обследование и описание реки.
8-й день – Подготовка отчета по производственной практике. Оценка
результатов практики.
3. Содержание практики и методические указания по проведению
Устройство гидрологического оборудования на водных объектах.
На озере или водохранилище для производства гидрометрических работ
закладывается гидрометрический разрез плеса и временный или используется
стандартный водомерный пост. Гидрометрический разрез должен
удовлетворять следующим требованиям: отражать наиболее характерные
элементы дна водоема, проходить через точку с максимальной глубиной
(через
рейдовую
вертикаль),
характеризовать
гидродинамические
особенности акватории, характеризовать водную растительность и донные
отложения водоема.
На участке реки, где проводится практика, для производств
гидрологических наблюдений и гидрометрических работ используется или
оборудуется гидрологический пост для производства водомерных
наблюдений; гидрометрический створ для измерения расходов воды.
Гидрологический пост № 1 (основной) включает водомерные устройства для
измерения уровня воды свайного и передаточного типов (самописец уровня
«Валдай»); снабжен переносными рейками (в т.ч. рейкой с успокоителем ГР23), водными термометрами в оправе, аспирационным психрометром или
термометром-пращем. Гидрологические посты № 2 и № 3 - свайного типа.
Гидрометрические створы для определения расхода воды расположены
по соседству с водомерными устройствами постов и комплектуются
переносным оборудованием: гидрометрическими вертушками (ГР-21М) со
штангами, размеченными тросами и др.
Первый этап практики.
Волномерные наблюдения на озерном посту. Задача практики. –
определение основных элементов волн и характеристика ветроволнового
режима водоема.
Состав наблюдений. Волномерные наблюдения выполняются каждый
час. Дополнительные волномерные наблюдения сопровождаются измерением
уровня воды на водомерном посту.
В состав наблюдений входит:
 определение среднего периода волн по волномерной вехе или
береговому прибою;
 определение наибольшей разности волновых горизонтов (высоты
волны) по волномерной вехе;
 определение направления распространения волн и стадий развития
волнения;
 оценка степени волнения и состояния поверхности водоема по
соответствующим шкалам;
 определение скорости и направления ветра.
В этом объеме наблюдения производятся в эти сроки только тогда, когда
высота волн превышает 20 см. При меньшей высоте волн работы
ограничиваются выполнением наблюдений, указанных в п. 3-5.
Волномерная веха представляет собой металлическую трубу,
ввинченную в металлический бак-поплавок. Веха с помощью троса,
проходящего внутри трубы, крепится к якорю. В верхней части трубы
имеется зажим для троса, что позволяет перемещать плавающую веху в
вертикальном направлении. Если она отклонилась от вертикального
положения, следует укоротить рабочую длину троса. Веха раскрашена
полосами различного цвета высотой 20 см. Она устанавливается вблизи
водомерного поста в 100-200 м от берега, желательно над ровной
поверхностью затопленной водохранилищем поймы речной долины.
Рейдовые наблюдения. Задача практики – выявить характер
вертикального распределения и внутрисуточных колебаний основных
гидрологических параметров.
Наблюдения на рейдовой вертикали. Рейдовая вертикаль назначается в
водохранилище над затопленным речным руслом и закрепляется буем.
Работы производятся с большой лодки, катера или другого крупного
плавсредства, которое весь период наблюдений устанавливается у буя на 2-3
якоря для предотвращения его рыскания. Для сообщения с берегом
используется гребная или моторная лодка.
Наблюдения на рейдовой вертикали производятся с лодки. Работы на
рейдовой вертикали производятся сменными группами в составе 3-4 человек
в течение суток с интервалом между отдельными сериями наблюдений в 3
часа. В состав каждой серии наблюдений на вертикали входят:
 метеорологические наблюдения;
 определение глубины вертикали;
 измерение температуры воды;
 измерение скорости и направления течений;
 отбор проб воды для определения рН, концентрации растворенного в
ней кислорода, а также для измерения удельной электропроводности;
 определение прозрачности и цвета воды.
С наступлением срока данной серии приступают одновременно к
измерениям глубины, к наблюдениям за температурой воды, течениями,
ветром и к отбору проб воды. Все результаты наблюдений каждой серии
заносятся в «Журнал для записи гидрометеорологических наблюдений на
озерных вертикалях».
На каждую серию рейдовых наблюдений из группы практикантов
назначается поочередно ответственный, в обязанности которого должно
входить измерение температуры воды, организация и контроль работы
остальных членов группы, а также последующая камеральная обработка
материалов, отобранных проб воды и анализ результатов данной серии
наблюдений и соблюдение техники безопасности в период работ на воде.
Измерение прозрачности и цвета воды. Прозрачность воды
определяется при помощи белого диска ДБ. Фал, на котором диск
погружается в воду, должен быть размечен марками с интервалом 10 см
начиная от верхней поверхности диска. Измерения прозрачности
производятся в тени от борта судна. Диск медленно опускают в воду и в
момент, когда он становится невидимым, отмечают глубину погружения по
маркам фала. Затем его медленно поднимают к поверхности воды и вновь
отмечают глубину по фалу в момент, когда диск стал виден наблюдателю.
Величина прозрачности воды равна среднему значению из этих отсчетов; она
записывается в палубный лист с точностью 10 см.
