> Техника, страница 82 > Станция гидрометрическая
Станция гидрометрическая
Станция гидрометрическая, пункт производства систематических водомерных наблюдений, учащенных измерений расходов и других характеристик режима водотоков. Исследования, производимые С. г., имеют задачей учет элементов, характеризующих водные потоки с количественной стороны, для получения надежной базы рационального решения вопросов водного хозяйства, проектирования гидротехнических сооружений и получения материалов для более широких научных обобщений в области гидрологии. С. г. состоит из одного или нескольких участков водотока, на которых в течение года или ряда лет производятся систематич. гидрометрич. ]£аблюдения и работы. С. г. с циклом наблюдений свыше
2 лет называются основными и с циклом не менее года—в ременными. При исследовании рек значительного протяжения в дополнение к основным и временным С. г. организуются объезды с производством наблюдений в характерных пунктах реки между С. г. Станции гидрометрические, в программу которых включены специальные гидрологии, исследования (над фактором стока, русловыми процессами, донным льдом и т. д.), иногда называют гидрологическими станциями. Для получения непрерывных и долголетних изменений основных характеристик режима рек речной сети страны на ее наиболее характер ных и важных участках Гос лшдрологич.ин-том установлена сеть опорных С. г. Имея долголетние наблюдения на опорных С. г., можно получить вероятные устойчивые характеристики режима для данного пункта на реке, расположенного в условиях, аналогичных какому-либо из опорных пунктов, поставив для связи 2—3-го-дичные гидрологические наблюдения на данном пункте. Наблюдения на опорной сети С. г. являются основными для изучения гидрологии как отдельных районов, так и всего СССР.
По характеру своей работы пункты опорной сети разделяются на 4 разряда: станции IV разряда с наблюдениями, требующими персонала без специальной подготовки, III разряда с наблюдениями, требующими для их ведения подготовленных наблюдателей, II разряда с более сложными наблюдениями, требующими участия специалистов, оборудованные обычно самопишущими приборами для водомерных наблюдений, но не производящие методология, работ и научных исследований специального характера, и наконец С. г. I разряда, всесторонне изучающие режим водных объектов и требующие постоянного участия в работе ученых специалистов. Территориальное распределение станций опорной сети по Союзу показано на фигуре 1 и 2. В программу наблюдений времен-
12 18 24 30 36 42 48 54 6 0 66 72 78_84
£льЧы-^-^Уй^н
! *м“г^Г°«рэ^4^и.
/Д-*>моле?ск_ Муром Твтюши^*сТОполь
Мс)гилв^Г^Дропой^Р^а^ Промзино?
1 (СК Ч-Са·
W" Воронеж“^OB°PjMHO
|И эю„ Казанская I
ХеРс<^л -Новочеркасск
„ уонА Дкас£=^»5тарочаркаоская
[Ура“*СИ
КАРТА ГОСУДАРСТВЕННОЙ ОПОРНОЙ ГИДРОЛОГИч. СЕТИ
ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СССР Р.Г.И,
^ская *СтароЦ г?Бвоаговая^МОАдР*
фцебепьди“са^=
а _ V Ахт<>^:-=
-Χ-Гифлис %
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ А I РАЗРЯДА
*11-----
® Ш — ” —
• IV — " —
МАСШТАБ
Э 200 400 СОС»
Фигура 1.
ной С. г. входят: наблюдения над колебаниями уровня, определение расходов, наблюдения над темп-рой воды и воздуха, зимним режимом, направлением струй течения; иногда программу дополняют следующими вопросами, обязательными кроме вышеуказанных для основных С. г.: наблюдения над уклонами исследуемого участка, взвешенными и донными наносами, вле комыми потоком, атмосферными осадками, испарением и снежным покровом. Главнейшими работами на С. г. являются водомерные наблюдения и определение расходов, что дает возможность установить зависимости между горизонтами и расходами (кривая секундного расхода) и определять величины стока. К этим основным работам в зависимости от заданий и условий режима изучаемого объекта добавляются дополнительные работы, из которых чаще имеют место: изучение изменения уклонов деформации русла и коэфициента его шероховатости, наблюдения над грунтовыми водами, мерзлотой грунта и тому подобное. Часто кроме того С. г. имеют специальные задания, например обслуживание нужд судоходства, предсказание наступления паводков и прочие Если в районе исследуемой реки или озера не имеется метеорологии. в Киеве имеет главный профиль вниз по Днепру в 21/, км от города и весенний профиль (высоких вод)—у Дарницкого ж.-д. моста; иногда оборудуются отдельные створы для измерения расходов при открытом русле и под ледяным покровом. Участок для определения уклонов носит название уклонного поста, служа для изучения изменения уклонов и оцределения коэф-та шероховатости.
