Замер времени по берегам реки

Элементы водного режима и методы наблюдений за ними

Под влиянием ряда причин, о которых будет сказано ниже, изменяются расходы воды в реках, положение уровенной поверхности ее уклоны и скорости течения. Совокупное изменение расходов воды, уровней, уклонов и скоростей течения во времени называется водным режимом, а изменение величин расходов, уровней, уклонов и скоростей в отдельности — элементами водного режима.

Расходом воды (Q) называется то количество воды, которое протекает через данное живое сечение реки в единицу времени. Величина расхода выражается в м 3 /с. Уровень воды (H) — высота поверхности воды (в сантиметрах), отсчитываемая от некоторой постоянной плоскости сравнения.

Наблюдения за колебанием уровня проводятся на водомерных постах (рис. 73) и заключаются в измерении высоты водной поверхности над некоторой постоянной плоскостью, принимаемой за начальную, или нулевую. За такую плоскость обычно принимают плоскость, проходящую через отметку несколько ниже наинизшего уровня воды. Абсолютную или относительную отметку этой плоскости называют нулем графика, в превышениях над которым и даются все уровни.

Измерения производятся при помощи водомерной рейки с точностью до 1 см. Рейки бывают двух типов — постоянные и переносные. Постоянные рейки прикрепляются к устоям мостов или к свае, забитой в дно русла у берега. При пологих берегах и больших амплитудах колебаний уровней наблюдения за ними проводятся при помощи переносной рейки. Для этого в русло реки и на пойме забивается ряд расположенных в створе свай.

Отметки головок свай связываются нивелировкой с репером водомерного поста, установленным на берегу, абсолютная или относительная отметка которого известна. Переносной рейкой, устанавливаемой на головке сваи, измеряют уровень воды. Зная отметку головки каждой сваи, можно выразить все измеренные уровни в превышениях над нулевой поверхностью, или нулем графика. Наблюдения на водомерных постах обычно проводятся 2 раза в сутки — в 8 и 20 часов. В период, когда уровни быстро меняются, в течение суток проводятся дополнительные наблюдения через 1, 2, 3 или 6 часов. Для непрерывной регистрации уровней в течение суток применяются самописцы уровней, описание которых можно найти в учебнике гидрометрии (В. Д. Быков и А. В. Васильев). Там же можно ознакомиться с автоматическим режимным регистрирующим (уровень и температуру воды) гидрологическим постом. Переход к автоматизированной системе наблюдений ускоряет получение гидрологической информации и повышает эффективность ее использования.

По данным всех измерений вычисляются средние уровни за каждый день и составляются таблицы ежедневных средних уровней за год. В этих таблицах помещаются, кроме того, средние уровни за каждый месяц и за год и выбираются наивысшие и наинизшие уровни за каждый месяц и год.

Средние, наибольшие и наименьшие уровни называются характерными уровнями. Данные наблюдений за уровнями публикуются в СССР в специальных изданиях — гидрологических ежегодниках. В дореволюционный период эти данные публиковались в «Сведениях об уровнях воды на внутренних водных путях России по наблюдениям на водомерных постах».

По данным ежедневных наблюдений за уровнями строятся графики их колебаний, дающие наглядное представление об уровенном режиме за данный год.

Методы измерения скоростей течения рек

Скорости течения рек обычно измеряются либо поплавками, либо гидрометрическими вертушками. В отдельных случаях величина средней скорости для всего живого сечения вычисляется по формуле Шези. Простейшие и наиболее часто употребляемые поплавки изготовляются из дерева. Поплавки сбрасываются в воду на малых реках с берега, на больших — с лодки. По секундомеру определяется время t прохождения поплавка между двумя соседними створами, расстояние l между которыми известно. Поверхностная скорость течения приравнивается скорости движения поплавка

При измерении скоростей вертушка на штанге или тросе опускается в воду на различные глубины так, чтобы ее лопасти были направлены против течения. Лопасти начинают вращаться, и тем быстрее, чем больше скорость течения. Через определенное число оборотов оси вертушки (обычно через 20) при помощи специального приспособления подается световой или звуковой сигнал. По промежутку времени между двумя сигналами определяется число оборотов в секунду.