Цвет воды определяется по шкале цветов (ШЦВ), состоящей из 22
запаянных пробирок с растворами, окрашенными в цвета от синего до
коричневого и заключенными в деревянный футляр. Так же как и шкала рН,
шкала цветов портится от яркого света, поэтому ею следует пользоваться в
тени. Для определения цвета воды белый диск погружают с теневого борта в
воду на глубину, равную половине прозрачности, и сравнивают окраску воды
над диском с окраской пробирок шкалы, под которые подложена белая
бумага. Выбрав пробирку с наиболее близкой к забортной воде окраской,
записывают ее номер в палубный ласт.
Определение прозрачности и цвета воды производят только в светлое
время суток, от восхода до захода солнца.
Приборы и оборудование: буй с якорем, гребная лодка с 2 якорями,
электрические фонарики, часы с секундной стрелкой, психрометр
аспирационный, анемометр ручной, рейка метеорологическая, вымпел и
компас, термометры глубоководные, рамы для термометров, груз
гидрометрический, вертушка морская ВМ-М, диск белый ДБ, шкала цветов
воды ШЦВ, батометр Молчанова, шкала рН речная, кислородные склянки,
канистры (бутылки), палубные листы, листы белой бумаги, полотенце
лабораторное, комплект для фиксации О2: а) пипетки на 1 мл, б) склянка с
раствором МnСl2, в) склянка с раствором КI + NaOН, г) склянка с 3 %-ным
раствором борной или уксусной кислоты.
Гидрологический разрез плеса водоема. Задача – выявить характер
распределения основных гидрологических характеристик, вертикальной
устойчивости вод, а также состав донных отложений и характер
распределения водной растительности на поперечном разрезе плеса в связи с
особенностями рельефа его дна.
Работы
на
гидрологическом
разрезе.
Местоположение
гидрологического разреза выбирается заранее по крупномасштабной карте
или по предварительным рекогносцировочным промерам одного из плесов
водоема так, чтобы он пересекал наиболее характерные морфологические
участки затопленной водохранилищем речной долины: речное русло, низкую
и высокую поймы, надпойменную террасу и т.п. На схематический план
плеса наносится поперечный разрез и три-четыре репера (местные
ориентиры) на его берегах, необходимые для засечек местоположения
гидрологических станций на разрезе.
В состав работ на гидрологическом разрезе входят:
1. Промеры штангой или лотом, эхолотный промер,
2. гидрологические наблюдения на 5-8 вертикалях по разрезу:
а)
определение местоположения вертикали;
б)
измерение глубины;
в)
измерение температуры и электропроводности воды;
г)
отбор контрольных проб воды для точного определения
электропроводности;
д)
измерение прозрачности воды;
е)
определение характера грунтов и мощности отложений.
Все работы производятся с лодки. Наблюдения на вертикалях, которые
назначаются в характерных точках профиля дна на разрезе, желательно
проводить в течение одного дня для получения возможно более синхронных
гидрологических данных.
Эхолотные промеры. Для наиболее полной характеристики рельефа дна
по поперечному разрезу водоема промеры глубин производят эхолотом,
позволяющим получить эхограмму – непрерывную запись профиля дна.
Работа эхолота основана на принципе измерения времени прохождения
прямого и отраженного ультразвукового импульса от излучателя до дна
водоема и обратно – до приемника прибора. На ленте прибора непрерывно
регистрируется профиль дна водоема.
Приборы и оборудование. Эхолот (комплект) с рулоном бумаги ЭТБ-2,
теодолит со штативом, створные вехи, вешка геодезическая, рулетка,
водомерная рейка, наметка, лопата.
Эхолот речной ИРЭЛ (Быков, Васильев, 1972) состоит из центрального
прибора, блока питания с аккумуляторной батареей и забортного устройства.
Он позволяет измерять глубину от 0,2 до 20 м с точностью 0,1 м при
глубинах меньше 5 м и 2% – при больших глубинах. Запись производится в
масштабе 1:100 на специальной металлизированной бумажной ленте ЭТБ-2
электротермическим способом.
Съемка размываемого берега. Задача – произвести планововысотную съемку размываемого участка берега по поперечникам и
определить характер переработки берега водохранилища.
Планово-высотная съемка берега. Для изучения переработки берега
водохранилища выбирается участок побережья протяженностью 0.1-0.2 км с
хорошо выраженными морфологическими элементами размываемого берега
– обрывистым клифом и развитой береговой отмелью. На коренном берегу на
расстоянии от бровки клифа, превышающем возможную величину ее
отступления в результате абразии, установлен капитальный металлический
или временный репер. Этот репер служит опорной точкой (точка
постоянного начала) плановой основы съемки берега, состоящей из
магистралей и нескольких промерных поперечников.
Приборы и оборудование: ватерпасовочные рейки, геодезические
вешки, стальная мерная лента со шпильками, цилиндрические уровни,
металлические штыри, деревянные колья, гребные лодки, размеченные фалы
с поплавком и якорем, наметки, лоты, топор, полевой дневник, нивелирные
журналы, промерные книжки.
