Проведите измерительные работы и постройте план реки в изобатах

Определите среднюю и максимальную глубину реки.

Определите ширину реки.

Постройте поперечный профиль речной долины в районе главного створа, подпишите части речной долины. Начертите абрис исследуемого участка реки.

Приготовьте картографическую информацию исследуемой реки, района практики.

Дайте характеристику исследуемой реки.

7. Проведите расчётные работы.

8. Подготовьте отчёт и презентацию по материалам работы.

Гидрометрические работы включают: определение ширины, глубины, скорости течения и расхода воды.

Определение ширины реки возможно выполнить несколькими способами:

1) при помощи рулетки с переправой на другой берег.

2) если ширина реки не превышает 30–35 м, то измерить ее можно при помощи шнура с грузом на конце. Для этого необходимо перебросить груз на другой берег и, натянув шнур, заметить его длину от одного берега до другого.

3) довольно точно ширину реки можно определить способом построения на берегу реки двух равных прямоугольных треугольников.

Ширину реки на исследуемом участке определяют в наиболее типичных местах (сужениях, расширениях). Средняя ширина русла реки вычисляется как среднеарифметическая величина из всех измерений.

Промеры глубин русла выполняются для построения плана реки в изобатах, который характеризует рельеф дна на участке гидрометрических работ, для определения средних и максимальных глубин реки, площади живого сечения реки. При глубинных промерах исследуют грунты русла, зарастание русла водной растительностью, засоренность русла корчами, бревнами, валунами и прочими предметами.

Расход воды — объём воды, протекающей через поперечное сечение водотока за единицу времени. Измеряется в расходных единицах (м³/с).

Q=F·Vср,

где Q — расход воды,

F — площадь живого сечения [м²]

Vcp - средняя скорость течения[м/с].

Следовательно, для определения расхода воды нуж­но определить площадь живого сечения и среднюю ско­рость течения.

Площадью живого сечения называется пло­щадь поперечного сечения по­тока, ограниченная внизу рус­лом, а вверху поверхностью воды и расположенная пер­пендикулярно к направлению течения.

Для изучения расхода во­ды необходимо на реке вы­брать определенный участок для гидрометрического створа. Створом вообще называется прямая линия, проведенная поперек реки, а створ, на ко­тором определяют измерения расхода, называется гидрометрическим створом.

Створы обозначаем рейками, расстояние между рейками 5, 10 или 15 метров.

При выборе места для из­мерения воды надо учитывать следующие условия:

1) русло реки на протяже­нии не менее четырехкратной ширины реки должно быть од­нообразным, прямолинейным;

2) не должно быть никаких искусственных сооруже­ний, влияющих на уровень воды и скорость течения;

3) выбранный участок должен быть характерным для исследуемой реки.

Определение площади живого сечения заключается в том, что вдоль живого сечения определяют расстояния, а между промерными точками, а затем измеряют глубину: h1,h2...hn, называемые промерными вер­тикалями.

Расстояния между промерными точками устанавли­ваются в зависимости от ширины реки. При ширине ре­ки до 100 м расстояния берут от 2 до 2,5 м. Вообще рас­стояния между промерными точками колеблются от 1/20 до 1/50 ширины реки.

Точка, от которой определяют положение промерных вертикалей, называется постоянным началом створа. Располагать промерные вертикали лучше на расстояни­ях, которые указаны в нижеприведенной таблице.

Ширина реки в межень (м)	Расстояния (м) между промерными точками при рельефе дна
Сложном	простом
Менее 50	1-2	2-4
50-100	2-5	4-10
100-300	5-10	10-25
300-600	10-25	25-50
600 и более	Более 25	Более 50

Приведем пример. Допустим, нам надо определить площадь живого сечения какой-то реки. На главном створе протянули с одного берега на другой линь, на ко­тором через каждые 2 м, т. е. в промерных точках, бы­ли привязаны красные ленточки. В каждой промерной точке измеряли глубину; получились следующие резуль­таты:

Расстояние от постоянного начала	Глубина
1,4 м	0,15 м
3,4м	0,40 м
5,4 м	0,55 м
7,4 м	0,77 м
9,5 м	0,85 м
11,4 м	0,66 м
13,4 м	0,27 м
14,2 м	0 м

Вычертим по этим данным профиль, вертикальными линиями разобьем его на части и получим, что у нас площадь живого сечения будет состоять из двух тре­угольников и шести трапеций. Для определения площа­ди живого сечения нужно вычислить площадь всех этих треугольников и трапеций и потом суммировать все вы­численные площади.

Если через а1 обозначим расстоя­ние от постоянного начала до первой промерной точки, через а2—расстояние от первой промерной точки, или промерной вертикали, до второй и т. д., через h1 — пер­вую промерную вертикаль (первую глубину), h2— вто­рую и т. д., то в нашем примере: a1 = 1,4 м; а2 = 3,4— 1,4 = 2,0 м; a3 = 5,4—3,4 = 2,0 м; а4 = 7,4—5,4 = 2,0 м; as = 9,4—7,4 = 2,0 м; а6= 11,4—9,4 = 2,0 м; а7= 13,4—11,4 = 2,0 м; a8=14,2—13,4 = 0,8 м; h1 = 0,15м; h2 = 0,40 м; h3=0,55 м; h4 = 0,77 м; h5 = 0,85 м; h6 = 0,66 м; h7 = 0,27 м. Обозначим площадь первой фигуры —треугольни­ка— через S1, площадь второй фигуры — трапеции — через S2, третьей - S3 и т. д. Вычислим площади этих фигур:

Площадь живого сечения F будет равна:

F= S1 + S2 + S3 + S4 + S5 + Se + S7 + S8 = 0,10 + 0,55 + 0,95 + 1,32 + 1,62 + +1,51 + 1,93 +0,10=7,08 м2.

Для большей точности вычисления расхода воды в реке можно определить так называемую расчетную пло­щадь сечения реки, которая будет представлять сред­нюю величину площадей живого сечения, вычисленных в створах верхнем, главном и нижнем, тогда по ниже­приведенной формуле определяем расчетную площадь:

F= Fверхн + 2Fглавн + Fнижн /4,

где Fверхн— площадь живого сечения верхнего створа, Fглавн — площадь живого сечения главного створа и Fнижн— площадь живого сечения нижнего створа.

Для определения расхода воды в реке нужно еще оп­ределить среднюю скорость течения реки. Это можно сделать различными способами:

1) поверхностными поплавками;

2) по максимальной скорости;

3) при помощи гидрометрических шестов или вех;

4) при помощи глубинных поплавков;

5) гидрометрическими вертушками.

Определение средней скорости тече­ния реки поверхностными поплавками.

Выбрав прямолинейный участок реки, устанавливаем на обоих берегах по 8 реек (вех) попарно, одну позади другой; каждая пара реек должна быть поставлена пер­пендикулярно к направлению течения реки; расстояние между рейками, составляющими пару, должно быть у всех пар одинаковое (например, по 5 м). Таким образом, мы устанавливаем четыре створа: I—пусковой, II — верхний, III — главный, IV — нижний по течению, реки.

Эти створы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, величина которого зависит от размеров реки, например на расстоянии 15 м друг от друга.

Прежде чем забрасывать поплавки, нужно записать время начала работы, а после окончания — время конца работы; затем отметить обстановку работы: 1) состояние реки на гид­рометрическом створе (чистая, местами покрыта расти­тельностью); 2) состояние погоды (ясно, пасмурно, ту­ман, дождь); 3) характеристику ветра (штиль, слабый, средний, сильный; по течению, против течения; от лево­го или правого берега); 4) характеристику поверхности потока (спокойная, покрыта рябью, волнение).

Особенно большое влияние на скорость течения реки оказывает ветер: увеличивает (попутный ветер) или уменьшает (встречный ветер) скорость потока, поэтому для большей точности определения скорости течения делают поправки.

Далее, расставив наблюдателей по створам, можно приступить к забрасыванию поплавков. Поплавки обыч­но применяют в виде кружков, отпиливаемых от сухих бревен диаметром 10—25 см и толщиной 5—6 см. Чтобы поплавок был лучше виден на реке, его окрашивают бе­лой краской, а иногда ярко-красной. Если река неболь­шая, то можно ограничиться тремя—пятью поплавками.

На пусковом створе поплавки забрасываются последо­вательно: сначала ближе к правому берегу, потом на се­редину реки, затем ближе к левому берегу. На верхнем створе подается сигнал. Когда поплавок окажется в створе, наблюдатель, стоящий у главного створа, засе­кает время, т. е. пускает секундомер или просто замеча­ет время по часам с секундной стрелкой. Наблюдатель, стоящий у нижнего створа, при прохождении поплавка через створ, подает сигнал наблюдателю у главного створа, а он останавливает секундомер или замечает время по часам. Для определения скорости движения поплавков удобнее вести наблюдения по нижеследующей таблице.

Если расстояние между створами 15 м, то расстояние между верхним и нижним створами будет равно 30 м. Бросаем с пускового створа в разных местах реки четыре поплавка поочередно (т. е. сначала первый поплавок; ко­гда он пройдет весь свой путь, тогда забрасываем вто­рой и т. д.) и получаем данные, которые записаны в ни­жеприведенной таблице.

№ поплавка	Путь поплавка (м)	Продолжительность хода поплавка (сек)	Скорость течения (м/сек)	Средняя поверхностная скорость течения (м/сек)
			0,55	0,60
			0,60
			0,65
			0,61

Путь поплавка делим на время его движения и узнаем скорость поплавка, а для опре­деления средней скорости течения складываем скорости всех поплавков и делим на их количество.

Определение средней скорости для небольших рек по максимальной повер­хностной скорости. Наибольшую скорость Vмакс умножаем на поправочный коэффициент К, кото­рый зависит от степени шероховатости русла. В резуль­тате получаем среднюю скорость реки. Для горных рек с валунным дном К=0,55, для рек с гравелистым дном К = 0,65, для рек с неровным песчаным и глинистым ло­жем К=0,85.

где Н — средняя глубина реки от поверхности воды до дна, h — глубина погружения гидрометрического шеста, v— определенная скорость.

Определение средней скорости при помощи глубинных поплавков. Для опре­деления скорости этим способом нужно взять две бу­тылки. Бутылки привязывают друг к другу шнурком, длина которого будет зависеть от глубины исследуемой реки. Одну бутылку (нижнюю) наполняют водой и заку­поривают пробкой, во вторую бутылку (верхнюю) насы­пают песок в таком количестве, чтобы только часть ее горлышка находилась над водой, и тоже закупоривают. Наблюдая за верхней бутылкой, определяют среднюю скорость обеих бутылок. При помощи двух бутылок можно также определить скорость на определенной глу­бине, равной глубине нижней бутылки. Например, мы хотим определить скорость на определенной глубине ре­ки на данном отрезке. Тогда, привязав нижнюю бутыл­ку на глубину 0,2 h (где h — глубина реки), определяем сначала среднюю скорость двух бутылок — верхней и нижней, т. е. vcp, а при помощи поверхностных поплав­ков определяем среднюю поверхностную скорость Vср. пов

и находим искомую скорость по формуле:

V 0.2 h = 2 Vср - Vср. пов

Этим способом можно определить скорость и на глу­бинах: 0,4 h; 0,6 h; 0,8 h; таким образом, мы можем узнать среднюю скорость по живому сечению. Для этого нужно сложить все пять скоростей, и разделить на 5:

Наблюдения показывают, что скорости течения рас­пределяются по поперечному сечению рек неравномерно. Они достигают максимальной величины или на самой свободной поверхности, или на незначительной глубине от нее. По мере приближения ко дну скорость умень­шается. Картину распределения скоростей можно изо­бразить на графике. Для этого глубина каждой точки откладывается по вертикали (сверху вниз), а скорости течения по горизонтали (слева направо). Соединяя концы горизонтальных линий, изображающих скорости потока, получаем кривую, называемую годографом ско­ростей.

Расход воды Q, м^3/с
Площадь водного сечения F, м^2
Средняя скорость Vср, м/с
Наибольшая скорость Vнаиб., м/с
Ширина реки В, м
Средняя глубина hср, м
Наибольшая глубина hнаиб., м

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Кафедра географии, страноведения и туризма

Дата добавления: 2015-04-30