Общим требованием, связывающим отдельные участки одной и той же С. г., должно быть прохождение через них одного и того же расхода. С. г. располагаются в наиболее характерных пунктах исследуемого района. На протяжении изучаемой реки должен быть не менее 2 основных С. г., располагаемых одна в верхнем, вторая в нижнем течении. В дельтах рек основную станцию располагают на коренном русле до разделения
станций или число их незначительно и они отдалены, то весьма целесообразно при основных С. г. организовать дополнительные метеорологические наблюдения над давлением, температурой и влажностью воздуха, силой и направлением ветра, облачностью, осадками и испарением. С. г. образуют несколько участков, расположенных вместе или отдельно; из них важнейшие: участок основного водомерного поста, участок для измерения расходов, участок для определения уклонов.
Водомерный пост служит преимущественно для установления хода колебаний уровней воды, являясь основой гидрометрия, наблюдений (смотрите Водомерные наблюдения). Пункты на водотоках, служащие для производства измерений расходов, называются гидрометрическими створами или п р о ф и л я-ми (иногда расходными постами). Часто С. г. имеют 2 створа: один для высоких, другой для средних и низких вод, например С. г. на рукава и по одной станции на главнейших рукавах. Для лучшей связи расходных измерений с водомерными наблюдениями С. г. желательно устраивать вблизи постоянных водомерных постов с многолетними наблюдениями или в местам определения расходов (створах). При назначении мест С. г. принимают во внимание наиболее значительные притоки, устраивая станции в районе их впадения, если позволяют услобия для выбора места под С. г. Целесообразно устраивать С. г. вблизи населенных пунктов и нахождения метеорологии, станций. Число С. г. в бассейне устанавливается в зависимости от наличных средств, задач исследования, характера речной сети и размеров бассейна. При общем изучении режима гидрометрические станции равномерно распределяют по бассейну в отдельных характерных его районах. На фигуре 3 приведен пример расположения С. г. в дельте р. Сев. Двины и на фигуре 4— в бассейне р. Волхова и его притоков.
Приступая к устройству С. г., предварительно определяют районы их установки по имеющейся подробной карте; далее в намеченных
UN9 L5 ПАРТИЯ ИЗЫСКАНИЙ АВАНПОРТА V ГОР. АРХАНГЕЛЬСКА
МареграфДй’ · · ·ν
Л № 1t(J^ I Сухое Щ О-Мудьюгский X
ПЛАН ДЕЛЬТЫ
РЕКИ СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ И СУХОГО МОРЯ Масштаб
5, о б Ю км
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Район общих исследований 1915 г.
{Участки подробных иссле-J дований
lJ Гидро метрические профиля Э Водомерные рейки $ Мареграфы х Зимние наблюдательные посты
Зимние водомерные посты
Фигура 3.
районах после осмотра на месте производят при низкой воде рекогносцировочные обследования, затем после выбора места делают вверх и вниз от него на тройную ширину реки точную съемку участка в масштабе 1 : 1 000— 1 : 5 000 с горизонталями и изобатами (линиями равных глубин) через 0,5—1 м, после чего выбирают места расположения водных постов, приборов и прочие Наметив на основании приведенных выше общих соображений примерные пункты расположения С. г., окончательно устанавливают места их устройства, руководствуясь условиями пригодности участка для установки С. г. Участок должен иметь правильную в поперечном сечении и прямолинейную в плане форму русла, устойчивый характер русла и“ берегов, достаточную длину l-f-З ширин реки, однообразную шероховатость и уклон скорости в межень не ниже 0,15 м/ск и в паводок не свыше 3 м/ск. Участок не должен иметь препятствий, нарушающих правильное распределение струй в потоке, при отсутствии подпора от соседних участков, заторов и образования донного льда в зимнее время. Обычно бывает затруднительно найти естественный участок, полностью удовлетворяющий поставленным требованиям, поэтому отделяют расположение водных постов от створов, устраивая их в разных местах. При выборе места под основные водомерные посты необходимо располагать таковые: а) вне действия подпора, причем падение реки (смотрите) между постом и низовым пунктом источника подпора должен быть вдвое больше величины подпора; б) в местах без нагона и сгона воды ветром; в) на участках,
где пойма не имеет широкого разлива и очень крутых и излишне пологих берегов; г) избегая устраивать их на поворотах рек и в непосредственной близости от устьев притоков; д) в местах, защищенных от подмыва берегов, ледохода и действия наносов; е) в местах, где нет скопления людей, причала судов, купален и прочие Гидрометрии. створы (профили) располагают: а) при меандрической форме русла на наиболее устойчивом прямом его участке, где река меняет свою кривизну, б) вблизи перекатов несколько выше их, в) нормально к течению,
г) с симметричной корытообразной формой русла при всяких горизонтах воды, д) в местах с параллелоструйным течением без вихрей и обратных струй, е) в местах с гладкими и ровными дном и берегами. Неустойчивая форма русла препятствует измерению расхода, поэтому в США часто для достижения правильного измерения расходов в течение длительного периода времени закрепляют живое сечение створа, обделывая .его берега или сооружая ниже створа специальный бетонный порог (контрольное сечение). Каждая гидрометрическая станция должна иметь особый детально заполняемый технический список, характеризующий
Фигура 4.
ее со времени постройки, развития и в течение всего эксплуатонного периода.
Водомерные посты простых типов, применяемые на С. г., обычно бывают свайные, реечны и редко смешанные (смотрите Водомерные наблюдения). Из специальных типов постов на основных С. г. обычно применяется поплавковый водомерный пост (фигура 5) с колодцем, устроенный по берегу, имеющий ценные преимущества: непрерывность наблюдения в течение круглого года, отсутствие влияния волнения воды на показание прибора, защищенность поста от повреждения сплавом,
ходом. Недостатками этого поста являются: необходимость частой очистки от ила и сравнительно высокая стоимость. На С. г. I и II разрядов в колодцах устанавливают лимнографы, дающие непрерывную запись колебания уровня.
Оборудование гидрометрии, створа С. г. изменяется в зависимости от ширины реки, гидродинамических свойств потока и программы работы станции. При работе поплавками оборудование наиболее простое, при работе же более точными приборами, требующими измерений на постоянных вертикалях живого сечения, оно усложняется. Оборудование створа должно давать возможность установить прибор на всех вертикалях и спокойно вести наблюдения в течение необходимого промежутка времени (смотрите Пульсация), Измерение скоростей на узких потоках с бурным течением, резким колебанием уровня производится с гидрометрии, перекидных и подвесных мостиков. При ширине потока до 15 метров целесообразно применение деревянного мостика, поддерживаемого 2 тросами, подвешенными к сооруженным по берегу стойкам (фигура 6). Этот мостик м. б. установлен на любом уровне в зависимости от колебания горизонта воды. При ширине реки до 50 метров устраивают подвесные мостики на 1—2 тросах. На фигуре 7 доказан мостик этого типа сист. инж. Терскова, применяемый в Ср. Азии. На реках с высокими крутыми берегами, быстрым течением, резкими колебаниями уровня при
меняют подвесные люльки, передвигающиеся по тросу. На малых реках с тихим течением иногда работают с лодок. В этом случае удобно приборы опускать на тросе через блок с выноса, укрепленного на носу лодки. Лодка обычно удерживается на месте измерения за створный трос; при более значительном течении и глубине она удерживается вторым тросом, натянутым параллельно створному, или наконец двумя оттяжками с концами, закрепленными на берегах. На реках более значительной ширины удобной является работа с понтонов, передвигающихся по тросу на створе профиля. Понтон обычно состоит из 2 -лодок, скрепленных поперечинами, поверх которых кладется дощатый настил, с которого ведутся работы. Расстояние между лодками во избежание образования между ними подпора, влияющего на работу приборов, берется больше двойной ширины погруженной части лодок. Трос, по которому передвигается пором. пропускается через 2 пары блоков-роликов, установленных на пороме; изготовляется из оцинкованной стали диам. 8—20 миллиметров и по длине должен превышать до 100% ширину реки; на одном берегу реки он закрепляется наглухо, наматываясь на другом на барабан лебедки. Передвижение порома по тросу производится вручную. При больших скоростях перемещение порома можно осуществить непосредственно силой- течения, устраивая его в виде «порома-самолета», при котором по тросу движется блок с петлей, соединенный тросом с поромом. Действуя рулем, придают порому необходимое положение для его перемещения поперек реки. Применение поромов, ходящих по тросу, ограничивается шириной реки до 400 м, свыше которой применяются понтоны, устанавливаемые на завезенных выше створа якорях. На реках шириной
в несколько км работа может производиться только этим способом, причем для завозки якорей и перемещения понтона применяют специальные лодки и пароходы; эти работы, занимая много времени, требуют опытного персонала; при постоянных работах на значительных реках поромы достигают солидных размеров, с помещением для жилья. Измерение расхода на С. г. при образовании ледяного покрова производится непосредственно со льда. Для обеспечения удобной работы применяются будки-трплушки, передвигающиеся на полозьях конной тягой, с отверстием в полу для опускания инструментов в пробиваемые по створу проруби-лунки. При недостаточной толщине и прочности льда удобно и целесообразно применение палаток Место и оборудование С. г. для работы на каналах, трубопроводах и других искусственных водотоках имеют обычно стационарный характер.
Каждая С. г. кроме водного поста и створа должна иметь еще уклонный пост для определения уклона поверхности воды, а также специальное оборудование в зависимости от программы работ станции (метеорология, приборы для учета наносов и прочие).