Разбивка магистралей и промерных профилей. От основного репера
параллельно бровке клифа прокладывается магистраль. Направление
магистрали на местности обозначается несколькими геодезическими
вешками, а ее азимут измеряется буссолью, а длина магистрали – стальной
мерной лентой; через каждые 25-30 м от основного репера на магистрали
забиваются в землю металлические штыри. Они служат реперными точками,
от которых затем разбиваются промерные поперечники.
Расстояние между реперными точками по магистрали должно быть
промерено стальной лентой дважды (прямым и обратным ходом) с
точностью 0,01 м. При изогнутой линии исследуемого берега магистраль
может быть разбита в виде ломаной линии. Тогда вершины углов поворота
магистрали должны быть приурочены к реперным точкам. Каждый угол
поворота магистрали измеряется теодолитом путем определения как
внутреннего, так и внешнего углов. Правильность определения угла поворота
магистрали проверяется по сумме измеренных величин углов, которая
должна быть равна 360°00'. Все записи ведутся в полевом дневнике. В нем,
кроме того, изображается схема исследуемого участка берега и магистрали,
на которой указываются измеренные величины углов и расстояний между
реперными точками.
По окончании разбивки магистрали приступают к разбивке промерных
поперечников. Для этого над каждой реперной точкой устанавливают
теодолит и направляют его визирный луч перпендикулярно линии бровки
клифа в сторону водоема. По визирному лучу устанавливают две
геодезические вешки, одна из которых должна находиться на бровке клифа,
другая – на береговой отмели вблизи уреза воды. Затем по компасу измеряют
два угла, расположенные между вешками, установленными на магистрали у
предшествующей и последующей реперных точек. Сумма этих двух углов
должна быть равна внутреннему углу магистрального хода по отношению к
берегу водоема. После измерения этих углов на место теодолита у реперной
точки ставят третью геодезическую вешку данного поперечника.
Измеренные величины углов между магистралью и направлением
поперечного промерного створа записывают в полевой дневник и указывают
на схеме.
Определение высотного положения характерных точек поперечного
профиля. Перед началом определения высотного положения точек,
расположенных в створах поперечных профилей, и по окончании работ
необходимо измерить уровень воды на ближайшем водомерном посту.
В створе каждого поперечного профиля, обозначенного тремя
геодезическими вешками, намечают характерные точки таким образом,
чтобы возможно более подробно отразить характер рельефа надводной части
берега. Такими точками должны быть бровка клифа, бровка и подошвы
отдельных уступов клифа и волноприбойных микротеррас на береговой
отмели. Число характерных точек на поперечнике должно быть не менее 1020. На участках с одинаковыми уклонами берега они могут располагаться на
больших расстояниях друг от друга, чем на участках профиля, пересекающих
абразионные уступы. В каждую из намеченных точек забивается небольшой
деревянный кол вровень с поверхностью земли. Такие же колья забивают
вплотную рядом с реперной точкой – началом промерного профиля и на
урезе воды вровень с ее поверхностью. На кольях проставляют порядковые
номера, начиная от реперной точки.
Высотное положение характерных точек надводной части берега на
пологих его участках (на коренном берегу и на береговой отмели)
определяют нивелировкой, на обрывистых, где нивелировка невозможна, –
ватерпасовкой, или тахиметрической съемкой.
Нивелировка производится так же, как и сваи водомерного поста.
Расстояния между кольями измеряют мерной лентой или рулеткой. Записи
ведутся в нивелирном журнале, в котором изображается схематический
профиль поперечника надводной части берега с указанием порядковых
номеров характерных точек, расстояний между ними и превышений с
точностью до 1 см.
Ватерпасовка обрывистого клифа производится с помощью двух
ватерпасовочных реек. Одну из них располагают горизонтально над
обрывом. Горизонтальность ребра рейки проверяется по цилиндрическому
уровню. Вторую нивелирную рейку с круглым уровнем устанавливают
вертикально на головки кольев, забитых в характерных точках обрыва. По
установленным таким образом нивелирным рейкам определяется
горизонтальное расстояние между характерными точками обрыва и их
превышение относительно бровки клифа. Измеренные величины с точностью
до 1 см указываются на профиле в нивелирном журнале.
Определение расстояний между характерными точками надводной части
поперечного профиля и их превышений производят дважды – ходом от
реперной точки к урезу воды и обратным ходом. Затем подсчитываются
суммарное расстояние и превышение между урезом воды и реперной точкой
по данным обоих ходов, и если указанные величины расходятся более чем на
0,1% по расстоянию и 1% по высоте, измерения производят третий раз.
Промеры. Определение характера рельефа подводной части берегового
склона на поперечном профиле выполняется путем промеров с гребной
лодки. Для этого перед началом промеров в створе выставленных на берегу
трех геодезических вешек на поверхности воды растягивают фал длиной 3040 м, размеченный через каждый метр марками. Марки, соответствующие
каждому 5 и 10 метрам, должны отличаться по цвету от остальных марок. На
берегу фал закрепляют за прочно вбитый в землю кол, при этом начальная
марка должна совпадать с колышком, забитым у уреза воды. Второй конец
фала крепится к поплавку, которым может служить запасной спасательный
круг. Поплавок устанавливают на якоре таким образом, чтобы растянутый на
воде фал находился точно в створе береговых вешек.
Промеры с лодок производят у каждой марки фала до глубины 5 м с
помощью наметки, на больших глубинах – лотом. Наметка представляет
собой шест длиной около 6 м, размеченный10-сантиметровыми делениями.
