Полевая гидрология

На поперечном профиле речной долины показывают все ее элементы и приводятся отметки наивысшего уровня высоких  вод (НУВВ) в период половодий и паводков. Эти уровни определяются по следам высокой воды на местности и путем опроса местных жителей. При измерениях высот в долине за нулевую отметку принимается рабочий уровень воды в русле реки, т.е. уровень, наблюдавшийся во время выполнения работ. При обработке полевых материалов высоты, вычисленные над рабочим уровнем, путем введения поправок приводятся к условному уровню воды.

Для иллюстрации описания речной долины в полевой тетради делают ее зарисовки (схематические глазомерные профили). На таких профилях показывают форму долины, вид склонов, положение поймы и русла, при этом расстояния определяются шагами, а для определения высоты и крутизны применяются простейшие приборы (вместо эклиметра для горизонтального визирования можно использовать папку, блокнот, держа их в вытянутой руке).

В полевой тетради дается характеристика склонов долины реки по всему маршруту следования.

При обследовании склонов устанавливается  наличие речных террас и производится их описание. Террасы нумеруются в  порядке их расположения над дном долины, счет ведут снизу. Прирусловую, заливаемую при высокой воде часть долинного ложа называют пойменной или луговой террасой. Следующие вышерасположенные террасы обычно называются первой, второй и т.д. надпойменными террасами.

В полевом дневнике отмечаются все  более или менее значительные выходы подземных вод, ключи, родники, встречающиеся в пределах речной долины, а также места, где грунтовые  воды находятся на незначительной глубине  от поверхности земли. Верным признаком  близости к поверхности грунтовых вод является наличие у подножия склонов долины зеленых островков влаголюбивой растительности, в частности, тростника, камыша, различных видов осок.

Производится подробное обследование пяти наиболее значительных источников на маршруте. Указываются местоположение каждого из этих пяти источников, высота выклинивания над уровнем воды в реке или дном долины, гидрогеологические сведения и качество воды. Все эти сведения записываются в "Ведомость обследования источников".

Каждый исследуемый водный источник нумеруется; место его условным знаком наносится на план глазомерной съемки.

Расходы источника измеряются объемным способом. На маршруте помимо сведений об источниках также собирают сведения о колодцах: их местоположение, дату открытия колодца, гидрогеологические и режимные сведения. Все эти данные получаются путем непосредственных замеров колодцев и опроса местных жителей. Полученные сведения записываются в "Ведомость обследования колодцев".

Обследование поймы реки

При обследовании поймы собирают сведения о ширине и высоте в характерных местах, положении по отношению к реке, рельефе поверхности, глубине залегания подземных вод и наличии их выходов на поверхность, степени заболоченности, грунтах и растительности, ее затопляемости и т.д.

Обследование русла реки

При обследовании русла должны быть собраны сведения, характеризующие  очертание его в плане (извилистость и разветвленность), русловые образования, ширину, глубину и скорость течения  реки, подпоры их распространение, засоренность и зарастаемость русла, дно и берега реки. Данные о русле и берегах записываются в полевой дневник и анкету по режиму реки. Кроме того, составляется описание существующих на реке гидротехнических сооружений.

Ширина, глубина и скорости течения реки определяются при производстве гидрометрических работ на выбранных участках; места измерений наносятся на карту условными обозначениями, данные измерений записываются в полевом дневнике и журналах.

Гидрометрические  работы производятся в начале и конце  маршрута (на двух участках, разбиваются по три поперечника на каждом участке). Осуществляются промеры глубин на каждом поперечнике, измеряется скорость течения (наибольшая поверхностная скорость) поверхностными поплавками. При измерении расхода по наибольшей поверхностной скорости порядок и состав работ остается тот же, что и в разделе 1.3.6, но со следующими изменениями:

поплавки  забрасывают только на стрежень реки, где наблюдается наибольшая скорость течения;

количество  поплавков уменьшается до 5-7;

положение поплавков в основном створе не фиксируют.

Определяются  отметки максимальных уровней воды на исследуемых участках. При промерах глубин ведутся наблюдения за характером поверхности дна реки и слагающими его грунтами. Во время промеров глубин ведутся наблюдения над уровнем воды на реке. В дальнейшем промеры глубин приводятся к условному уровню. С этой целью находят разницу между условным и рабочим уровнями по данным наблюдений на водомерном посту. При отсутствии на реке водомерных постов высота условного уровня устанавливается приближенно - по опросу местных жителей.

