рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основы гидрометрии

Основы гидрометрии - раздел Философия, Конспект лекций по курсу Гидрология Специальности: Мосты и транспортные тоннели При Проектировании И Эксплуатации Гтс, Включая, Системы Водоснабжения И Водоо...

При проектировании и эксплуатации ГТС, включая, системы водоснабжения и водоотведения, мостовые переходы, водопропускные сооружения и пр., необходимо располагать определенным объемом информации о состоянии и гидрологическом режиме водного объекта. Эта информация получается в результате проведения систематических многолетних наблюдений, а также эпизодических гидрометрических работ.

Инженерная гидрометрия – это раздел речной или морской гидрологии, который рассматривает средства и методику наблюдений за гидрологическим режимом и состоянием водных объектов, связанных со строительством и эксплуатацией ГТС.

Основными задачами инженерной гидрометрии, как и гидрометрии в целом является:

- организация и проведение гидрологических наблюдений,

- обработка и первичный анализ материалов наблюдений.

Гидрологические наблюдения проводятся на гидрологических станциях и постах.

В зависимости от длительности наблюдений различают постоянные и временные станции и посты.

На постоянных станциях (постах) гидрологические наблюдения ведет Роскомгидромет – специализированная служба мониторинга природной среды, в частности, природных вод России. Кроме того, такие наблюдения ведут различные ведомства и организации, которые используют гидрологическую информацию в своей работе (например, министерства энергетики, транспорта и др.).

Временные гидрологические посты организуют, как правило, на 2…5 сезонов при проведении проектно-изыскательских работ по средним и крупным ГТС.

При массовом проектировании ГТС проводят кратковременные ( в течении 1…2 сезонов) наблюдения в составе инженерно-гидрологических изысканий.

На постоянных станциях и постах ведутся следующие наблюдения:

- уровнем воды,

- расходом воды,

- температурой воды,

- ледовой обстановкой,

- расходом наносов,

- волнением,

- химическим составом воды.

Полный комплекс наблюдений ведется только на небольшом числе станций. Так, расходы наносов и химический состав воды наблюдаются не более чем на 10% от общего количества станций. Это дорогие виды наблюдений. Расходы воды на реках измеряются примерно на половине станций и постов.

Организация и проведение наблюдений на гидрологических станциях и постах регламентируется Наставлениями Роскомгидромета, действующих с 50…60 годов ХХ века.

Результаты гидрологических наблюдений после их анализа и обработки ежегодно публикуются в Гидрологических ежегодниках, которые являются частью единого Государственного водного кадастра России (ГВК).

На временных специализированных постах, организуемых при изысканиях, состав гидрологических наблюдений зависит от вида проектируемого ГТС, изученности и особенностей водного объекта. Но практически всегда измеряют уровень и расходы воды. Наряду с этими наблюдениями, при инженерно-гидрологических изысканиях проводятся следующие гидрометрические работы:

- промеры глубин,

- определение уклона водной поверхности,

- определение меток ГВВ и ГНВ,

- измерение скорости и направления течения воды,

- оценка степени размыва русла и берегов и др..

В задания на изыскания могут быть также включены:

- измерения расхода наносов,

- отбор проб и определение химического состава воды,

- морфометрические измерения дна русла.

Следует отметить, что при выборе местоположения гидрологического поста на водотоке необходимо учитывать следующие требования:

- максимально возможную близость к проектируемому или эксплуатируемому ГТС,

- прямолинейность водотока и отсутствие поймы на участке реки, в пределах которого устраивается пост,

- однозначность изменения площади живого сечения водотока,

- отсутствие бокового притока.

Приведем основную информацию по отдельным видам наблюдений.

Уровень воды (УВ) – высотное положение поверхности воды в абсолютных или условных (над нулем графика – плоскостью сравнения) отметках. Дается для конкретной точки водного объекта в конкретное время.

УВ измеряется на:

- на водомерном (основном) посту,

- на уклонных постах,

- на гидростворах, где измеряются расходы воды и наносов.