Точность отсчета глубины по наметке равна 5 см, по лотлиню – 10 см. При
промерах лодка должна двигаться вдоль поперечника так, чтобы ее не
прижимало ветром к фалу. Промеры производятся дважды – при следовании
лодки от берега к поплавку и в обратном направлении. Запись результатов
промеров ведется в промерной книжке. По звуку удара о дно наметки или
лота и следам грунта на них определяют характер (плотность и состав)
донных отложений береговой отмели и записывают в промерную книжку.
Обработка материалов съемки, их графическая интерпретация и
анализ.
На стандартном листе плотной бумаги вычерчивается план берега в
масштабе 1:1000, на который наносятся положение магистрали и поперечных
профилей, бровка клифа, урез воды и проставляются величины всех
измеренных углов при разбивке плановой основы съемки.
В нивелирных журналах указывается абсолютная отметка рабочего
уровня воды (РУ) в период съемки, которая определяется как средняя из
измеренных величин на водомерном посту до начала работ и после их
окончания. Затем в этом же журнале рассчитываются расстояния каждой
характерной точки профиля от его постоянного начала (реперной точки),
включая точку уреза воды, а также абсолютную отметку каждой из точек
путем сложения превышения точки над РУ с его абсолютной отметкой.
В промерной книжке вычисляется среднее значение глубины каждой
промерной точки из двух ее измерений, затем рассчитывается расстояние от
постоянного начала профиля до каждой промерной точки путем прибавления
к расстоянию от реперной точки до уреза воды расстояния от уреза до
соответствующей промерной точки. После этого определяется абсолютная
отметка дна в каждой промерной точке как разность между РУ и глубиной
соответствующей точки.
По обработанным в нивелирном журнале и промерной книжке данным
каждым практикантом строится один из поперечных профилей. Поперечный
профиль берега вычерчивается на стандартном листе миллиметровки в
масштабе: горизонтальном 1:200, вертикальном 1:100. По оси ординат
графика откладываются абсолютные отметки характерных точек надводной
части берега и промерных точек, по оси абсцисс – их расстояния от
постоянного начала. На этот же график тушью другого цвета наносится
профиль берега по данным съемки в предшествующий год.
В главе отчета о практике «Съемка размываемого берега» практиканты
должны сформулировать задачу выполненной работы, изложить методику и
результаты съемки. Анализ материалов береговой съемки заключается в
выделении на профиле отдельных морфологических элементов берега и
кратком их описании (литологический состав материала, слагающего
отдельные участки берегового склона; размеры отдельных морфологических
форм; характерные уклоны; ориентация берега по отношению к направлению
преобладающих над водоемом ветров и т.д.). Сопоставляя профиль данного
года с предшествующим, необходимо определить зону абразии и
аккумуляции и привести цифровые данные, характеризующие среднюю за
период между съемками скорость отступания бровки клифа, размыва и
аккумуляции твердого материала в различных частях береговой отмели.
Отчетные документы:
1. полевой дневник (бригадный);
2. нивелирный журнал;
3. промерная книжка;
4. план размываемого берега;
5. профиль размываемого берега.
Второй этап практики.
На втором этапе практики студенты должны выполнить следующие
виды работ:
1. Ознакомление с оборудованием и действием водомерных устройств
гидрологических постов (свайный и самописец уровня воды СУВ «Валдай»).
2. Нивелирование свайного водомерного поста.
3. Производство гидрологических наблюдений на водомерных постах.
4. Инструментальная (полуинструментальная) съемка участка реки
(производство промерных работ по тросу на поперечных створах с
определением донных грунтов).
5. Измерение скоростей течения и определение расхода воды
гидрометрической вертушкой и поверхностными поплавками.
6. Гидрографическое обследование и описание участка реки.
Ознакомление с оборудованием и действием водомерных
устройств выполняется студентами на учебном гидрологическом посту,
который включает водомерные устройства для проведения уровня воды в
реке свайного и передаточного (СУВ «Валдай») типов.
Водомерное устройство свайного типа наиболее удобно для равнинных
рек со значительной амплитудой колебания уровня воды. Водомерные сваи
устанавливают в одном створе, перпендикулярном течению реки: их общее
количество зависит от амплитуды колебания уровня воды и угла наклона
берегового откоса. В настоящее время свайные посты оборудуются
стандартными металлическими винтовыми сваями длиной 220 см, которые
завинчиваются в грунт. Основное требование к установке свай неизменность их высотного положения. В створе поста выше границы
затопления (при высшем уровне) устанавливается контрольный рабочий
репер, отметка которого привязана к реперу государственной опорной
геодезической сети. Он служит для определения отметок (нулей) головок
водомерных свай и для последующих проверок отметок контрольным
нивелированием.
Студенты должны освоить систему отметок и отсчетов на свайном
водомерном посту: уровень воды, нуль графика гидрологического поста,
нуль наблюдения, приводка свай: для производства наблюдений за высотой
уровня воды в реке - ознакомиться с переносными металлической и
деревянной рейками, а также рейкой с успокоителем (ГР-23).
Самописец уровня воды (СУВ) «Валдай» - наиболее распространенное
устройство передаточного типа; в модификации применяется также при
дистанционной автоматизации гидрологических наблюдений на посту.