Сбор сведений о режиме реки осуществляется путем опроса местного населения. Опрос  надо производить на берегу реки, чтобы  на местности можно было установить высоту характерных уровней, указанных  опрашиваемым лицом и в нескольких пунктах (не менее двух) для каждого обследуемого участка реки. Собранные путем опроса сведения заносятся в полевой дневник с указанием пункта, к которому они относятся, по этим данным заполняется также "Анкета по режиму рек".

Для характеристики водного режима реки собираются сведения: о половодье, времени начала подъема воды, наступлении наивысшего уровня, его высоте, продолжительности стояния высоких вод, спаде уровня, времени окончания половодья; о летней и зимней межени ее продолжительности, времени наступления межени; о паводках их частоте (сколько наблюдается за сезон) и продолжительности.

По ледовому режиму реки собирают данные о замерзании реки - времени  появления сала, шуги и заберегов, осеннего ледохода, его продолжительности; о ледяном покрове характере  поверхности, максимальной толщине льда на плесах и перекатах; о вскрытии реки начале весеннего ледохода, его продолжительности.

Характеристика качества воды реки может быть составлена по данным опроса и личным наблюдениям. На участках реки у населенных пунктов определяется цвет, вкус и запах воды.

Во время маршрута производится глазомерная съемка участка реки. При глазомерной съемке необходимо наносить не только то, что имеет  непосредственное отношение к водному  объекту (бровки берегов, урезы воды, глубины, очертания болот, источники, склоны долин и т.д.), но и сельскохозяйственные угодья, искусственные сооружения, дороги, населенные пункты, мосты и т.п. Расстояния при съемке определяются шагами или с помощью рейки. Высоту точек местности эклиметром или любым угломерным инструментом (если расстояние до точки измеряется шагами, то угол находится по формулам. Все данные наносятся на план.

Перечень отчетных документов по результатам  гидрографического обследовании участка  реки: 1) полевой дневник, 2) план маршрутной глазомерной съемки (в масштабе 1:5000); 3) два поперечных профиля долины; 4) поперечные профили русла реки; 5) журналы ватерпасовки долины; 6) журнал измерения расхода воды поверхностными поплавками; 7) анкеты обследования источников и колодцев; 8) анкета по режиму рек; 9) типовой график колебания уровня воды обследуемой реки.

Измерение скоростей течения воды поверхностными поплавками (полный метод). Поплавки разбиваются на группы. Для  этого на миллиметровке в журнале  на поле координат) наносятся точки. По оси ординат откладывается продолжительность хода поплавков по оси абсцисс - расстояние от постоянного начала Поплавки объединяются в группы (3-5 групп). По центрам тяжести групп поплавков проводится плавная кривая, которая сводится на урезы (эпюра). На эпюре, с учетом группировки поплавков, намечают скоростные вертикали. Рассчитывают характерные данные для каждой группы поплавков ("группировка поплавков").

среднюю продолжительность хода поплавков  находят как среднее арифметическое из отметок времени прохождения  через створ для данной группы поплавков по тому же принципу находят среднее расстояние от постоянного начала;среднюю поверхностную скорость поплавков определяют по уравнению

V=L/t

Производят вычисление площади  водного сечения, из промерного журнала  выписывают расстояния от постоянного начала и глубины;- определяют расстояния между промерными точками и средние глубины между ними;

площадь сечения между промерными точками находят произведением  расстояния на среднюю глубину между  промерными точками;

для каждой группы поплавков рассчитывают площадь сечения в интервале путем суммирования площадей сечения между промерными точками для поплавков данной группы.

Фиктивный расход вычисляется по формуле, но в данном случае - поверхностная  скорость на вертикали. Расход называется фиктивным потому, что он вычислен по поверхностным скоростям и завышен по сравнению с действительным расходом. Действительный расход будет меньше фиктивного на величину, пропорциональную коэффициенту который равен отношению действительного расхода к фиктивному:

Измерение расходов воды поверхностными поплавками (сокращенный метод). Расход воды по наибольшей поверхностной скорости течения (работы производились на маршруте) определяется так. Рассчитываются два  расхода по данным измерений, полученным в начале и конце маршрута для трех профилей. Таким образом, имеются две серии запуска поплавков по 5 - 7 измерений в каждой. Из первой и второй серий выбираются три поплавка, показавшие наименьшую продолжительность хода между створами. Для каждого из трех поплавков вычисляется скорость его движения. Из значений скорости течения по трем отобранным поплавкам вычисляется среднее. Полученная величина скорости для каждой серии будет являться наибольшей скоростью течения воды.