По конструкции водомерные посты подразделяются на реечные, свайные и реечно-свайные (комбинированные). Реечный пост- это вертикальная или наклонные размеченные рейки, установленные на устоях мостов, стенках шлюзов, плотин и т.п.

Свайные посты организуются на большинстве рек с пологими берегами. Он состоит из ряда свай диаметром 10…15 см, вкопанных поперек берега реки или водоема.

Схема реечно-свайного поста приведена на рис. 28.

 

Рис. 28. Реечно – свайный водомерный пост

 

УВ отсчитывается по переносной водомерной рейке, которая устанавливается на оголовок ближайшей затопленной сваи. Прибавляя этот отсчет к величине приводки, получим УВ над «0» графика поста. Приводка – это разность между отметкой оголовка сваи и «0» графика поста. Наблюдения за УВ ведутся ежедневно в 8 и 20 часов, а в периоды паводков чаще – до 6-8 раз в сутки.

С вопросом организации и проведения наблюдений за УВ можно детально ознакомиться в рекомендуемой литературе, например, в МУ «Учебная практика по гидрологии и гидрометрии». СПб, 2005.

Для непрерывной регистрации УВ применяют самописцы УВ типа «Валдай» или ГР-80. В них движение поплавка и УВ передаются на барабан с диаграммной лентой, вдоль которого с помощью часового механизма перемещается перо. Самописцы устанавливаются в колодцах или будках на берегу. В развитых странах получили распространение различного типа дистанционные устройства, в которых с заданной частотой измеряется УВ электроконтактным датчиком (сенсорного типа) и передается по сотовой связи на диспетчерский компьютер

Для измерения уклона водной поверхности также проводятся измерения УВ на специальных уклонных постах. Уклон необходимо измерять для определения расходов воды редкой повторяемости. Уклонные посты располагаются друг от друга таким образом, чтобы перепад УВ был не менее 0,2 м. В этом случае расстояние между постами составит от 200 м до 2 км. Организация уклонных постов и технология измерения уклонов воды на реках приведены в рекомендуемой литературе. Следует отметить важность измерения уклонов при каждом измерении расхода воды или наносов.

Измерение глубин.Глубина воды (ГВ) – это расстояние от поверхности до дна водного объекта. Измеряется она с целью построения плана глубин на рассматриваемом участке, а также для определения площади поперечного сечения реки.

Промерные работы необходимы для обеспечения судоходства, лесосплава, проектирования и эксплуатации ГТС.

В состав промерных работ, кроме измерения глуьин, входит определение в плане положения каждой промерной вертикали, т.е. вертикали, где измеряется глубина воды. При ширине потока до 300 м и скорости до 1.5 м/с это делается по тросу, который протягивается через промерный створ реки. В иных случаях применяются геодезические способы, например, способом засечек с помощью теодолита, мензулы или нивелира.

Для измерения глубин применяют:

-металлическую или деревянную наметки (до 5 м),

- ручные или механические лоты,

- ультразвуковые эхолоты.

Наметка – это шест с разметкой, Лот – груз 2…5 кг, опускаемый на размеченном тросе вручную или с помощью лебедки.

Эхолот – прибор, основанный на регистрации отраженного от дна ультразвукового сигнала. GPS – навигатор позволяет в комплекте с эхолотом определить местоположение промерной вертикали. Устанавливается на катере или лодке, которые при промерных работах на рассматриваемом участке водного объекта продвигается по створам или «галсами».

К основным особенностям современных профессиональных эхолотов относят:

совмещение GPS навигатора, картплоттера и эхолота в одном устройстве;

подключение к ПК для обмена точками и обновления внутренней программы;

встроенный датчик температуры воды и возможность подключения датчика скорости;

возможность подключения погодного датчика давления, и ПК.

После обработки данных по глубинам воды, их наносят на план реки и проводят линии равных глубин – изобаты. Кроме того, для промерных створов строят поперечные профили, определяют площадь водного сечения, среднюю глубину, смоченный периметр, гидравлический радиус (рис.29). При использовании эхолотов, подключенных к ПК, указанные работы выполняются автоматически по специальным программам, а при необходимости в объемном режиме 3D.