Для испытания гидрометрии, приборов (преимущественно вертушек, батометров) и уста-I новления коэф-тов, характеризующих их ра-! боту, их подвергают тарировке на особых т а-рировочных С. г. Тарировка, основан-
пая на принципе обратимости, состоит в передвижении приборов (вертушек и прочие) с различными равномерными скоростями в стоячей воде в тарировочных бассейнах С. г. Тариро-в очные бассейны устраиваются или в виде длинного прямолинейного канала прямоугольного деления, вдоль к-рого. перемещается по рельдам тележка с закрепленным на ней прибором, или кольцевого канала с неподвижной осью и прибором, прикрепленным к выносу стрелы, закрепленной на оси и движущейся по окружности. Круговые бассейны, более простые оборудованием, дают менее точные результаты, так как возможно движение массы воды вслед за перемещаемым прибором. До Октябрьской революции С. г. находились преимущественно т ведении министерств путей сообщения, земледелия и государственных имуществ. Наблюдения на отдельных станциях МПС начаты с 1880 г. В 1912 г. число организованных С. г. превысило 50. В 1931 г. общее число С. г. в СССР достигло 300.
Лит.: Аполлов Б. и Лукашин М., Практическая гидрометрия твердого расхода потоков, Тифлис, 1929; Белкова Е., Инструкция по гидрометрическим исследованиям в связи с мелиоративными работами, «Технический комитет по делам водного хозяйства», М., 1930; Б л и з н я к Е., Производство исследований рек, озер, водоразделов, М., 1930; Владыч а н с к ийВ., Гидрометрия, 2 изд., Ташкент, 1924; Гириллович Н., Гидрометрия, Л., 1932; Коллупайло С., Гидрометрия, М., 1918 (литограф, лекции, приведен обширный список литературы); Колосов С. и Ярцев В., Список постов и станций основной гидрометрия, сети Ср. Азии, Ташкент, 1928; Огиевский А., Производство основных гидрометрических работ, Киев, 1930; Огиевский А. и О шп оков А., Гидрометрия, Киев, 1930; L i d и e 1 1 W., Stream Gaging, Ν. Y., 1927; Ott L., Instrumentenkunde d. praktischen Hydrometrie, Kempten-Allgau, 1931; Parker P., The Control of Water, L., 1925; «Известия государственного гидрология, ин-та», Л., 1921; Вальман В., Гидрометрия. исследования в бассейне р. Волхова и его бассейна, «Материалы по исследованию р. Волхова и его бассейна», Л., 1926, вып. 6; К а л и н о в и я В., Гидрометрия, работы на реках Ильменского бассейна в 1923—25 гг., там ше, Л., 1927, вып. 13; И о г а н с о н Е., Зимний режим р. Волхова и его бассейна и оз. Ильмень, там же, 1927, вып. 14; Глушков В., Условия, каким должно удовлетворять расположение гидрометрия, поста, «Гидрометрическая часть в Туркестанском крае», СПБ, 1912, вып. 9; Копылов Н., Основная гидрология. сеть, «Труды 2-го гидрология, съезда», я. 2, Л., 1929; Лукашин М., Государственная опорная гидрология. сеть, «Труды 1-го гидрологического съезда», Л., 1925; Ляхницкий В., Общие основания улучшения судоходных условий устоев рек, подверженных действию морских приливов, и необходимых при этом исследований, «Труды отдела торговых портов»., П., 1918, вып. 11; Временная водомерная инструкция, Л., 1931 (дан список литературы); Временная инструкция по устройству гидрометрических станций, постов и ведению работы на них, «Труды Среднеазиатского О. И. И. В. X.», Ташкент, 1929, вып. 6; Жуковский Н., Инженерна-гидрологиче-окаЦ станция, Сборник Гидрометрического ин-та НКПС, М., 1930, 2; «Отчеты гидрометрической части», Отчет за. 1910 г., 2 тома, СПБ, 1911; там же, Отчет за 1911 г.,
2 тома, СПБ, 1912; там же, Отчет за 1912 г., 7 томов, СПБ, 1913; там же, Отчет за 1913 г., 6 томов, П., 1915; Отчеты за 1910—12 гг., Отчеты гидрометрической части, издание отдела земледельных улучшений гос. Управления земледелия и землеустройства при Водном управлении а, Тифлис, 1913, ч. 1—3; там же, Отчеты за 1913 г., Тифлис, 1915, ч. 1—3; Инструкция для производства работ на постоянных гидрометрических станциях, СПБ, 1914; Canaan Н., Wassermessungen bei Grosskraft <в книге Wasserkraft-Jahrbuch), 1930, 5 Jg., Mch., 1931; Handb. Ing., Teil 3, Der Wasserbau, В. 1, Die Gewasser-kunde, 5 Aufl., 1923. С. Каплинский.