Студенты знакомятся с элементами установки СУВ: устройством и
принципом работы самописца уровня «Валдай» - прибора суточного
действия, регистрирующего изменения высоты уровня воды; колодцем для
размещения поплавка (датчика) уровнемера и его защиты от внешних
воздействий; соединительным устройством для обеспечения непрерывной
связи уровней в реке с поплавком в колодце; измерительным павильоном и
другими вспомогательными гидротехническими устройствами.
Нивелирование свайного водомерного поста производится для
определения (проверки) высотного положения отметок и приводок свай.
Студенты (побригадно) выполняют нивелирование двумя ходами от
контрольного репера. Все данные заносятся в журнал нивелировки
водомерного поста КГ-64, где вычерчивается также схематический план
нивелирного хода. На основании нивелирования на миллиметровой бумаге
вычерчивают профиль свайного водомерного поста.
Производство гидрологических наблюдений на учебном водомерном
посту включает:
 измерение уровня воды на свайном посту и с помощью СУВ «Валдай»;
 измерение температуры воды и воздуха;
 визуальные наблюдения за силой и направлением ветра и осадками.
Во время летней практики ведутся трехразовые ежедневные
наблюдения: в 8, 14, и 20 часов, результаты которых сразу же заносятся в
полевую книжку для записи водомерных наблюдений КГ-1.
На свайном посту уровень измеряется при помощи переносной рейки,
которую устанавливают вертикально на головку ближайшей в берегу сваи,
покрытой водой. В камеральных условиях вычисляют уровень над нулем
графика (в см), используя величину приводки соответствующей сваи из
журнала нивелировки водомерного поста, затем - средний уровень за сутки
как среднеарифметическое из срочных измерений в 8 и 20 часов.
Наблюдения на посту с помощью СУВ «Валдай» заключаются в
производстве контрольных измерений уровня воды по основному (свайному)
посту и водомерному устройству (рейке) в поплавковом колодце и в смене
ленты самописца. Для этого в установленные сроки (8,14 и 20 часов), сразу
же после отсчета высоты уровня по свайному посту снимается отсчет по
контрольной рейке в поплавковом колодце самописца.
Лента самописца меняется в утренний срок после отсчета высоты
уровня воды по основному посту и водомерному устройству в колодце.
Обращается внимание студентов на порядок смены ленты СУВ
«Валдай», а также на последовательность камеральной обработки ленты, во
время которой выполняются следующие операции:
а)
Проверка полноты и качества записи на ленте заключается в
критическом просмотре на ленте всех требующихся данных надписей с
указанием названия водного объекта, поста, даты установки и снятия ленты,
масштаба записи уровня и времени, отметки нуля графика поста, а также
графического качества записи хода уровня.
б)
Разметка штрихами линии записи производится через равные
промежутки времени для определения среднего уровня за сутки. Во время
практики студенты при обработке ленты производят разметку штрихами
линии записи последовательно на 8, 14, 20, 2, 8 часов.
в)
Определение высоты уровня на линии записи в моменты целых
часов и проведение показаний самописца к нулю графика производят для
каждого установленного при разметке линии записи срока.
г)
Определение максимального, минимального и среднего значений
уровня за период наблюдений (сутки).
Температура воды определяется с помощью водного термометра в
металлической оправе в основные сроки водомерных наблюдений в створе
или вблизи гидрологического поста в прибрежной, обязательно проточной
полосе реки на таком расстоянии от берега, чтобы глубина была не менее 0,5
м. Наблюдения за температурой воздуха проводятся (по указанию) по сухому
термометру аспирационного психрометра.
Для оценки точности результатов наблюдений за уровнем воды и
анализом колебаний уровня в каждый срок наблюдений глазомерно
определяют силу и направление ветра, осадки, которые фиксируются
условными знаками в соответствующей графе полевой книжки КГ-1.
Инструментальная (полуинструментальная) съемка участка реки
заключается в производстве промерных работ и составлении плана профилей
русла реки. В состав съемки входят следующие виды работ:
положение плановой и высотной основ с определением направлений и
длин линий высотных отметок; промеры глубин по поперечным створам;
построение поперечных профилей и вычисление морфометрических
характеристик русла;
составление плана русла реки в изобатах. Плановой и высотной
основами инструментальной съемки служат магистраль и поперечные
профили. На практике бригада студентов выполняет съемку участка реки
длиной 200 м с расстоянием между промерными створами через 10 м;
расстояние между промерными вертикалями 1 м.
В момент начала промеров по каждому поперечному створу
определяется отметка уровня воды по водомерному посту. Расстояние до
промерных точек и урезов берега на каждом створе измеряют от магистрали
(от постоянного начала). Измерения глубин производятся (при глубинах до 5
м) гидрометрической штангой или наметкой с лодки или вброд. Результаты
измерений записывают в специальный журнал - промерную книжку; там же
фиксируются виды грунта и характер растительности.
При обработке записей в промерной книжке (для каждого поперечного
профиля) обращается внимание студентов на правильность вычисления
сопоставимых по профилям глубин, приведенных к одному мгновенному
уровню, называемому условным или срезочным.
Поперечные профили строятся для определения формы и размеров
водного сечения, а также для графической интерполяции отметок между
промерными точками при составлении плана русла реки. Каждый промерный
профиль водного сечения для промерного участка реки строится на
миллиметровой бумаге по данным записи в промерной книжке. Для каждого
профиля вычисляются основные морфометрические характеристики водного
сечения (площадь, ширина, средняя и наибольшая глубина, смоченный
периметр, гидравлический радиус), используемые при гидрологических и
гидравлических расчетах, вычислении расхода воды и пр.
План русла реки строится на листе белой плотной бумаги в масштабе
1:200 или 1:500, согласно записям в промерной книжке. Изобаты (линии
равных глубин) проводят через 0,25 или 0,5 м в зависимости от наибольшей
глубины так, чтобы было 5-10 изобат.
Измерение скоростей течения и определение расхода воды
гидрометрической вертушкой и поверхностными поплавками - методы,
наиболее распространенные в речной гидрометрии.
Студенты на практике знакомятся с устройством и принципом
действия гидрометрической вертушки ГР-21М, с основными указаниями по
уходу за вертушками.
Расход воды определяют методом «скорость - площадь», который
заключается в определении площади водного (живого) сечения путем
промеров глубин по гидроствору и в измерении в отдельных точках водного
сечения скорости течения гидрометрической вертушкой.
При измерении расхода воды производятся следующие работы:
а) Запись обстановки работы (о состоянии реки, погоде, приборах и
оборудовании).
б)
Наблюдения за уровнем воды ведут на гидрологическом посту
перед началом и после производства промеров глубин, а также перед началом
и после производства промеров глубин, а также перед началом и после
окончания измерения скоростей течения.
в)
Промеры глубин на гидростворе производятся (через 1 м) один
раз перед измерением скоростей течения.
г)
Измерение скоростей течения воды в отдельных точках живого
сечения на скоростных вертикалях обычно выполняют одной
гидрометрической вертушкой, последовательно перемещаемой в различные
точки вертикали. Число скоростных вертикалей при ширине реки до 50 м
принимается равным пяти. Число точек, в которых измеряется скорость
течения на вертикали, устанавливают в зависимости от глубины скоростной
вертикали: при глубине до 0,4 м скорость измеряется в одной точке - на
глубине 0,6 Н; при глубине 0,4 - 0,6 м скорость измеряется в двух точках - на
глубине 0,2 Н и 0,8 Н; при глубине 0,6 - 1,0 м скорость измеряется в трех
точках - на глубине 0,2 Н, 0,6 Н и 0,8 Н; при глубине более 1 м скорость
измеряется в пяти точках - у поверхности, 0,2 Н, 0,6 Н, 0,8 Н и у дна.
Все записи данных наблюдений и измерений расхода воды
производятся простым черным карандашом в «Книжке для записи измерения
расхода воды» КГ-ЗМ.
Для измерения расхода воды выбирают участок реки, отвечающий, по
возможности, следующим требованиям:
а)
берега ровные (не извилистые), параллельные;
б)
русло ровное, устойчивое и не заросшее растительностью;
в)
направление течения параллельно берегам, скорость течения не
ниже 0,10-0,15 м/с;
г)
отсутствие мертвого пространства.
С целью выявления закономерности изменения скоростей течения по
глубине, наибольшая глубина на гидростворе участка не должна быть более 1
м. Измерение скорости течения в фиксированных точках на скоростной
вертикали производят гидрометрической вертушкой на штанге (при глубинах
менее 3 м) с лодки, при малых глубинах - вброд.
Перед началом работ проверяется исправность гидрометрической
вертушки и принадлежностей к ней, секундомера, а также наличие и
исправность спасательных средств для обеспечения безопасности работ,
состояние
всего
оборудования
гидрометрического
створа.
Для
предупреждения несчастных случаев студенты обязаны изучить и строго
руководствоваться инструкцией по технике безопасности при производстве
гидрометрических работ на реке.
Вычисление расхода воды производится в соответствующих разделах
книжки расхода КГ-ЗМ сразу же после его измерения, чтобы в случае
обнаружения каких-либо ошибок можно было повторить измерения на той
или иной вертикали в тот же день. Вычисление расхода выполняется
аналитическим способом, являющимся основным в практике работ
гидрологических станций и постов.
При измерении расхода воды поверхностными поплавками
выполняются следующие работы:
1) Выбор и оборудование участка измерений. Участок реки
выбирается возможно более прямолинейный и не заросший водной
растительностью, хорошо просматриваемый с берега. Желательно, чтобы
гидроствор, где производятся измерения вертушкой, находился посередине
выбранного участка. На выбранном участке вдоль берега реки
прокладывается магистраль, перпендикулярно которой разбивают три
поперечных створа с расстоянием между ними 10 см. По створам возможно
ниже над водой натягивают тонкие тросы (шнуры); трос, натягиваемый по
линии среднего основного (гидрометрического) створа должен быть размечен
через 1 м хорошо заметными с берега метками.
2) Запись обстановки работ.
3) Наблюдения за уровнем воды.
4) Промеры глубин на основном (гидрометрическом) створе производится также, как и при измерении расхода воды вертушкой, и
записываются в соответствующие графы «Книжки для записи измерения
расхода воды поплавками» (КГ-1).