 

Рис. 29. Поперечный профиль реки

Определение скорости течения и расходов воды. Наряду с УВ, расход воды является основной характеристикой потока, используемой для определения расчетный его значений, от которых зависят параметры конструкций систем водоснабжения и водоотведения.

Как известно, под расходом воды понимается объем воды, протекающий через рассматриваемое поперечное сечение потока в ед. времени (1 с),

Таким образом, для его определения необходимо:

провести промеры глубин в рассматриваемом створе – гидростворе,

измерить скорость потока.

Скорость потока измеряется различными способами:

поплавками,

гидрометрической вертушкой,

ультразвуковым способом,

электромагнитным измерителем скорости течения,

Поплавочный способ состоит в измерении скорости прохождения поплавков. Выше и ниже основного гидроствора закрепляют на местности 2 створа. Выше верхнего створа запускают поплавки и фиксируют время и местоположение их прохождения через дополнительные створы. Это делают наблюдатели на берегу. При большой ширине потока местоположение поплавков фиксируют теодолитом с берега или же секстантом с катера. Применяются как поверхностные, так и глубинные поплавки.

Наиболее распространенным и точным прибором для определения скорости течения воды являются гидрометрические вертушки,напримертипа ИСП-1, основанные на измерении частоты вращения лопасти вертушки (частоты импульсов) пропорциональной скорости течения.

Вертушка закрепляется на гидрометрической штанге с указателем положения (или опускается на тросе с помощью лебедки).

Скорости течения определяются по основному гидроствору на скоростных вертикалях, которые выбираются в местах перелома поперечного профиля дна реки. На каждой скоростной вертикали находим:

глубину воды,

количество возможных точек измерения скорости на вертикали; как правило. до 5 (1, 2, 3 или 5),

глубину расположения каждой точки на вертикали (табл.П.1). В положении «поверхность» и «дно» ось вертушки должна находится на глубине от поверхности воды или дна не менее чем на 10 см.

Устанавливаем вертушку на заданную глубину и включаем счетчик импульсов. Через 1…2 мин на дисплее определяем скорость течения. Измерения проводятся в 2…3-кратной повторности. Разница в частоте вращения по повторностям не должна отличатся более чем на 2…5%.

Рассчитываем среднюю скорость течения по вертикали:

при одноточечном измерении

Vс = V0,6 h,

при двухточечном измерении

Vс = 0,5*(V0,3h + V0,8h),

При трехточечном измерении

Vс = 0,1 * (3*Vпов + 5*V0,6h + 2*Vдно).

Электромагнитный измеритель скорости течения основан на измерении напряженности электромагнитного поля, которое изменяется пропорционально скорости движения воды, обтекающий датчик. Способ перспективный , но, к сожалению отечественная промышленность их уже не выпускает.

Ультразвуковой способ также весьма перспективен. Это тот же эхолот, фиксирующий отраженный сигнал с противоположного берега. Приемник и датчик эхолота погружают у берегов под уровень воды. Таким образом, определяют интегральная скорость течения по ширине реки.

После определения скорости потока вычисляется расход воды. Для этого применяют, как правило, графоаналитический способ.

Суть графоаналитического способа состоит в том, что по результатам промеров глубин строится поперечный профиль реки. По данным измерения скоростей строятся эпюры распределения скоростей по вертикали и ширине реки. Причем для построения эпюры по ширине потока берутся средние скорости по вертикали. Для каждой промерной вертикали вычисляются элементарные расходы воды по формуле: q = V * h (где h – глубина) и строится эпюра распределения элементарных расходов по ширине реки Рис. 30). Наконец, суммируются элементарные расходы через площади треугольников и трапеций в пределах эпюры элементарных расходов и определяется расход воды.

 

Рис. 30.

 

Для определения расхода воды для метки ГВВ, когда нет измерений скорости воды, скорость потока вычисляется по формуле (Шези, используя данные измерений уклона поверхности и коэффициента шероховатости русла и поймы.

Направления течения воды, необходимые для выбора правильного местоположения водозабора или выпусков сточных вод, наиболее часто определяются поплавочным или аэрометрическим (для больших рек) способами. Эти работы целесообразно проводить при высоких и низких горизонтах воды (на подъеме, пике и спаде половодья и паводка), а также в межень.

