5. ІНЖЕНЕРНО-ГІДРОЛОГІЧНІ ОБСТЕЖЕННЯ Класифікація річок за рівнем гідрологічної вивченості. Річки-аналоги

Надія Юрьевская 2 роки тому Переглядів:

1 5. ІНЖЕНЕРНО-ГІДРОЛОГІЧНІ ОБСТЕЖЕННЯ Лекція 5 1. Класифікація річок за рівнем гідрологічної вивченості. Річки-аналоги 2. Склад морфометричних досліджень 3. Визначення рідко повторюваних горизонтів високої води 4. Призначення коефіцієнтів рівності (шорсткості) русла та заплав 5. Інженерно-гідрологічні обстеження під час повені або повені Інженерно-гідрологічні дослідження полягають у зборі матеріалів, водотоку. Обсяг і їх залежать від складності гідрологічних умов місці переходу водотоку, і навіть від вивченості річки. Інженерно-гідрологічні обстеження проводять два види: - обстеження річки при рівні меженных вод (УМВ) морфометричні; - гідрометричні обстеження при рівні високих вод (УВВ) під час повені та повені Класифікація річок за ступенем гідрологічної вивченості. Річки-аналоги За гідрологічною вивченістю річки поділяються на 4 види: 1. Добре вивчені річки, на яких спостереження за рівнями води та відповідними витратами проводилися безперервно протягом 20 років і більше. При цьому місце переходу річки знаходиться поблизу стулки одного з водомірних постів. Крім того, вище та нижче обраного місця переходу розташовуються існуючі водомірні пости. 2. Задовільно вивчені річки, на яких у місці переходу відсутні гідроствори з багаторічними спостереженнями, але надається можливість судити про рівні води за даними багаторічних водомірних постів, що розташовані вище та нижче за течією від місця створу майбутнього переходу. 3. Маловивчені річки, у яких відсутні дані про рівні та витрати в районі майбутнього переходу. У цьому випадку користуються даними водомірних постів, розташованих на значномувіддалення від місця майбутнього переходу та які мають тривалість спостережень не менше 15 років. При цьому використовуються дані, одержані на річках-аналогах. 4. Невивчені - річки, якими гідрометричних спостережень не проводилося, водомірних постів немає, немає даних із річкам-аналогам. Для вибору рек-аналогів необхідні такі умови: - Можлива географічна близькість розташування басейнів; - однорідність умов формування стоку (однотипність ґрунтів та гідрологічних умов, по можливості близький ступінь заозереності, залісненості, заболоченості); - площі басейнів не повинні відрізнятися один від одного більш ніж у 10 разів, а їхня середня висота більш ніж на 300 м; - Відсутність факторів, що спотворюють природний річковий стік (взяття води на зрошення, пристрій гребель та ін). Для добре та задовільно вивчених річок, як правило, гідрометричні спостереження при високих водах не виробляють. На маловивчених і невивчених великих річках, поряд з морфометричним обстеженнями, повинні проводитися і гідрометричні спостереження. У результаті морфометричних обстежень визначають: 1) Характерні рівні води у річці:

2 – УВВ; - горизонти високого льодоходу (найвищий рівень льодоходу, що створює найбільші згинальні моменти в пальових ростверках мостових опор); - горизонти високого зсуву льоду; - горизонти низького зсуву льоду; - обрії межених вод (УМВ). 2) коефіцієнти шорсткості русел і заплав; 3) льодовий режим річки; 4) характер руслового процесу. При морфометричних обстеженнях виконують такі зйомки: - Зйомка поздовжнього профілю річки на ділянці переходу; - Визначення ухилів водноїповерхні; - Розбивка та зйомка морфометричних створів. Морфоствори необхідні визначення витрат води. Морфоствор перпендикулярний течії води. Морфологічними характеристиками створу є: - Розподіл глибини води за його шириною; - Опір руху води в різних частинах створу (русла, протоки, заплав), що оцінюються коефіцієнтом шорсткості. Число морфостворів повинно бути не менше 3. Ці зйомки проводяться одночасно з топографо-геодезичними роботами і пов'язуються з ними Визначення горизонтів високої води, що рідко повторюються 1) За багаторічними даними водомірних постів. Якщо є дані спостережень терміном, що перевищує 15 років. За цими даними будуються криві зв'язків рівнів води в різних створах. За відсутності водомірного посту поблизу від створу мостового переходу проводиться перенесення рівня, встановленого на вищерозташованому або нижчерозташованому водомірному посту, за величиною ухилу річки. 2) Опитування старожилів. Складається спеціальний акт, у якому фіксуються позначки, показані старожилами біля. При встановленні ПВР цим способом залишається нез'ясованою ймовірність перевищення зафіксованого високого горизонту. Для цього бажано також опитувальним шляхом одержати дані про горизонти за інші роки, коли рівні стояли нижче. 3) Візуальний спосіб фіксування рівня слідами біля. Слідами біля є: - Відкладення наносника (сучки, трава, мул) на пологих берегах, чагарнику, деревах. Сліди на деревах відносяться до паводків ВП 10-20%. - відкладення зважених річкових наносів. - Сліди нафти на корі дерев чи крутих берегах. - Смуга змиву «загара» на скельних берегах. Нижня найбільш яскрава смуга змиву «загара» відноситься до середнього паводкового горизонту, а слабко виражена верхня смуга до горизонту з ймовірністюперевищення 10%, 5%. Сліди змиву засмаги рідкіших паводків зазвичай не зберігаються, як і сліди на крутих берегах, що розмиваються. - Сліди підмивання крутих нескельних берегів. - Кордони поширення заплавної рослинності у степових посушливих районах. - Сліди на будівлях та спорудах. 2

3 Кордон між пляжем і крутим берегом відноситься до середнього паводкового горизонту Призначення коефіцієнтів рівності (шорсткості) русла та заплав Середні швидкості течії та витрата води в живому перерізі річки та частинах морфоствору визначаються за рівнянням рівномірного руху рідини у відкритому руслі 2/3 v mh де коефіцієнт рівності, h середня глибина потоку, i ухил водної поверхні. При оцінці шорсткості заплав потрібно враховувати характер і густоту рослинного покриву на заплаві, наявність старомов, промоїн, косоструйність течії, характер грядових скупчень наносів, наявність валунових або кам'янистих відкладень. Коефіцієнти шорсткості призначають за спеціальними таблицями (класифікація М.Ф. Срібного). Наприклад, для природних русел у вельми сприятливих умовах (чисте, пряме, незасмічене, земляне з вільною течією) коефіцієнт шорсткості n=0,025, 1 1 а коефіцієнт рівності m 40. Для значно засмічених, звивистих і n 0,025 частково зарослих або кам'янистих перебігів русел коефіцієнт 1 1 шорсткості n=0,04. А коефіцієнт рівності m 25. n 0, Інженерно-гідрологічне обстеження під час повені або повені Спостереження при високих водах проводяться для проектування мостових переходів через великі річки і доповнюють раніше проведені морфометричні обстеження. Під час високих вод проводяться такі гідрометричні роботи: - Визначаються швидкості течії шляхом безпосередніх вимірювань; - Вимірюються рівні води; - встановлюютьсянапрямки струменів та траєкторій руху суден, плотів та крижин. Для зазначених робіт необхідно до настання повені (повені) провести відповідну підготовку: розбити гідроствори, спорудити водомірні пости, побудувати спостережну вишку, обладнати плавучі засоби. 1. Розбивка гідрометричних стулок. Гідроствори намічаються перпендикулярно до течії води. При широкому розливі річки і помітному відмінності у напрямах течії в руслі і заплаві гідроствор у плані може бути ламаним. Число гідростворів залежить від характеру річки на ділянці мостового переходу. Якщо русло ділиться на рукави, або ширина заплави різко змінюється або на ній є протоки та озера, то розбиваються кілька гідростворів. Зазвичай два-три, щоб простежити зміна швидкостей течії як по ширині, а й уздовж потоку і з'ясувати перерозподіл витрати води між руслом і заплавою. У простих ситуаційних умовах (пряма ділянка річки, одноманітна заплава) допустимо обмежитися одним гідроствором. Коли призначається 3

4 поплавець Т.В. Гавриленко, сайт кілька гідростворень, то один із них приймається за головний. На ньому проводиться більша частина вимірів. Бажано, щоб він збігся з віссю майбутнього мостового переходу. Гідрометричні створи розбиваються на всю ширину розливу річки із запасом по висоті над рівнем ГВВ на 2 м. В результаті розбивки гідроствору будують його профіль. По профілю намічаються вертикалі вимірювання швидкостей течії вертушками. Число вертикалей у руслах, рукавах та протоках залежить від їх ширини. Від 5 до 14 вертикалей при ширині створу від 100 до 1000 м. На заплаві має бути не менше 4 вертикалей на кожні 1000 м ширини розливу. Гідроствори закріплюються біля високими віхами, по дві віхи кожному березі. 2. Влаштування водомірних постів. На ділянці річки вмісці переходу для вимірювання рівнів води влаштовується щонайменше 3-х водомірних постів. По різниці відміток водної поверхні крайніх постах, званих похилими, визначаються поздовжні ухили водотоку. Відстань між похилими постами має забезпечити достатню точність вимірювання перепаду рівнів води між ними. При нахилі водної поверхні до 0,05 відстань не менше 5 км; від 0,06 до 0,1 3 км; 10,5 км і т.д. Якщо ділянка річки в місці переходу розташована на крутому повороті, рівні води на різних берегах можуть сильно відрізнятися. І тут влаштовується щонайменше шести постів, по три кожному березі. Водомірні пости складаються з пристосування для безпосереднього вимірювання рівнів (найчастіше рейок та паль) та постійних геодезичних знаків реперів. Від репера передають позначки на палі чи рейки. вишка водомірна рейка Д=Н/tg α Н лінійка 0,5 м «Нуль посту» палі Д α УВВ 0,5 м Пости розміщують у місцях, захищених від розмиву, ударів предметів, що пливуть. Торці паль і нулі рейок нівелюють від репера 2 рази до повені та після. Нижче наведено схему водомірного посту. Спостережна вежа влаштовується на високому березі; вона призначена для засічення одноточковим способом поплавців і крижин, плотів і суден, що пливуть по річці. Вишка також може бути використана для фіксування положення човна, що проводить вимірювання на річці. Для кожного водомірного посту встановлюють нуль водопоста. Ця умовна горизонтальна площина розташована нижче за найнижчий рівень води (не менше ніж на 0,5 м), щоб усі результати вимірювань були позитивними. 4