5) Измерение поверхностных скоростей течения поплавками. В
качестве поплавков применяют кружки, отпиленные от ствола дерева
диаметром 3-4 см. Заготавливается 25-30 поплавков. Поплавками измеряют
скорости течения по возможности в тихую, безветренную погоду или при
слабом ветре, скорость которого не более 2-3 м/сек.
На пусковом створе забрасывают в реку (с берега или с лодки)
поочередно 20-25 поплавков. Поплавки пускают из пяти-восьми мест по
ширине реки так, чтобы через основной створ они проходили группами по
две-четыре штуки. Время прохождения каждого поплавка от верхнего до
нижнего створа фиксируется секундомером. Скорость движения поплавка
вычисляется делением расстояния между верхним и нижним створами на
продолжительность хода между ними. При пересечении поплавком
основного (среднего) створа по размеченному тросу определяют расстояние
от постоянного начала до поплавка в створе.
При вычислении расхода воды, измеренного поверхностными
поплавками, обращается внимание на правильное построение эпюры
распределения продолжительности хода поплавков по ширине реки, которую
вычерчивают на клетчатке книжки КГ-7 или на листе миллиметровой бумаги.
На эпюре назначаются скоростные вертикали. С эпюры снимается
продолжительность хода поплавков для каждой скоростной вертикали. Так
как поверхностная скорость больше средней скорости на вертикали, то в
результате измерения поверхностными поплавками получают завышенный
(фиктивный) расход. Фиктивный расход воды вычисляется аналитическим
способом. Для перехода к действительному расходу фиктивный расход
нужно умножить на переходный коэффициент (меньше единицы). Величина
переходного коэффициента от фиктивного расхода к действительному может
быть определена при наличии параллельных измерений расходов поплавками
и вертушкой. Обычно переходный коэффициент определяется по
специальной формуле, учитывающей характер реки и шероховатость дна.
Гидрологическое обследование и описание участка реки.
Закрепление основных положений теоретического курса гидрологии
осуществляется в процессе гидрографического обследования участка реки
посредством осмотра и ознакомления студентов с особенностями строения
речной долины, поймы, русла реки и ее берегов на участке практики.
Гидрографическое описание участка реки включает глазомерную
съемку участка с ориентированными промерами глубин и измерением
скоростей течения поверхностными поплавками в характерных участках реки
и камеральную обработку участков обследования.
Длина участка для обследования выбирается в зависимости от
размеров и характера реки и ее длины и в среднем составляет 2-3 км (для
бригады 6-8 человек). В пределах описываемого участка движение по
маршрутам осуществляется пешком вдоль берега реки. Для измерений при
значительной глубине реки необходимо иметь лодку.
Глазомерная съемка участка реки. При обследовании участка реки
студентам выдается топографическая карта достаточно крупного масштаба.
Обследование и описание реки ведется по характерным точкам
(поперечным створам), которые наносят на план. Общее число точек должно
быть не менее 10-15, местоположение которых указывают относительно
начала маршрута; данные обследования заносят в специальные таблицы
«Характеристика русла» и «Характеристика долины».
При обследовании русла реки обращается внимание на форму и
размеры реки в плане, высоту и строение берегов, грунты берегов и ложа
реки, чередование участков плесов и перекатов, распределение глубин в
русле, русловые образования (острова, мели, косы, береговые отмели и т.д.) и
причины их возникновения, скорости и направления течения реки на
отдельных участках, растительность на берегу, островах и в русле реки, а
также установить на основе естественных меток высоту подъема уровня
воды в период половодья данного года.
Ширину и глубину реки измеряют через каждые 50 м. Скорость
течения определяют поверхностными поплавками.
При обследовании долины реки следует обратить внимание на ее
форму в плане и поперечном разрезе, ее ширину, рельеф, почвы и грунты,
растительный покров, а также на протоки, старицы, болота и их
расположение на пойме по отношению к меженному руслу реки.
Высоту пойм, террас и коренных берегов, крутизну склонов
определяют с помощью эклиметра и рейки. Ширину пойм и террас
определяют размеченным тросом. На участках между характерными
(опорными) точками фиксируют на планшете и описывают следующие
явления в русле и долине: притоки реки, родники; озера и болота; обнажения
на коренном склоне, уступах террас и поймы; острова, отмели, косы, пляжи;
интенсивный подмыв берегов; засоренность русла корчами, бревнами и т.п.;
броды, мосты и другие гидротехнические сооружения; места забора воды из
реки и сброса в нее сточных вод; гидрометеорологические станции (посты).
В процессе обследования участка реки необходимо использовать метод
опроса местного населения для сбора сведений о гидрологическом режиме
реки (колебания уровня, вскрытие и замерзание реки, толщина льда,
ледоходы, мутность воды и прочее) и ее использовании.
Камеральная обработка материалов обследования участка реки
заключается в составлении карты-схемы и обобщении гидрографического
описания данного участка.
Карта-схема выполняется на листе миллиметровой бумаги в масштабе
1:2000 или 1:5000; горизонтали проводятся через 2 м.
Обобщенное
описание
участка
реки
проводят
в
такой
последовательности:
Указывают, к какому бассейну какого моря относится описываемая
река, притоком какой реки она является, длину и площадь бассейна
описываемой реки, в какой части реки расположен обследованный участок,
состояние реки в период обследования;
Границы участка, длину реки на участке, ее извилистость, протоки;
Коренные берега долины;
Террасы;
Высокая и низкая пойма;
Русло;
Броды, мосты, гидротехнические сооружения, гидрометеорологические
станции (посты).
При описании каждого элемента реки необходимо привести средние
данные на участке и данные наиболее существенных отклонений от средней
величины.
4. Индивидуальные задания и УИРС
При прохождении практики каждый студент в составе бригады получает
конкретное индивидуальное задание (написание раздела отчета, проведение
расчетов, оформление графических материалов). Отдельные материалы
практики могут иметь элементы исследовательской работы. Результаты
измерений, материалы съемок участков русла рек, растительности,
гидрологические разрезы озер и водохранилищ, полученные при
прохождении практик в предыдущие годы могут использоваться для
выполнения учебно-исследовательской работы (при подготовке курсовых,
дипломных работ, научных докладов). При наличии времени для полевых
исследований преподавателем могут выдаваться индивидуальные задания с
элементами исследовательской работы.
5. Лекции и теоретические занятия
Перед проведением учебной практики по гидрологии проводятся
следующие занятия:
1. Изучение инструкции по технике безопасности при работе на воде.
После инструктажа каждый студент расписывается о изучении инструкции в
специальном журнале на кафедре (на учебной геостанции «Западная
Березина»).
2. В процессе прохождения практики в камеральных условиях (при
наличии времени или неблагоприятных климатических условиях) студенты
прослушивают тематическую лекцию по этапу прохождения практики с
просмотром видеофильма «Учебная гидрологическая практика».
6. Экскурсии
В период учебной практики по гидрологии рекомендуется проводить
следующие полевые экскурсии:
1.
Экскурсия
на
типовой
гидрологический
водомерный
(мониторинговый) пост на р. Свислочь, в.п. «Хмелевка», на реечный
водомерный пост р. Свислочь (Заславское водохранилище).
2. Экскурсия на карьерный водоем «Хмелевка» (бас. Р. Свислочь» и
«Дайновка» (бас. Березина», Саковщинское водохранилище.
7. Учебные пособия
Базыленко Г.М., Лопух П.С. Гидрологическая практика (для студентовгеографов). Под редакцией проф. Б.Б. Богословского. Минск, изд. БГУ, 1979.
Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия. Л., Гидрометеоиздат, 1977.
Богословский Б.Б. Озероведение. М.: МГУ, 1960.
Быков В.Д., Васильев А.В. Гидрометрия. Л. 1972.
Лопух П. С., Макарэвіч А. А. Гідрологія сушы. Практыкум. Для
студэнтаў геаграфічнага факультэта. Мінск. БДУ. 2004.
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 7, ч. 1. –
Л.: Гидрометеоиздат, 1973.
Эдельштейн К.К. Лимнологическая практика. М.: МГУ, 1972.
8. Требования по составлению отчета
Отчет, представляемый студентами (один для каждой бригады), состоит
из введения, двух основных частей (А часть – результаты практики на озере,
или водохранилище; Б часть – результаты практики по речной гидрометрии) и
приложения. Основные разделы отчета:
Часть А.
1. волномерные наблюдения на посту;
2. наблюдения на рейдовой вертикали;
3. Измерение цвета и прозрачности воды;
4. Гидрологический разрез плеса озера (водохранилища);
5. Съемка размываемого берега
Часть Б.
1. краткие гидрологические характеристики реки (по литературным
данным);
2. устройство водомерного поста и наблюдения на нем;
3. инструментальная съемка участка реки;
4. методика измерения скоростей течения и расхода воды
поверхностными поплавками;
5. методика измерения скоростей течения и расхода воды
гидрометрической вертушкой;
6. гидрографические наблюдения на гидрометрическом створе реки,
водохранилища;
7. гидрографическое описание обследованного участка реки.
Заключение.
Литература.
Табличный и графический (рисунки) материал, за исключением
приложения, помещают в соответствующий раздел отчета, а именно:
профиль свайного водомерного поста, таблицу (книжка КГ-1) для записи
водомерных наблюдений, ленту СУВ «Валдай», план русла реки (на участке
промеров) в изобатах, карту-схему обследованного участка реки.
В приложения к отчету включают: таблицу (журнал) нивелировки
водомерного поста, таблицы промеров по профилям (промерная книжка),
поперечные профили водного сечения, книжку для записи измерения расхода
воды (КГ-Зм), таблицу (книжка КГ-7)для записи измерения расхода воды
поплавками, таблицы «Характеристика русла» и «Характеристика долины»,
план глазомерной съемки участка реки, где проводилось гидрографическое
обследование.
Все гидрологические наблюдения и гидрометрические работы должны
проводится в соответствии с методическими указаниями «Наставлений»
Гидрометеорологической службы.
Необходимо, чтобы всю первичную обработку материалов наблюдений
и подсчеты, а также описание производства работ студенты проводили в день
выполнения плевых работ, т.е. камеральная обработка материала начинается
с первого дня практики. Тогда студенты не будут перегружены при
составлении отчета и программа полевой практики будет выполнена.
9. Подведение итогов практики
На заключительном этапе практики студенты представляют бригадный
отчет и по результатам индивидуальной проверки знаний получают
дифференцированную оценку.