Расход наносов.Расход наносов – это масса взвешенных и донных наносов, проходящих через рассматриваемое поперечное сечение потока в ед. времени: Qн = 0,001 * ρ * Q (кг/с), где ρ - средняя мутность потока, г/м3.

Величину мутности определяют на скоростных вертикалях с помощью батометра – прибора для взятия проб на мутность воды в потоке. Наиболее распространенным батометром в России является батометр Молчанова, состоящий из двух емкостей, которые опускаются на заданную глубину. Там открываются запорные крышки и производится забор воды. После этого крышки закрываются и батометр поднимают. Пробы воды сдаются на анализ количества и механического состава наносов. Таким образом, определяется мутность воды и расход наносов.

Измерения расходов наносов производится по 2…3 раза на подъеме, спаде половодья и паводка, а также в периоды межени. По измеренным значениям ρ, Q и G строятся кривые связи, по которым определяются значения расходов и сток наносов за сутки, месяцы, сезоны и год.

Химический и бактериологический состав воды, забираемой для коммунального и промышленного водоснабжения, определяется с целью оценки качества воды и необходимости её подготовки перед использованием. Заборы проб воды на химанализ производят также в характерные периоды гидрологического года (аналогично отборам проб на мутность воды).

Наблюдения за ледовой обстановкой на гидрологических станциях и постах ведутся ежедневно или раз в 3…5 дней в зависимости от хпрпактера развития ледовой обстановки на участке реки протяженностью до 0,5…1 км. При этом отмечаются условия и сроки образования и разрушения ледяного покрова, рост толщины льда, характер его пов5рхности, наличие снега, образование внутриводного льда и шуги.

Наблюдают также за густотой осеннего и весеннего ледохода, заторами и зажорами на реке.

Данные по ледовому режиму водного объекта необходимы для обоснования выбора конструктивных элементов ГТС и разработке мероприятий по борьбе с отрицательным влиянием ледовых явлений на работу этих сооружений. В частности, ледохода - на опоры мостов, водозаборные сооружения и т.д. Крайне негативное влияние оказывает внутриводный лед на работу ГТС. Забиваются решетки водоприемников и водозаборов, что ведет к остановке турбин и отключению водопроводных систем.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Конспект лекций по курсу Гидрология Специальности: Мосты и транспортные тоннели

высшего профессионального образования... Петербургский Государственный университет путей сообщения...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основы гидрометрии

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Предмет гидрологии
Гидрология– наука, изучающая гидросферу, её свойства, процессы и явления, связанные с поверхностными водами. протекающие в ней во взаимосвязи с атмосферой, литосферой и биосферой.

Распределение и круговорот воды на Земле
В Мировой океанесодержится 1340*106 км3 воды. Поверхность Океана – 71% от общей площади Земли. Таким образом, если воду Океана равномерно распределить по всей

Водный баланс
Для оценки круговоротов воды используется метод водного баланса,который является частным случаем закона сохранения вещества в природе. Он основан на очевидном свойстве: разность ме

Водные ресурсы и водообеспеченность
В общем виде водными ресурсами называют воды Земли, пригодные для использования человеком в процессе его жизнедеятельности. К ним относят относят все воды на Земном шаре, за исключением во

Гидрографическая сеть суши
Вода, поступающая на поверхность земли в виде осадков, талой воды или выходящая из подземных источников, собирается в понижениях рельефа и стекает под действием силы тяжести, образуя отдельные стру

Основные элементы речных систем
Рекойназывают водный поток сравнительно больших размеров, текущий в разработанном им русле и питающийся за счет поверхностного (склонового) и подземного стока. Совокупност

Тип питания рек. Фазы водного режима
Питание рек происходит поверхностными и подземными водами. Поверхностное питание в свою очередь подразделяется на снеговое, дождевое и ледниковое. Снеговоепитание рек обус

Гидрограф стока
Общее представление о гидрологическом режиме реки даёт гидрограф стока – хронологический график изменения расхода воды в течение года или сезона в данном конкретном створе водотока