Вертушки тарируются в специальных лабораториях или на заводах, где они изготовляются, т. е. устанавливается зависимость между числом оборотов лопасти вертушки в секунду (n об/с) и скоростью течения (v м/с). По этой зависимости, зная п, можно определить v. Измерения вертушкой производятся на нескольких вертикалях, в нескольких точках на каждой из них.

Методы определения расходов воды

Расход воды в данном живом сечении может быть определен по формуле

По приведенной формуле расход вычисляется лишь в том случае, если скорость определена по формуле Шези. При измерении скоростей поплавками или вертушкой на отдельных вертикалях определение расхода производится иначе. Пусть в результате измерений известны средние скорости для каждой вертикали. Тогда схема вычисления расхода воды сводится к следующему. Расход воды можно представить в виде объема водяного тела — модели расхода (рис. 76 а), ограниченного плоскостью живого сечения, горизонтальной поверхностью воды и криволинейной поверхностью v = f(H,В), показывающей изменение скорости по глубине и ширине потока. Этот объем, а следовательно, и расход выражается формулой

Так как математически закон изменения v = f(H,В) неизвестен, расход вычисляется приближенно.

Модель расхода можно разделить вертикальными плоскостями, перпендикулярными площади живого сечения, на элементарные объемы (рис. 76 б). Общий расход вычисляется как сумма частичных расходов AQ, каждый из которых проходит через часть площади живого сечения wi, заключенную между двумя скоростными вертикалями или между урезом и ближайшей к нему вертикалью.

Таким образом, общий расход Q равен

Средняя скорость для всего живого сечения при известном расходе воды Q вычисляется по формуле v =Q/w .

Для измерения расходов воды применяются и другие методы, например на горных реках используется метод ионного паводка.

Подробные сведения по определению и вычислению расходов воды излагаются в курсе гидрометрии. Между расходами воды и уровнями существует определенная зависимость Q — f(H), известная в гидрологии как кривая расходов воды. Подобная эмпирическая кривая представлена на рис. 77 а.

Читайте также:  Где находится река лихоборка

Она проведена по измеренным расходам воды в реке в период, свободный ото льда. Точки, соответствующие зимним расходам воды, ложатся влево от летней кривой, так как расходы, измеренные при ледоставе Qзим (при одной высоте стояния уровня), меньше летних QЛ. Уменьшение расходов есть следствие увеличения шероховатости русла при ледовых образованиях и уменьшения площади живого сечения. Соотношение между Qзим и Qл, выражаемое переходным коэффициентом

Кривая расходов позволяет определять ежедневные расходы воды реки по извест-ным уровням, наблюдаемым на водомерных постах. Для периода, свободного ото льда, пользование кривой Q = f(H) не вызывает затруднений. Ежедневные расходы при ледоставе или других ледовых образованиях можно определить с помощью той же кривой Q = f(H) и хронологического графика Kзим = f/(T), с которого снимаются значения Кзим на нужную дату:

Существуют и другие способы определения зимних расходов, например по «зимней» кривой расходов, если ее удается построить.

Однозначность кривой расходов воды в ряде случаев нарушается и в период, свободный ото льда. Наиболее часто это наблюдается при неустойчивом русле (намыв, размыв), а также при возникновении переменного подпора, вызванного несовпадением хода уровней данной реки и ее притока, работой гидротехнических сооружений, зарастанием русла водной растительностью и другими явлениями. В каждом из этих случаев выбираются те или иные способы определения ежедневных расходов воды, излагаемые в курсе гидрометрии.

По данным ежедневных расходов воды можно вычислить средние расходы за декаду, месяц, год. Средние, наибольшие и наименьшие расходы за данный год или за ряд лет называются характерными расходами. По данным ежедневных расходов строится календарный (хронологический) график колебаний расходов воды, называемый гидрографом (рис.78).

Источник

Замер времени по берегам реки

§ 10. Ориентирование и выбор курса.

