Методы и средства гидрометеорологических измерений

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2021

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА

Д. Е. Клименко

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ
ИЗМЕРЕНИЙ

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
в качестве учебно-методического пособия для студентов вуза,
обучающихся по направлению подготовки
05.03.04 «Гидрометеорология»

УДК 551.579(07)
ББК 26.23я7
        К49

В учебно-методическом пособии приводятся рекомендации по выполнению основных этапов работ во время прохождения студентами 2-го года
обучения полевой учебной гидрометрической практики. Рассматриваются
топографические, гидрологические работы на участке учебного гидрологического поста. Пособие полезно как в учебном процессе, так и в практической
деятельности при организации и проведении полевых гидрологических работ.
Книга рассчитана на студентов гидрометеорологической специальности, может быть полезна начинающим специалистам-гидрологам.

Клименко, Д. Е.
Методы и средства гидрометеорологических измерений :
учебно-методическое пособие / Д. Е. Клименко ; Министерство
науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет. – Екатеринбург : Изд-во Урал.
ун-та, 2021. – 75 с. : ил. – Библиогр.: 73 с. – 30 экз. – ISBN 9785-7996-3259-5. – Текст : непосредственный.
ISBN 978-5-7996-3259-5

К49

ISBN 978-5-7996-3259-5

Р е ц е н з е н т ы:
кафедра геоэкологии
Уральского государственного горного университета
(заведующий кафедрой доктор геолого-минералогических наук,
профессор А. И. Семячков);
А. П. Носаль, доктор географических наук,
заведующий отделом гидролого-экологических исследований
(Российский НИИ комплексного использования и охраны водных ресурсов)

УДК 551.579(07)
ББК 26.23я7

© Уральский федеральный университет, 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ............................................................................................................ 4

Введение ................................................................................................................... 5

1. РЕКОГНОСЦИРОВОЧНОЕ  ОБСЛЕДОВАНИЕ  УЧАСТКА ....................... 6

2. НИВЕЛИРНЫЕ  РАБОТЫ ................................................................................ 12
2.1. Высотная привязка реперов станции к государственной сети ......... 12
2.2. Нивелирование водомерных постов ...................................................... 18
2.3. Нивелирование мгновенного уклона водной поверхности
и уклона водной поверхности при УВВ ............................................... 26
2.4. Нивелирование поперечного профиля речной долины ................... 27

3. НАБЛЮДЕНИЯ  НА  ВОДОМЕРНОМ  ПОСТУ ......................................... 31

4. ПОЛЕВЫЕ  ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ  РАБОТЫ ........................................... 35
4.1. Промерные работы (русловая съемка) ................................................ 35
4.2. Разбивка гидрометрического створа.
Уточнение положения гидростовра ....................................................... 37
4.3. Промеры глубин на гидрометрическом створе .................................. 41
4.4. Назначение скоростных вертикалей.
Оборудование веерного гидроствора ................................................... 43
4.5. Измерение расходов воды ........................................................................ 45

5. КАМЕРАЛЬНЫЕ  ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ  РАБОТЫ ............................... 54
5.1. Вычисление графоаналитическим способом расхода воды,
измеренного поверхностными поплавками ........................................ 54
5.2. Вычисление расходов воды,
измеренных гидрометрической вертушкой ........................................ 57

6. СОДЕРЖАНИЕ  УЧАСТКА  ПОСТА.  РАЗНЫЕ  РАБОТЫ ....................... 71

Библиографические ссылки................................................................................ 73

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель настоящего учебно-методического пособия – оказать
помощь студентам и преподавателю при организации или прохождении полевой учебной гидрометрической практики. В пособии
описываются все основные этапы полевых работ, выполняемых
на учебном гидрологическом посту в ходе практики. Даются краткие указания по содержанию работ и последовательности их проведения, рассматриваются используемые при этом приборы и оборудование, нормы времени на выполнение отдельных видов работ,
а также подробные методические указания по их выполнению.

ВВЕДЕНИЕ

В ходе выполнения практических работ, предусмотренных
программой полевой практики, учебная группа разбивается на бригады, состоящие из двух человек, за исключением случаев, в которых, согласно требованиям техники безопасности, число исполнителей должно быть больше двух (количество исполнителей оговорено в разделах пособия).
Распределение студентов на отдельные участки (виды) работ
выполняет руководитель исходя из требований техники безопасности, погодных условий, личных качеств студентов, текущих хозяйственно-организационных мероприятий на территории места
проведения практики. Контроль сроков выполнения работ, хода их
выполнения, качества работы осуществляет руководитель гидрометрической практики.
После окончания каждого вида работ, обработки материалов
и их проверки полевой материал предоставляется на проверку руководителю практики.
В учебном пoсобии рассматриваются лишь основные виды
работ. Требования по технике безопасности, внутреннему распорядку и т. д. регламентируются инструкцией по технике безопасности, правилами внутреннего распорядка, действующими нормативными и законодательными документами Российской Федерации, а также приказами и распоряжениями непосредственного
руководителя учебной практики.

1.  РЕКОГНОСЦИРОВОЧНОЕ  ОБСЛЕДОВАНИЕ
УЧАСТКА

Содержание работы: ознакомление с картографическими
материалами и материалами по гидрографии реки, размещением
действующих постов и знаков геодезической сети; общий осмотр
участка реки (долина, пойма, берега, русло); определение основных гидрологических характеристик реки (выявление мест забора,
сброса вод, выхода грунтовых вод); опрос местных жителей о характеристиках режима реки (максимальные и минимальные уровни,
характер ледохода, половодья и т. д.); фотографирование характерных участков.

Исполнители: отряд, состоящий не менее чем из 4 чел.

Используемые инструменты и оборудование: эклиметр, горный компас, рулетка, фотоаппарат.

Нормы времени на выполнение работ:

Норма врем., чел.-ч
30,4

Методические указания по выполнению работ. Гидрографическое рекогносцирование выполняется в соответствии с указаниями Наставления по рекогносцировочным гидрографическим исследованиям рек [1].
Место для проведения гидрологических наблюдений должно
удовлетворять трем условиям:
1) режим реки должен быть характерным для достаточно большого участка (района), что позволит использовать результаты наблюдений для гидрологических прогнозов, расчетов и информации;
2) место (участок) должно быть удобно для проведения наблюдений, чтобы обеспечить наибольшую их точность в данных
условиях;

3) вблизи от участка должны быть средства связи (телефон,
телеграф, радио), что важно для информационных (оперативных)
постов.
Выбирая место наблюдений, следует оценить природные условия с точки зрения их соответствия наиболее удобному производству
наблюдений, а также определить необходимость и возможность
осуществления разного рода искусственных мероприятий для повышения удобства наблюдений (расчистка русла и поймы, устройство переправы, гидрометрических сооружений и др.)
Участок реки, предназначенный для организации стационарных гидрологических наблюдений за стоком воды, должен быть
прямолинейным по крайней мере на протяжении трехкратной ширины между бровками меженного русла реки, с однообразными
по длине участка шириной, глубиной и продольным уклоном водной поверхности и по возможности с правильной формой профиля
поперечного сечения. На равнинных реках, характеризующихся
чередованием плесов и перекатов, предпочтение отдается плесовым участкам, что обусловливает удобство и точность наблюдений
в паводочный период.
На участке, а также непосредственно ниже его, не должны
впадать крупные притоки, находиться неустойчивые перекаты
и острова, которые могут вызывать косоструйность течения, поперечные уклоны, заторы и зажоры льда и другие явления, нарушающие правильность и однообразие течения.
Берега и русло должны быть устойчивыми, а также не подверженными значительному зарастанию растительностью. Пойма, если
ее нельзя избежать, должна быть наименьшей ширины, по возможности ровная, без проток, стариц, возвышенностей и свободная
от древесной и кустарниковой растительности. Коренные берега
должны быть параллельными между собою хотя бы на протяжении половины ширины разлива при высоком стоянии уровня воды.
Выбору участка должно предшествовать предварительное
всестороннее ознакомление с районом по имеющимся литературным, архивным материалам и другим источникам и рекогносцировочное обследование реки.

В результате предварительного ознакомления с материалами
по району выбираемого участка для производства гидрологических наблюдений необходимо выяснить:
– основные черты гидрологического режима реки;
– гидрографические и морфометрические характеристики
участка;
– наличие поблизости постов разной ведомственной принадлежности;
– наличие знаков геодезической сети;
– наличие крупномасштабных карт, профилей реки;
– современное состояние путей сообщения и средств связи;
– наличие и перспективы развития населенных пунктов;
– наличие энергопитания.
На основании собранных сведений и имеющихся картографических материалов по карте предварительно намечается один или
несколько участков реки, после чего производится рекогносцировка на месте и выбор (из числа предварительно намеченных) участка, наиболее пригодного для оборудования гидрологического поста.
Рекогносцировка осуществляется не только в пределах предварительно намеченных участков для открытия поста, а на значительно большем протяжении вверх и вниз (до ближайших поворотов реки, устьев притоков, перекатов, порогов, разветвлений
на рукава).
При отсутствии крупномасштабных карт выполняется глазомерная съемка, позволяющая получить схематический план обследуемого участка с показанием очертаний меженного русла, коренных
берегов, основных элементов рельефа поймы и характера растительности на ней. Особое внимание обращается на условия движения потока в половодье или паводок, для чего определяются положения урезов воды при наивысшем уровне, отмечаются места отчленения от основного русла пойменных понижений и проток и места
их сочленения с основным руслом, устанавливается степень связи
их с руслом (при каких уровнях пойменные понижения начинают
пропускать воду), отмечается наличие береговых валов и разрывов
в них как мест возможного оттока воды из основного русла в пойму или наоборот.

На выкопировке с карты или плане глазомерной съемки показываются выбранный участок в виде контура, урезы при наивысшем уровне, контуры меженного русла и коренных берегов, основные элементы рельефа поймы и ситуации (рис. 1).

Рис. 1. План участка реки в районе намечаемого поста
(выкопировка с планшета)

В результате обследования составляется гидрографическое
описание участка по следующему плану.

Общие сведения о реке

1.1. Название реки. Шифр реки. Административное положение. Координаты истока и устья. Длина реки. Площадь водосбора.
Список основных притоков. Время обследования. Гидрографическая схема.
1.2. Описание реки, ее характера и режима (их особенностей
и изменений по длине потока), качества воды, использования (хозяйственного значения).
1.3. Сведения об изученности реки: исследования и изыскания
(когда, какой организацией производились, их характер и состав,
где находятся материалы).

1.4. Литературные и архивные источники (перечень основных
литерных и архивных материалов по реке).
П р и м е ч а н и е.  Приводится продольный профиль реки.

Описание участка поста

2.1. Местность, прилегающая к речной долине. Рельеф, растительность, грунты, дорожная сеть и условия проходимости.
2.2. Долина. Тип долины. Ширина долины, места характерных
сужений и расширений. Склоны: их высота, внешний вид, крутизна,
рассеченность, растительность, грунты. Террасы: их количество,
высота залегания над рекой, высота и крутизна уступа, уклон (продольный и поперечный), ширина, изрезанность, растительность
и грунты. Оползни, осыпи и выходы грунтовых вод. Дороги, проходящие по склонам и дну долины.
Приводятся поперечные профили долины.
2.3. Пойма. Положение поймы в плане и по высоте. Ширина
поймы (наибольшая, наименьшая и преобладающая). Характер
поверхности (рельеф, пересеченность). Растительность и грунты.
Затопление поймы: сроки, глубина, продолжительность. Проходимость поймы по сезонам.
2.4. Русло. Извилистость и разветвленность русла; острова, протоки, рукава, старицы, заливы. Русловые образования (плесы и перекаты, пороги, пороги-водопады, осередки, отмели, косы). Уклоны
водной поверхности. Подпор естественный и искусственный. Ширина, глубина и скорость течения на плесах и перекатах, а также
в отдельных пунктах и для всего участка (преобладающая, наибольшая и наименьшая). Пересыхание реки (полное или частичное). Неустойчивость русла. Зарастаемость и засоренность русла.
Дно (характер и грунты). Берега реки (высота, крутизна, растительность, грунты, разрушаемость; их обвалование).
2.5. Мосты и переправы. Местоположение. Тип, материал и конструкция. Размеры (длина, ширина). Грузоподъемность. Подъезды.
2.6. Броды. Местоположение и вид брода. Размеры.
2.7. Использование реки. Судоходство: судоходные участки, вид
судоходства (пассажирское, товарное), его интенсивность, типы