Характеристики и факторы стока
Основными характеристиками гидрологического режима водотоков, которые наиболее часто используются в практических целях, являютсяречной сток и уровни воды. Для характеристи

Связь расходов и уровней воды
Между расходами и уровнями воды в реке существует достаточно тесная связь. Кривую этой связи называют кривой расходов воды (рис.7).   Рис. 7. Кривые расходов (1), площад

Ледовый режим рек
Значительное влияние на работу ГТС на территории России оказывает ледовый режим водного объекта. Поэтому его необходимо учитывать при их проектировании и эксплуатации. Весь зимний период р

Мониторинг состояния водных объектов
При проектировании и эксплуатации ГТС: системы водоснабжения и водоотведения, мостовые переходы, водопропускные сооружения и пр., необходимо располагать определенным объемом информации о состоянии

Основы гидрологических расчетов
  На любом водном объекте (река, озеро, водохранилище, болото и т.д.) происходят постоянные изменения уровня и стока воды, её температуры и химизма, режима наносов, русловых деформаци

Характеристик. Расчеты стока воды
  1. Принципы формирования стока талых и дождевых вод со склонов водосбора в гидрографическую сеть можно представить в виде схем взаимодействия элементов водного бала

Гидрологических характеристик
На практических занятиях даются понятия о расчетных гидрологических характеристиках (РГХ). В зависимости от наличия данных наблюдений за расходами и уровнем воды в реках для определения РГХ применя

Максимальные расчетные расходы воды
Максимальным расчетным расходом воды (Qp%) называется расход воды, на пропуск которого рассчитываются размеры плотин, мостов и труб. Расчетная вероятность превышения этого расхода Р% зависит от кап

Максимальные расходы дождевых паводков
Для площадей водосбора в тундровой или лесной зонах более 200 км2 расчеты ведутся по редукционной формуле 1 типа (СП): Qp% = q200 * (200 / F)n

Внутригодовое распределение стока воды
Для решения большинства практических задач недостаточно определить объемы (слои) стока за год, половодье или паводок. Необходимо знать распределение стока внутри года, и прежде всего, в наиболее кр

Минимальный сток
Минимальным стоком называется сток, который проходит в реках в летне-осеннюю и зимнюю межень, когда река переходит на грунтовое питание, а поверхностный сток прекращается. В тундровой и ле

Расчетные гидрографы стока воды
Расчетные гидрографы (РГ) стока необходимы для проектирования водохранилищ, в расчетах отверстий при пропуске высоких вод, при затоплении пойм и лиманов и др. Форма расчетных гидрографов п

Воды в реках.
1. Закономерности движенияводы в реках изучаются гидравликой и гидромеханикой. Вода двигается под действие силы тяжести. Скорость течения зависит от величины составляющей

Движение паводочной волны
Установившейся режим движения воды в реках нарушается при резком увеличении притока воды, например, в период половодья, паводков и попусков из водохранилищ. В этих случаях происходит формирование п

По живому сечению реки
В реках имеет место развитое турбулентное движение воды, в связи с чем наблюдается пульсация скоростей. Скорость в точке потока (актуальную) можно представить в виде суммы осредненной скор

Циркуляция воды в руслах рек
В руслах рек существует три вида течения: верховое, сходящееся, клинообразное и низовое, расходящееся. Классическая форма циркуляции на прямых участках имеет вид (рис.17). Причино

Основные положения
Сток воды в большинстве рек РФ внутри года и в многолетнем разрезе распределяется неравномерно. Свыше 70…80% стока приходится на многоводный период прохождения половодья и паводков, продолжительнос

Водохозяйственные балансы
Задачи эффективного использования водных ресурсов и регулирования стока должны решаться только на основе составления водохозяйственных балансов (ВХБ) по бассейнам рек, районам и регионам РФ.