5 3. Виробництво спостережень. Воно починається відразу після завершення підготовчих робіт. Вимірювання рівнів води ведеться безперервно з обладнання постів до закінчення всіх польових робіт. Терміни та кількість вимірів уПротягом доби залежить від інтенсивності підйому чи спаду води. Кількість вимірів може коливатися від 3 до 24 разів на добу під час проходження паводку (півводдя). Відліки рівня проводяться з точністю до 1 см. Вимірювання заносяться до польового журналу. Внаслідок обробки матеріалів складаються графіки коливання горизонтів на всіх водомірних постах за час спостережень. 4. Вимірювання швидкостей води. Найбільш простим і доступним є спосіб поплавця. На річках гірського типу, що мають велику швидкість і збійність течії, вимірювання швидкості поплавцями буває іноді єдино можливим способом. Поплавці виготовляються з відрізків колод діаметром 5-20 см та товщиною 3-5 см у вигляді хрестовин. Застосовують також частково заповнені водою закупорені пляшки. Поплавці дозволяють визначити величину швидкості та напрямок поверхневої течії. Для роботи з поплавцями як додаткове обладнання використовується секундомір, а на великих річках кутомір і човен. Кількість поплавців залежить від ширини річки, що вивчається, для малої річки достатньо 4-5 штук. Їх намагаються по можливості запускати рівномірно по ширині річки, але якщо біля берегів багато рослинності, прибережні ділянки потрібно уникати. Поплавці треба нумерувати в порядку їхнього пуску, і кожен наступний запускати лише після того, як попередній поплавок пройшов нижній стулок. Результати вимірювання швидкості поплавцями найкраще оформляти безпосередньо в полі на планшеті з накладеними траєкторіями руху поплавців. До недоліків поплавців слід віднести меншу порівняно з іншими способами точність вимірювань та неможливість вимірювань швидкостей течії у стаціонарних точках. Для більш надійного визначення швидкостей та обчислення за ними витрати води використовуються гідрометричні вертушки. Принцип діївертушки нескладний: струмінь води, обтікаючи і давлячи на лопаті вертушки, обертає вал, опертий на підшипники. Швидкість перебігу v і число обертів лопатей в одиницю часу n пов'язані залежністю, яка виражається рівнянням: V=a+bn, де a і b параметри, що встановлюються для кожної окремої вертушки таруванням. Тарування це зворотний процес виміру швидкостей. При таруванні визначається кількість обертів за секунду при різних швидкостях. Найбільше застосування отримала універсальна вертушка, яку можна опускати у воду і на тросі та на штанзі. Вимірювання швидкостей вертушками проводиться зі спеціально обладнаних човнів або понтонів. Число точок на кожній вертикалі, в яких вимірюється швидкість, залежить від глибини води: при глибинах до 1 м можна вимірювати швидкість в одній точці, від 1 до 3 м у трьох точках і при глибині більше 3 м у п'яти точках. Через війну вертушечных вимірів будуються епюри швидкостей і елементарних витрат за низки рівнів води у річці. Після встановлення вертушки в заданій точці по глибині вертикалі одночасно включають лічильник обертів вертушки та секундомір. Секундомір зупиняють через 100 с і відраховують кількість обертів за лічильником. По рівнянню криву тарування, що додається в паспорті вертушки, визначають швидкість течії в даній точці. Середня швидкість по вертикалі може бути визначена 2 графомеханічними способами, коли за вимірюваннями будується епюра швидкостей і потім осредняется по площі епюри. Другий спосіб – аналітичний. Наприклад, при вимірюванні швидкості в трьох точках вертикалі: 3vпов 5v0, 6 2vд vcp, 10 5

6 де v пов, v 0,6, v д відповідно швидкості, що вимірюються на поверхні, на 0,6 глибини та у дна. Витрата за період високої води при різних рівнях її стояння визначається на головному створі не менше разів. Кінцевимрезультатом всіх вимірювань поплавцями або вертушками є встановлення залежності витрати, середньої швидкості потоку та площі живого перерізу від рівня води. 6