Осредненная площадь водного сечения  определяется по формуле площади водного сечения, определенные по трем указанным выше профилям. Переходный коэффициент от наибольшей поверхностной скорости к средней может быть получен по формуле

Полевая книжка водомерных наблюдений

Уровни воды, наблюдаемые на водомерном посту, на протяжении всех дней учебной практики, должны быть отнесены к условной отметке нуля графика поста. Отметка нуля графика поста выбирается с таким расчетом, чтобы она находилась не менее чем на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды в реке, который можно ожидать в створе поста.

Для перевода отсчета высоты уровня воды, сделанного от нуля наблюдений (над  сваей), в высоту водной поверхности  над нулем графика Н служит приводка (Нпр) - превышение головки  сваи над нулем графика. Приводкой  называется превышение вершины головки сваи (нулевого деления рейки) над принятым нулем графика поста.

В конце водомерной книжки заполняется  справочная таблица, где приводятся данные об отметках свай и значения приводок.

Графические материалы

План участка гидрологического поста. На основе проведенной полуинструментальной съемки составляется план участка реки. На плане должны быть нанесены

планово-высотная основа съемки - магистраль, поперечные профили, сваи и репер  с выписанными азимутами направлений  и высотами основных точек;

линии урезов воды и границы разлива  при высоких уровнях воды (проводятся приближенно при условии неизменности уклона при колебаниях уровня воды);

рельеф русла в изобатах и  рельеф поймы и берегов в горизонталях, их сечение назначается через 0,5 или 1,0 м;

масштаб плана;

заглавная надпись плана (название реки, створ), дата съемки, фамилия исполнителя, состав бригады.

Поперечные профили водного  сечения реки.

По данным промеров составляются профили  поперечников. На профиле кроме линии  рельефа дна должен быть показан принятый уровень воды с отметкой и датой. Под профилем выписываются

расстояния от постоянного начала;

принятые глубины;

отметки дна;

характер грунта.

Гидрографическое обследование участка  реки

Выделяют следующие основные формы  рельефа: равнинный, холмистый, горный.

При описании почвогрунтов, прежде всего  надо обратить внимание на их свойства в отношении водопроницаемости, влагоемкости, размываемости. Для характеристики почвогрунтов используются их естественные обнажения по склонам оврагов, берегам рек, а также откосы выемок, карьеры, котлованы. Обычно выделяют следующие разновидности грунтов: глинистые, суглинистые, супесчаные, песчаные, хрящеватые (щебенчатые), конгломератные, скальные, торфяные.

Описание растительности участка  реки приводится по основным ее группировкам: лесная, кустарниковая, луговая, степная, болотная, с указанием, где она находится. Для леса отмечается характер его расположения: сплошные массивы, полосы (лесонасаждения), отдельные пятна.

Различают следующие элементы долин:

дно или ложе - наиболее низкая часть  долины, заключенная между подошвами  склонов. Затопляемое высокими водами дно долины или затопляемая часть  его называется поймой. Часть дна (ложа) долины, занятая водами реки, называется руслом,

склоны - повышенные участки суши, ограничивающие с боков дно долины и имеющие уклон к реке;

подошва склона - самая нижняя линия  склона долины, сопрягающаяся с ее дном;

бровки - линии сопряжения склонов  долины с поверхностью, прилегающей  к долине местности;

террасы - относительно горизонтальные площадки с уклонами вниз по течению (продольный) и к руслу (поперечный), располагающиеся уступами над современным дном долины. В долине может быть несколько террас.

По форме поперечного профиля  речные долины подразделяются на следующие типы:

щель - глубокая и очень узкая  долина с отвесными, а местами  нависающими склонами. Ширина долины почти равна ширине русла, т.е. дно  полностью занято речным потоком. Дно  и берега долины сложены твердыми кристаллическими породами, свойственными горным районам;

каньон - долина с почти отвесными  склонами, плоским, но большей частью сравнительно узким дном. Склоны каньона  часто имеют ступенчатый характер. Такая форма долин встречается  в области нагорий и предгорий;