Ориентированием, или ориентировкой, в речном судовождении называют глазомерное определение местонахождения судна относительно берегов, береговых знаков обстановки и предметов, а также относительно плавучих знаков судоходной обстановки, находящихся на своих штатных местах.

Определяя место судна, судоводитель одновременно выбирает курс, которым судно должно идти. Кроме ориентирования, определения курса, он все время проверяет правильность движения судна.

Чем уже фарватер, чем больше перекатов и изгибов имеет река, чем сильнее и неправильнее течение, тем сложнее судоводителю ориентироваться, выбирать и проверять курс судна.


Рис. 26. Схема использования береговых знаков судоходной обстановки:

1 — перевальный знак; 2— створный знак; 3—-судно на правильном курсе; 4 — судно сошло с правильного курса; 5 — судно на траверзе перевального знака; б —каменистый перекат; 7 —судно на линии створа; 8 — ходовой знак

Граница фарватера и направление движения судна могут быть определены по судоходным плавучим и береговым знакам (рис. 26), но эти искусственные ориентиры на больших расстояниях на судоходных реках обычно отсутствуют.

При плохой видимости судоходные знаки трудно различимы с судна, а ночью на них могут не гореть сигнальные огни. Кроме того, плавучие судоходные знаки — бакены, буи, вехи — иногда сносятся со своих штатных мест проходящими мимо судами и плотами, а также течением, особенно во время прибыли воды и шторма.

Поэтому плавание в речных условиях осуществляется не только по судоходным знакам, но и при помощи ориентирования по различным приметам на берегу, в русле, на поверхности воды.

Ориентирование, основанное на твердом знании речной общей и специальной лоции, позволяет безопасно вести судно. Если на реке отсутствует судоходная обстановка, такое ориентирование и выбор курса являются единственными при управлении судном.

Ориентирование и выбор курса — раздел общей речной лоции, рассматривающей ряд факторов (берега, поверхность воды, волнообразование и т. д. ).

Сопоставляя и сверяя эти факторы по различным приметам, можно судить о глубине, подводных препятствиях, неправильностях течения, местонахождении судна, а затем выбрать безопасный и наикратчайший фарватер для следования судна, задать ему курс и проверить правильность движения судна.

На больших озерах, водохранилищах ориентирование осуществляется по навигационным приборам и картам.

2. Определение фарватера по берегам.

Берега реки и их контуры — основа ориентирования при выборе курса. Для судов с осадкой, близкой к гарантированной глубине, фарватер в русле реки в зависимости от очертаний русла в плане проходит, как правило, по стрежню, т. е. в плесе вдоль вогнутого берега и по корыту на перекатах.

На прямых участках стрежень обычно проходит по середине русла, переваливая в изгибах русла от одного берега к другому.

Разнообразные подводные препятствия и неправильности течения могут изменять это закономерное расположение фарватера по стрежню.

Определение фарватера в выборе курса осуществляется визуально: на глаз определяется расстояние между судном и искусственным или естественным ориентирами, расстояние от берега до судна прямо по курсу или за кормой судна и т. д.

По плечам яров определяется начало или конец прямого участка выпуклости или вогнутости берега, место прижимного течения и линия стрежня, направление фарватера и переход у плеч яра к вогнутому берегу, где глубина устойчивая.

Рынок гор — хороший ориентир — указывает, что река меняет направление, а также место поворота судна и фарватера особенно ночью, так как рынок гор хорошо выделяется на фоне местности.

Устья рек, речек, оврагов, ручьев ориентируют судоводителя в нахождении высыпки.

В ясные лунные ночи, ввиду того что вода имеет блестящую поверхность цвета песков, создается видимость, что берег и вода сливаются, а тени, падающие от берегов на воду, уменьшают ширину реки.

Наиболее благоприятны условия ориентирования бывают в лунную, с четкой облачностью погоду или в ясную звездную безлунную ночь.

Хорошими ориентирами, выделяющимися на фоне местности, являются отдельные деревья или группы их, места оползней на берегах, постройки населенных пунктов, гидротехнические сооружения и т. д. Используются эти ориентиры по-разному. По одним устанавливают место нахождения подводного препятствия в русле, по другим — точку поворота судна.

Зачастую створят два ориентира или два приметных места на берегу. Линию створа мысленно пересекают с направлением на предмет на судне и соответственно изменяя угол между этими линиями, определяют новый курс судна.

Читайте также:  Snowrunner река урса улучшения

Ориентиры и приметные места — прицельные знаки, на которые рулевой ведет судно, определяя уклонение носа судна от заданного курса.

На длинных прямых участках фарватера судно ведут по двум отдельно расположенным ориентирам, образующим искусственный створ. При этом рулевой ведет судно, нацеливаясь флагштоком своего судна сразу на два предмета, что значительно точнее прицеливания на один предмет.

При отсутствии ориентиров впереди по ходу судна можно вести судно по ориентирам за кормой. Нужно выбрать за кормой два ориентира, обязательно створящихся между собой.

Этот способ особенно важен для судоводителя-любителя и часто применяется на практике. Высота любительского судна невелика, поэтому и дальность видимого горизонта небольшая.

Уже говорилось, что плавучие знаки обстановки поздно открываются взору судоводителя-любителя, а подчас и вовсе теряется их видимость впереди по курсу.

Ориентиры, находящиеся за кормой, используются и в том случае, если судно ведут против солнца, когда цвета бакенов и буев плохо различимы, при плохой видимости ночью.

Вести свое судно по ориентирам за кормой следует до тех пор, пока не откроется видимость на судоходные знаки и береговые ориентиры впереди. Иногда приходится прибегать к комбинированному ориентированию (одновременно впереди и за кормой).

По ориентирам за кормой можно также проверить правильность хода, если судоводитель сомневается в точности расстановки судоходной обстановки по своим штатным местам.

Нельзя забывать, что более заметные надводные части различных препятствий, как правило, отвлекают внимание от подводных опасностей.

3. Колебания уровня воды. Определение направления и скорости течения.

Уровень воды в реке не всегда одинаков. Во время прибыли (подъема) воды горизонт ее в середине русла несколько повышается, а во время убыли понижается в середине и повышается у берегов. Это объясняется тем, что дно русла около берегов создает сопротивление движению воды (рис. 27).


Рис. 27. Схема живого течения при убыли и при резкой прибыли воды

При резкой убыли воды все плавающие на реке предметы (бревна, мусор и т. д. ) втягиваются в среднюю ее часть, на прямом участке русла и ближе к вогнутому берегу на изгибе его.

Особенно хорошо это видно весной, когда разлившаяся река входит в русло и отдельные льдины и другие плавающие предметы движутся по воде, строго очерчивая лентообразный контур стрежня.

Во время подъема воды различные плавающие предметы движутся у берегов, соскальзывая с водной выпуклости, образо вавшейся в середине потока.

Заплесок подрезается течением, от чего он делается обрывистым, вода имеет мутновато-желтый или темный цвет. При убыли воды заплесок увеличивается и становится пологим.

Направление стрежня особенно ярко выражено там, где течение сильное, а его поверхность, волнистая от ветра, представляет собою светлую, ясно очерченную лентообразную полосу, местами прерывающуюся.

Направления и скорости течений могут быть определены судоводителем по контурам берегов исходя из того, что стрежень проходит близко к вогнутым берегам. Если берег обрезной, то течение в непосредственной близости от него особенно быстрое. Скорость течения тем больше, чем меньше ширина русла и чем больше его уклон.

Направление и скорость течения можно определить по различным видимым с судна береговым предметам: кустам, сваям, камням и т. д. При большой скорости течения вода поднимается выше этих предметов, образуя подпор.

Затопленные кусты под напором течения ритмично раскачиваются, вибрируют, а от жестких предметов — столбов, свай, мостовых опор — отходят в стороны волны. Чем больше скорость течения, тем острее угол волнообразования и выше волна. При небольшом течении виден слабый след ниже предмета.

Направление и примерную скорость течения определяют по плывущим по поверхности воды предметам, в том числе и специально для этого брошенным в воду, и по расположению угла плотиков, на которых установлены бакены. Чем сильнее течение, тем больше наклоняются буи и вехи.

4. Определение рельефа дна по поверхности воды.

По виду поверхности воды, как и по другим приметам, можно лишь приблизительно судить о глубинах и местонахождении подводных препятствий в русле. Только промерами и тралением можно установить глубину и характер дна, обычно отражаемых на навигационных и лоцманских картах.

Над мелкими местами — подводными осередками и косами— в тихую погоду поверхность воды бывает ровная и светловатая или имеет желтоватый оттенок, а над глубокими местами стрежня поверхность воды незначительно рябит и имеет темный цвет.

Рябь на поверхности воды над седловиной переката уменьшается сверху по течению вниз до гребня, а ниже подвалья рябь снова резко увеличивается.

Ночью для мелких мест характерен светлый оттенок, а для глубоких — темный. Чем больше разница в глубинах, тем резче отличаются отдельные места в русле по цвету и волнистости поверхности воды.

Над затонувшими подводными препятствиями и одинцами вода майданит, т. е. образуется майдан, и тем сильнее, чем меньше слой воды над препятствием, и, наоборот, если воды над подводным препятствием много, то майдан превращается в рябь, причем надо учитывать снос майдана или ряби течением и ветром.

Характер волнообразования на мелких и глубоких местах неодинаков. Волны при переходе с глубокого на мелкое место меняют свою форму: поднимаются, становятся круче и преломляются.

Особенно ясно это видно, если отмель обрезная, например над подвальем переката, где это может быть выражено характерным «рубцом» на поверхности воды. На мелких местах волна от ветра появляется раньше.

Различна картина ветрового волнообразования на поверхности воды при противоположных направлениях ветра.

При устойчивом ветре, совпадающем с направлением течения воды в реке, в местах, где течение невелико, на водной поверхности будет большее волнение, чем на стрежне, где волны будут еле заметны или отсутствовать совсем. Происходит это потому, что скорость ветра относительно воды над стрежнем меньше, чем в местах, где течение слабое.

И наоборот, при установившемся ветре, направленном против течения, на стрежне образуется большее волнообразование с крутыми волнами — толчея, а в местах со слабым течением у выпуклых берегов, в тиховодах будут незначительные волны.

Читайте также:  Какая рыба есть на реке угре

На огрудках ветровая волна, идущая снизу, не только меняет свою форму, но и резко ломается, образуя волны с барашками, а пройдя огрудок, волна снова становится прежней.

5. Промер глубин и определение характера грунта дна.

Измерение глубины наиболее конкретно показывает положение судна в русле, а систематический промер глубины и определение характера грунта своевременно могут предупредить отклонение судна от курса и фарватера.

Глубину измеряют метрштоком (наметкой), т. е. шестом с метровыми отметками. Нижние деления шеста разби ваются контрастной окраской на более мелкие, через каждые 20 или 10 см.

Характер грунта определяется его прощупыванием метр-штоком. Плотно осевший песок, как правило, располагается в местах со слабым течением, в частности, у выпуклых берегов или под косой. Ил находится в местах, где течение слабое или вовсе отсутствует.

Это значит, что судно находится далеко от стрежня. Жидкий песок характерен для мест с большими скоростями течения и свидетельствует о перемещении донных наносов. Это значит, что судно находится на стрежне или близко от него.

Твердое дно, камни характерны для неразмываемых препятствий, поэтому если прощупываются камни, значит, судно может находиться на огрудках, гряде и нужно принять меры для предупреждения повреждения корпуса.

Иногда определение местоположения судна по характеру грунта в сильном тумане, когда невозможно применять другие способы ориентировки, может быть единственным способом, по которому можно установить, где находится судно: у выпуклого, вогнутого берега или на стрежне.

6. Определение глубины по растительности.

Различные водные растения на реках, озерах, водохранилищах и морях растут на определенной глубине. Это особенно ярко выражено, когда не изменен горизонт воды, отсутствуют ветер и волнение.

Растения пресноводных водоемов по этому признаку можно разбить на четыре группы:

Прибрежные растения (рис. 28, а), растущие на глубине до одного метра. Сюда относятся осока, стрелолист, рогаз (чакан) и др.


Рис. 28. Водоросли, характеризующие глубину

Камыши — камыш озерный, пли «куга», тростник, хвощ — растут на глубине до двух метров в озерах и водохранилищах с постоянным уровнем воды и на глубине до трех метров при колеблющемся горизонте воды (рис. 28, 6).

Водяные лилии — белые кувшинки (рис. 28, б), кубышки (рис. 28, г) — растут в водохранилищах и озерах на глубине до трех-четырех метров. Кубышка растет на более глубоких местах, чем белая кувшинка.

Сине-зеленые водоросли растут на глубине свыше четырех метров.

Судоводители крупного транспортного флота не пользуются способом определения глубин по растительности. Но для судоводителя маломерного судна, плавающего на мелководных реках и водоемах, где отсутствует судоходная обстановка, этот способ часто является основным и самым надежным для определения рельефа дна (не считая промера глубин).

На малых реках растительность располагается обычно так, что на поверхности воды по стрежню ее или мало, или совсем нет.

Над подвальями перекатов на поверхности воды растительности много в местах, где начинаются идущие от берега верхняя и нижняя косы перекатов, и ее совсем не видно на стрежне, так как она или отсутствует, или незначительное ее количество прижимается ко дну сильным течением.

В ночное время растительность полностью сливается с берегом и как бы является продолжением его. Только по стрежню может быть видна чистая полоса воды, указывающая на глубину.

§ 11. Проверка правильности курса.

Правильность курса проверяют по одному или сочетанию нескольких факторов.

1. По волнообразованию.

По придонной волне. Во время управления судном, движение которого лимитируется глубиной воды в реке, довольно точен способ проверки правильности хода по поперечной волне, идущей за кормой судна, — придонной волне.


Рис. 29. Проверка правильности курса: а — по придонной волне; б — по подниманию носовой части катера; в — по рысканию судна от мели

Рост волны с обеих сторон кормы свидетельствует об уменьшении глубины. Если волна растет с одной стороны кормы, это значит, что с этой стороны уменьшается глубина, отмель находится именно с этого борта (рис. 29, а).

По носовой волне. С уменьшением глубины носовая расходящаяся волна маломерного судна сливается с носовой поперечной волной, создавая одну одиночную волну.

По следу за кормой. След, остающийся за кормой судна в виде полосы, может показывать, как шло судно относительно стрежня и берегов.

2. По поведению судна.

По устойчивости судна на курсе. При подходе к мелким местам и проходе через перекаты, особенно через подвалье переката, судно отрыскивает от мелкого к глубокому месту. Вытесняемая судном вода сталкивает судно с мелкого места в сторону больших глубин.

По подниманию носовой части маломерного судна. Носовая часть маломерного судна поднимается при подходе к отмели (рис. 29, 6). Чем больше длина судна, тем менее заметно это явление.

3. По шуму.

По шуму придонной волны. С уменьшением глубины придонная волна не только увеличивается по высоте, но, вспениваясь, вызывает характерный шум.

Чем меньше глубина, тем сильнее шум придонной волны. Определение глубины по шуму придонной волны имеет особенно большое значение при плавании ночью. Усиление шума с одного из бортов у кормы показывает, что с этого борта глубина уменьшается.

С уменьшением глубины изменяется режим вращения винта и меняется шум, производимый двигателем и винтом. Изменение режима работы двигателя и движителя судоводитель легко воспринимает на слух после некоторой тренировки и опыта.

4. По характеру глубины и дна.

По измерению глубины. Уменьшение глубины фарватера обычно свидетельствует об отклонении судна от стрежня.

Измерение глубины особенно важно при плавании и маневрах у незнакомых берегов, ночью, для определения подвалья и корыта переката и т.д.

По характеру грунта дна (характер грунта определяется в соответствии с § 10 п. 5 выше по тексту).

Правильность хода судна нужно обязательно сверять с судоходной плавучей и береговой обстановкой (если она имеется в том месте, где движется судно) и естественными приметными ориентирами, которые вместе с перечисленными признаками успешно дополняют друг друга.

Источник

Поделиться с друзьями
Байкал24