Основы расчета водохранилищ
Основными характеристиками водохранилищ являются (рис. 19): По уровню воды – НПУ, ФПУ, УМО. По объему воды:полный объем – V ( НПУ – дно ), полезн

Диспетчерский график водохранилища
В период эксплуатации ни одно из ВДХ не работает в режиме постоянной отдачи. В многоводные периоды и годы образуются излишки воды, которые сбрасываются из ВДХ. В маловодные годы и периоды неизбежно

Противопаводковые водохранилища
Выше были рассмотрены основные методы расчета запасных водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования стока. ЗадерживающиеВДХ, как отмечено выше, слу

Структура речного русла
Русло в плане имеет, как правило, извилистую форму. По генезису различают два вида речных извилин: Орографические. Обусловлены наличием в русле каких либо местных сопротивлений, например,

Твердый сток
Энергия потока расходуется на преодоление сопротивления со стороны дна и берегов, а также на размыв и перенос грунта со склонов водосбора в водоприемник. Уровень воды в водоприемнике представляет д

Русловые процессы и их типизация
Русло управляет потоком и формирует поле скоростей, а поток в свою очередь влияет на форму своего русла, производит размыв и намыв наносов, создает себе русло, отвечающее его скоростному полю. Тако

Мостовая гидрология. Задачи гидрологических и гидравлических расчетов водопропускных труб и мостов.
1. Мостовая гидрология– дисциплина, изучающая вопросы гидрологического обоснования конструкций и параметров водопропускных сооружений на автомобильных и железных дорогах. Под гидро

Мостовых переходов через водотоки
Основные гидрологические требования к выбору трасс МП с учетом типа русловых процессов, который наблюдаются в створе проектируемого МП, были изложены на прошлой лекции. Для определения пар

Морфометрические работы
При отсутствии или недостаточности данных по стоку и уровнями воды в створе проектируемого МП проводят морфометрические работы. Их цель – установить значения РГХ на основании данных измерений попер

С водомерных постов в створ МП
В случае расположения водомерного поста в непосредственной близости от створа МП, перенос уровней Нр% (Нн%) с поста в створ МП производят по уклону водной поверхности в паводок, т.е.: Нр% (МП) = Нр

Мостовых переходов
Согласно указаниям СНиП 2.05.03 – 84. Мосты и трубы. М., 1996 г. отверстия МП рассчитываются на пропуск расчетного расхода 1% или 2% вероятности превышения Qр% при расчетном уровне воды той же веро

По балансу наносов
Расчеты основаны на совместном решении уравнений неразрывности потока, баланса наносов и формул для определения расхода влекомых наносов. Дифференциальное уравнение баланса наносов в створ

Основные регуляционные сооружения (РС) МП
Предназначены для регулирования водных потоков, пересекаемых дорогой, в т.ч. мостовыми переходами. С этой целью у МП возводят комплекс сооружений, которые должны обеспечить плавный ввод пойменного

И срезка грунта
Как известно, водопропускная способность МП зависит от формы поперечного сечения под мостом. В большинстве случаев форма живого сечения потока под мостом занимает промежуточное положение от треугол

Плотины
Плотины – водоподпорные ГТС, перегораживающие водоток и его долину и служащие для создания запасов воды в запасных водохранилищах или же для снижения максимальных расходов воды в реке (противопавод

Критические
Wв - при ФПУ Wф - при нарушении работы противофильтрационных устройств Wс - сейсмическое воздействие   В зависимости от величин и сочетания всех ук

Грунтовые плотины (ГП).
ГП возводятся из местного грунта или из грунтов ближайших карьеров. К преимуществам ГП можно отнести: а) невысокую стоимость строительного материала – грунта, б) возможно

Водопропускные сооружения (ВПС)
ВПС предназначены для пропуска воды из ВБ водохранилища в НБ. По назначению различают следующие виды ВПС: а) водосброс – ГТС, предназначенное для сброса воды во избежания переполн

Системы водоснабжения
В результате ИГИ на стадии обоснования инвестиций в строительство систем водоснабжениядолжна быть дана оценка: водного объекта, выбранного в качестве исто

Системы водоотведения
Инженерно-гидрометеорологические изыскания для обоснования инвестиций в строительство системводоотведенияи прежде всего выпусков сбросных вод с УТ должны предусмат

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги