Виды речных наносов, причины их образования. Наблюдение за колебаниями уровня воды. Графики колебаний уровня воды, измерений скоростей и направлений течений.

Речные наносы образуются в результате выветривания горных пород и почв, смыва продуктов выветривания атмосферными осадками в реку, а также в результате размывающего действия самого потока. Процесс разрушения горных пород и почв под воздействием ветра и стекания с водосборной площади атмосферных осадков называют склоновой эрозией. Процесс размыва потоком дня русла (глубинная эрозия) или берегов (боковая эрозия) называют русловой эрозией. При этом происходит перемещение наносов.

В руслах рек под воздействием движущегося водного потока наблюдается также процесс осаждения (отложения) наносов, называемый аккумуляцией наносов.

В верхнем течении рек, где уклоны поверхностей уровня и скорости течения большие, размыв русла появляется больше, чем в среднем и нижнем течениях. Наоборот, аккумуляция в верховьях наблюдается слабо, а в нижнем течении, и особенно в устьевой части рек, аккумуляция большая.

По характеру перемещения речные наносы делятся на два вида: взвешенные и влекомые по дну. Такое деление несколько условно, так как при изменении скорости потока и глубины взвешенные наносы могут оказаться влекомыми и, наоборот, влекомые окажутся в определенных условиях взвешенными.

Количество наносов, переносимых речным потоком через определенное поперечное сечение русла в единицу времени, называют расходом

Количество наносов, переносимых речным потоком через определенное поперечное сечение русла в единицу времени, называют расходом наносов . Он выражается в килограммах в секунду.

Суммарное количество наносов, выносимое рекой за определенный промежуток времени (сутки, месяц, год), называют твердым стоком . Он измеряется в тоннах. Твердый сток рек определяется в основном взвешенными наносами.

Расход наносов не постоянен. Он значительно больше в половодный и паводковый периоды и меньше в меженный. Часть наносов перераспределяется в русле реки, а часть выносится в море, озера и другие водоемы и водотоки, куда впадает река. Количество переносимых и выносимых наносов очень велико. Так, реки СССР ежегодно выносят свыше 470 млн.т наносов. Река Волга имеет твердый годовой сток наносов, равный 25,5 млн.т (гидроствор Дубовка), а Амударья (гидроствор Керки) – 217 млн.т.

Частицы речных наносов разнообразны по величине, а по форме они все округлые, почти шарообразные. Их характеризуют геометрической крупностью, под котрой понимают среднюю величину диаметра шара d, равновеликого действительному объему частицы .

По геометрической крупности наносы различают так: глинистые с диаметром частиц менее 0,001 мм; илистые – от 0,001 до 0,01 мм; пылевидные – от 0,01 до 0,1; песчаные – от 0,1 до 1; гравелистые – от 1,0 до 10; галечные – от 10 до100; валуны со средним диаметром частиц свыше 100 мм.

Наблюдение уровни воды в озерах и водохранилищах зависит от режима притока и стока воды. В водохранилище устанавливаются следующие характерные уровни:

Нормальный подпорный уровень (НПУ) – наивысший проектный уровень верхнего бьефа, поддерживаемый в нормальных условиях эксплуатации гидроузла (соответствующий полному объему водохранилища);

Форсированный подпорный уровень (ФПУ) – уровень выше НПУ, временно допускаемый (соответствующий объему форсировки);

Уровень навигационной сработки (УНС) – наинизший расчетный уровень, обеспечивающий минимальные судоходные глубины (при частичной сработке полезного объема), от него отсчитывают гарантированные глубины судоходных трасс на водохранилище, отметки порогов шлюзов и др.;

Уровень мертвого объема (УМО) – самый низкий уровень возможного опорожнения водохранилища.

Принятый режим уровней характеризует водный баланс водохранилища. Наполнения водохранилища (подъем уровня) идет за счет речного стока и осадков, опорожнение (снижение уровня) – за счет сработки полезного объема, испарения и фильтрации. При этом величина сработки уровня определяется разностью отметок НПУ – УНС. На больших водохранилищах она достигает 8м.

Положение уровней в водохранилище обусловливает характерный гидрологический режим и судоходные условия в отдельных частях водохранилища. Учитывая это, водохранилище по длине можно разделить на три зоны: озерную, озерно-речную и речную.

В озерах годовое колебание уровней является результатом притока воды с водосбора через впадающие реки, родники, стока воды в реки, вытекающие из озера, отдачи воды водопотребителям и на испарение. В бессточных озерах режим уровней в значительной степени зависит от грунтового питания. На некоторых озерах наблюдаются вековые колебания уровней, что связано с повышением или понижением озерного ложа.

На озерах и водохранилищах наблюдаются кратковременные сгонно-нагонные колебания, которые являются следствием действия на водную массу ветра и образования дрейфовых поверхностных и глубинных компенсационных течений. Под действием ветра поверхностны массы воды перемещаются с подветренной стороны в наветренную. При длительном действии ветра у наветренного берега вода накапливается и образуется перекос уровня с уклоном к подветренной стороне. В результате скопления массы воды и повышения уровня здесь увеличивается давление воды и под влиянием разницы давления начинается движение донных масс воды, компенсирующих поверхностные дрейфовые течения. Скорость компенсационных течений в начальный период меньше скорости дрейфовых ибо поток у дна встречает значительно большее сопротивление, чем поверхностные струи. По мере повышения уровня у наветренного берега увеличивается скорость , и, наконец, наступает равновесие, т.е. =

Взвешенные наносы – это мелкие по геометрической крупности фракции, содержащиеся в массе воды во взвешенном (плавающем) состоянии. Их количество, приходящееся на единицу объема смеси воды с наносами, называют мутностью.

Важной характеристикой взвешенных наносов является скорость падения частиц в спокойной воде, которая называется гидравлической крупностью. Гидравлическая крупность частиц зависит не только от их веса, а и от силы сопротивления потока, которая определяется режимом обтекания частицы при выпадении.

Взвешенное состояние наносов, их подъем в потоке и транспортирование объясняются турбулентным режимом движения речного потока.

Под действием влекущей силы потока твердая частица движется со скоростью и направлена в связи с турбулентностью потока под некоторым углом вверх.

Чем больше скорость потока, тем больше и скорость восходящих токов, а следовательно, тем больше по геометрической крупности частицы могут поддерживаться во взвешенном состоянии.

Способность речного потока переносить определенный расход взвешенных наносов называется его транспортирующей способностью. Если расход взвешенных наносов превышает транспортирующую способность потока, происходит аккумуляция наносов. Транспортирующая способность потока различна при изменении вязкости, а следовательно, и температура воды. Она увеличивается при низкой температуре, так как при этом повышается вязкость и уменьшается гидравлическая крупность частиц, повышается мутность.

Влекомыми наносами называют твердые частицы, которые не взвешиваются в потоке, но, отрываясь от ложа, перемещаются по дну к устью или в косом поперечном направлении.

Наибольшая средняя скорость потока, при которой происходит нарушение устойчивости частиц, формирующих русло, называется неразмывающей скоростью . Она возрастает при увеличении глубины в русле.

Наименьшая средняя скорость течения, при которой движение влекомых по дну наносов становится массовым, называется размывающей скоростью .

Для определения средней скорости в каком-либо живом сечении потока и расхода воды необходимо знать направление течений как поверхностных струй, так и глубинных. Направление поверхностных струй определяют с помощью поверхностных поплавков, а глубинных – струемерами, вертушками и глубинными поплавками. Поплавки применяют деревянные, стеклянные, пластмассовые, металлические. По конструкции они обычно цилиндрические и шаровые. Глубинный поплавок представляет собой два поплавка, соединенных гибкой связью. Для определения средней скорости и направления струй потока, взятых по всей глубине, применяют гидрометрические шесты. Их применение возможно на речных, водохранилищных участках с равным дном, чаще всего их применяют на каналах.

Определение направлений течения на данном участке реки производят следующим образом. Участок ограничивают створами и на берегу разбивают магистраль, на которой выбирают места стоянок геодезических угломерных инструментов (мензула, теодолит) для производства засечек. Выше верхнего створа с лодки пускают поплавок. При прохождении поплавком верхнего створа и далее через равные промежутки времени (обычно через 2 – 3 мин) по сигналу с командного пункта его местоположение засекают одновременно всеми инструментами, которым это доступно. После прохождения нижнего створа поплавок снимают с трассы. Через 1 мин после пуска первого пускается второй поплавок, затем третий и т.д. на разных расстояниях от берега (магистрали) через 5 – 20 м в зависимости от ширины реки. Цвет флажков на поплавках при каждом новом запуске меняют. Засечки поплавков таким образом производят через каждую минуту, и тех поплавков, которые находятся в зоне доступности.

При камеральной обработке на план водного участка наносят единовременно выполненные засечки и определяют местоположения поплавков. Линии, соединяющие зафиксированные в разное время положения поплавков, покажут траектории их движения, а следовательно, и направление струй течения.

Определение расхода воды. Цели и задачи водных изысканий. Плановое и высотное обоснование русловых съемок. Составление плана участка водного пути. Анализ русловых переформирований.

Определение расхода воды – одна из главных задач гидрометрии. Применяются следующие способы определения: гидрометрический, объемный, гидравлический, объемный, гидравлический и способ смешения.

Гидрометрический способ определения расхода воды является наиболее распространенным. Заключается он в измерении скоростей течения и определении путем промеров площади живого сечения. Этот способ может быть детальным и интеграционным. При детальном способе определения расхода скорости течения определяют в отдельных точках на вертикалях живого сечения русла, как это было рассмотрено выше. Сущность интеграционного способа состоит в измерении средней скорости вертушкой при непрерывном ее перемещении от поверхности до дна, по ширине реки или одновременно в горизонтальном направлении по гидрометрическому створу и по вертикали. В первом случае определяют на каждой вертикали непосредственно среднюю скорость по средней за время наблюдения частоте вращения. Во втором случае осуществляют интеграцию поверхностных скоростей по ширине реки. При этом вертушку опускают на глубину примерно 0,1 м и равномерно перемещают катером по гидрометрическому створу. В таком случае определяют среднюю поверхностную скорость всего живого сечения. Расход находится как произведение средней скорости и площади живого сечения с введением коэффициента, учитывающего перевод средней поверхностной скорости в среднюю скорость живого сечения. При третьем способе вертушка вместе с катером перемещается вдоль створа с одновременным ее перемещением от поверхности до дна и обратно. В данном случае определяют сразу среднюю скорость потока. Очевидно, что способы замерения расхода с помощью интеграции скорости значительно упрощают производство работ и расчетов и, главное, сокращают время на это производство, что очень важно при измерении расходов в период осеннего и весеннего ледоходов, в навигационный период на участках с очень интенсивным движением судов. Вместе с тем интеграционный способ менее точен и может дать лишь приближенные данные о расходе воды.

Объемный способ заключается в непосредственном собирании протекающей через поперечный створ воды в сосуд определенной емкости за время наблюдения. Для этих целей поток перекрывают запрудой в расчетном створе. Воду пропускают через трубу или лоток, установленные в запруде, и сливают в мерный сосуд. Определяют время наполнения сосуда t. Если вместимость сосуда принята W, то расход, /с

Q=W/t.

Объем мерного сосуда принимается приблизительно равным 40 Q.

Гидравлический способ основан на вычислении расхода по формуле w=Q/ , причем средняя скорость определяется по формуле Шези =С , а площадь сечения – непосредственным измерением по поперечному профилю.

Способ смешения основан на регистрации концентрации солей и красок, впускаемых в поток.

При проведении эксплуатационных водных изысканий на изыскательские русловые партии возлагаются нижеследующие работы.

1. Геодезические работы по созданию и содержанию в исправительном состоянии планово-высотной сети, которая является основной для последующих изысканий и исследований.

2. Русловые съемки небольших по протяженности участков, в основном перекатов, а также акваторий портов, пристаней, затонов и подходов к ним. Эти съемки необходимы для наблюдения за состоянием данного участка, проектирования и проведения эксплуатационных путевых работ (землечерпание, выправление, навигационное оборудование, травление, дноочищение, берегоочищение) и установления их эффективности. Съемки проводят в короткие сроки, повторяют несколько раз в навигацию, они заключаются в промерах глубин, съемке берегов и знаков навигационного оборудования, а также в водомерных наблюдениях и определениях направления и скоростей поверхностных течений поплавками.

3. Проектирование эксплуатационных землечерпательных прорезей, вынос проектов прорезей в натуру и их русловая съемка. Съемки прорезей включают продольные промеры и водомерные наблюдения. На основании их составляют так называемый укрупненный план землечерпательной прорези, по которому подсчитывают объем грунта, подлежащего удалению земснарядом при разработке данной прорези.

4. Съемки районов расположения намечаемых и существующих выправительных сооружений в укрупненном масштабе для их проектирования, строительства и ремонта, в состав которых входят подробные промеры глубин, подробная съемка береговой полосы, подводных участков выправительных сооружений.

5. Обследование состояния участка реки путем продольных промеров без инструментального определения планового положения промерных профилей с целью выявления состояния перекатов, контроля за размерами пути и действием навигационного оборудования.

6. Русловые исследования затруднительных перекатов (группы перекатов) с целью составления проекта коренного улучшения судоходных условий. Эти исследования включают подробные промеры глубин, детальную съемку береговой полосы, водомерные наблюдения, измерение расходов воды, определение направления и скоростей течения, наблюдения за движением наносов, определение уклонов свободной поверхности воды, а также изучение грунтов, слагающих русло, и грунтов на трассах возможного расположения капитальных землечерпательных прорезей и спрямления русла.

7. Русловые съемки участков водных путей на большом протяжении для составления оригиналов карт и схем судовых ходов. В состав работ входят сплошные промеры глубин, водомерные наблюдения, в том числе на передвижных водомерных постах, и съемка береговой полосы.

8. Специальные работы, связанные с организацией судоходства, как например, определение эксплуатационных скоростей течения, высот мостовых и воздушных переходов, наблюдение за трассами движения составов и т.п.

9. Русловые съемки для определения объемов землечерпательных работ при прокладке подводных переходов, строительстве причальных стенок и других сооружений на водных путях.

10. Анализ русловых переформирований на перекатах по планам русловых съемок, составление и регулярное заполнение паспортов перекатов. Участие в разработке проектов коренного улучшения судоходных условий, составлении годовых технических отчетов и альбомов планов русловых съемок за навигацию по техучастку или РГС.

Съемки, выполненные для эксплуатационных путевых работ, немедленно полностью обрабатывают. С полученных планов съемок снимают необходимое количество копий, которые передают прорабу путевых работ для использования.

Как отмечено, изыскательские русловые партии также выполняют изыскания и исследования на малых реках с целью их транспортного освоения. Партии располагают на брандвахтах и оснащают необходимыми плавучими средствами (моторные катера, моторные лодки, гребные лодки, понтоны), геодезическим, гидрометрическим и геологическим инструментом и оборудованием, хозяйственным инвентарем. На брандвахтах создают условия для проживания работников партии в течение навигации и для выполнения подготовительных и камеральных работ.

Штат изыскательской русловой партии состоит из инженерно-технических работников и рабочих, количество которых устанавливается с учетом оснащения партии, условий и методов работы. При проведении эксплуатационных изысканий штат партии может состоять из 10-15 чел. – начальника партии, старшего техника, инженера, 1-2 техников, чертежника, десятника, моториста, 3-8 рабочих (в зависимости от оснащения партии аппаратурой для промеров, метода и способа выполнения промерных работ) и повара.

В состав партий, выполняющих русловые изыскания и исследования по расширенной программе, включают инженера-гидролога, а работающих на сплошных съемках (для составления карт и схем внутренних водных путей) – инженера-геодезиста.

Плановое обоснование, или плановая опорная сеть представляет собой совокупность точек (пунктов), закрепленных на местности специальными знаками, связанных между собой геодезическими измерениями.

Плановая сеть является основой для производства всевозможных изыскательских и исследовательских работ, составления топографических, землеустроительных, почвенных и других планов и карт. Она ограничивает накопление неизбежных ошибок измерений, позволяет контролировать правильность исполнения работ и судить о их качестве, дает возможность одновременно выполнять работы на различных участках, исключает разрывы между отдельными съемками.

Согласно существующей в РФ классификации плановые геодезические сети подразделяются на государственные сети, сети местного значения и съемочные (рабочие).

При создании плановых геодезических сетей соблюдается принцип перехода от общего к частному, т.е. сети меньшей точности обычно опираются на сети большей точности.

А именно, съемочные сети прокладываются между пунктами сети местного значения, которые, в свою очередь, опираются на пункты государственной сети.

В РФ государственную плановую геодезическую сеть составляют государственная триангуляция и государственная полигонометрия, пункты которых равномерно покрывают территорию страны.

Триангуляция представляет собой сеть треугольников, а полигонометрия – многоугольники-полигоны.

Государственная триангуляция подразделяется на 4 класса, которые различаются длиной сторон треугольников и точностью геодезических измерений. Наибольшая длина сторон треугольников (20-25 км) и наивысшая точность измерения у триангуляции 1-го класса, а наименьшие длина сторон (2-5 км) и точность геодезических измерений – у триангуляции 4-го класса.

Государственная полигонометрия также подразделяется на 4 класса и прокладывается там, где создание триангуляции затруднено или не выгодно, например в городах.

Плановые геодезические сети местного значения представляют собой аналитические сети 1-го и 2-го разрядов и полигонометрические ходы тех же разрядов. Аналитические сети строят методом триангуляции с длиной сторон треугольников 0,3 – 5 км. Полигонометрические ходы прокладывают в виде разомкнутых, вытянутых ходов между пунктами старшего класса или замкнутых полигонов. Точность геодезических измерений при создании сетей местного значения несколько ниже, чем государственной сети. Соответственно точность геодезических измерений сети (хода) 2-го разряда ниже 1-го.

Съемочные (рабочие) плановые геодезические сети состоят из теодолитовых ходов или микротриангуляции со сторонами треугольников не менее 150 м, которые при необходимости дополняются проложением мензульных и тахометрических ходов, построением геометрических сетей и определением отдельных выходных точек.

Внедрение в практику геодезических работ радиосветодальномерной аппаратуры, сконструированной по принципу измерения расстояний по скорости распространения радиоволн или скорости света, дает большой эффект. При помощи этой аппаратуры могут измеряться расстояния от 100 до 40000 м с точностью 5 см, независимо от расстояния. Применение ее позволяет создавать линейную триангуляцию с измерением всех сторон треугольников, называемую трилатерацией, а также прокладывать полигонометрические ходы значительной протяженности практически в любых условиях местности.

Материалы водных эксплуатационных изысканий используют в основном только в ведомственных целях для производства путевых работ и обеспечения нормальной эксплуатации водных путей. Поэтому к плановому геодезическому обоснованию русловых съемок и исследований при эксплуатационных водных изысканиях предъявляют несколько пониженные технические требования, установленные технической инструкцией Главводпути Минречфлота.

Плановое обоснование эксплуатационных русловых съемок и исследований подразделяют на постоянное и временное. При его создании выполняют следующие геодезические работы: рекогносцировку местности, закрепление опорных пунктов, измерение длины базисов и сторон хода, измерение горизонтальных и вертикальных углов, камеральную обработку.

Высотное обоснование дает возможность получить план (карту), на котором будет показано только плановое расположение объектов съемки. Такие плановые материалы хотя и имеют большое практическое значение, однако во многих случаях недостаточны для решения задач проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений. Для этого необходим план, на котором изображен рельеф местности, а при решении воднотранспортных задач – в сочетании с рельефом дня водоема. Изобразить рельеф на плане возможно только при условии, если известны высоты точек местности.

Высотной основой топографических и гидрографических съемок является государственная нивелирная сеть постоянных реперов. В зависимости от точности определения отметок реперов государственная нивелирная сеть подразделяется на 4 класса.

Высокоточные нивелирные сети I и II классов являются главными, посредством которых устанавливается единая система высот по всей территории СССР. Нивелирные сети III и IV классов создаются с меньшей точностью внутри сетей высшего класса для непосредственного обоснования съемок и развития сети временных реперов.

Определение высот постоянных реперов государственной нивелирной сети всех классов производится геометрическим нивелированием с соблюдением требований, определенных специальной инструкцией для сети каждого класса. Передача высотных отметок на временные реперы, установленные для сгущения нивелирных сетей III и IV классов, осуществляется менее точным способом нивелирования – техническим и тригонометрическим.

В РФ принята одна государственная система для исчисления высот всех знаков нивелирной сети – от среднего уровня воды Балтийского моря по гидрологическому посту в г.Кронштадте. Этот уровень называется нулем Кронштадтского футштока, а высотные отметки реперов и марок, исчисленные от него, - абсолютными отметками.

Наряду с абсолютными отметками при выполнении съемок, имеющих узкое или специальное назначение, пользуются условными отметками. В этом случае высота всех реперов дается относительно условной плоскости, принятой за «нуль» для данного участка изысканий. Для этого одному реперу (исходному) присваивают условную отметку, например 100,00 м, с таким расчетом, чтобы отметки всех других реперов, вычисленные от нее, были положительные.

При производстве эксплуатационных водных изысканиях для высотного обоснования русловых съемок, кроме абсолютных и условных отметок, в основном пользуются отметками реперов, определенными над проектным уровнем воды.

Окончательным результатом выполненной русловой съемки для производства путевых работ является план участка водного пути, так называемый отчетный план. Его, как правило, составляют в изобатах.

Изобатами называются линии равных глубин, проведенные на плане и показывающие глубины от уровенной поверхности воды через принятые для данного плана интервалы. Изобаты дают наглядное представление о рельефе дня снятого участка водного пути. Изображаются они плавными кривыми линиями, которые никогда не пересекаются, всегда парны, количество их в поперечном сечении реки (канала) всегда четное. На крутых участках изобаты сближаются и могут слиться в одну линию, на пологих – расходятся на значительное расстояние.

На плане русловой съемки изобаты всегда проводят от проектного уровня воды по выписанным на него глубинам, приведенным к этому уровню. Рельеф береговой полосы, островов, сухих побочней и т.п. изображают на плане русловой съемки линиями равных высот также над проектным уровнем воды, называемыми «сухими» изобатами.

На отчетном плане первичной русловой съемки, выполненной в полном объеме, должна быть показана следующая нагрузка: пункты планово-высотной сети, условная координатная сетка и направление меридиана; знаки навигационного оборудования; рабочий уровень воды; срезанные глубины, рельеф дна и береговой полосы, островов и т.п.; место с минимальной глубиной во время промеров; контуры гидротехнических и выправительных сооружений, береговых строений и ситуаций; навигационные препятствия для судоходства и т.п.

Когда одновременно со съемкой производят наблюдения за направлением течений, на план наносят траектории поплавков с указанием скоростей течения между точками засечек.

Если по снятому плану запроектировано производство дноуглубительных и выправительных работ, на нем показывают границы и створы землечерпательной прорези, створы отвалов грунта и осей выправительных сооружений, а также местоположение водомерного кола для определения срезки при производстве землечерпательных работ.

Нагрузка отчетных планов повторных и контрольных русловых съемок меньше, чем нагрузка по первичной съемке.

Кроме нагрузки, каждый план русловой съемки должен содержать следующие сведения: названия реки , канала, водохранилища, озера и объекта съемки; расстояние в километрах по карте; порядковый номер работы и вид съемки (предварительная, повторная, контрольная); даты производства промеров; масштаб плана; номер изыскательской русловой партии; наименование технического участка ( района гидросооружений), управления пути (канала); отметки реперов относительно проектного и рабочего уровней воды; данные о проектном уровне относительно нуля графика опорного водомерного поста; величину срезки на каждый день промеров; координаты исходных пунктов плановой сети.

План вычерчивают и оформляют по общим правилам топографического черчения. Все условные знаки и надписи делают в соответствии с принятыми для морских и речных карт.

Всю нагрузку и надписи плана, за исключением изобат, закрепляют черной тушью. Изобаты рельефа дна (кроме изобаты гарантированной глубины) закрепляют синей тушью, изобату гарантированной глубины – красной. Проектный уровень воды проводят черной утолщенной линией.

На подлинном плане должны быть указаны фамилии и должности всех исполнителей и иметься их подписи.

С оформленного отчетного плана снимают копию на кальку для размножения его в необходимом количестве, которую подписывают начальник партии и работник, снявший копию.

При снятии копии нагрузка плана может быть уменьшена в зависимости от ее назначения; как правило, на копии не показывают цифры значения срезанных глубин.

Для того чтобы составить план русловой съемки, необходимо выполнить камеральную обработку полевых материалов. Она заключается в нанесении на план промерных точек, обработке батиграмм или промерных журналов с вычислением срезанных глубин, выписке на план срезанных глубин и наведении изобат, обработке данных планово-высотной съемке берегов.

Камеральную обработку выполняют немедленно с тем, чтобы при необходимости можно было дополнить и уточнить данные полевых материалов, а главное, сразу использовать план для определения состояния снятого участка водного пути и для проведения путевых работ, если в них возникает потребность.

Планы русловых съемок, составленные в изобатах, очень удобны для анализа русловых процессов и для использования при проектировании путевых работ. Однако эти планы дают относительное представление о рельефе дна и берегов, так как показывают высоты от проектного уровня воды, условно принятого за горизонтальную плоскость, хотя в действительности он имеет уклон.

Действительный рельеф дна и береговой полосы может быть изображен горизонталями в условных или абсолютных отметках. Поэтому в некоторых случаях по специальному заданию русловые съемки выполняют в условных или абсолютных отметках.

При съемке в условных или абсолютных отметках промеры глубин выполняют так же, как для составления плана в изобатах. Но в этом случае, для того чтобы иметь возможность вычислить отметки дна по измеренным от рабочего уровня воды глубинам, определяют отметки этого уровня у промерных профилей (галсов).

Определение отметок рабочего уровня воды осуществляют путем забивки у каждого промерного профиля урезного кола в момент его промера. Затем урезные колья привяз-ывают нивелированием IV класса к реперам и вычисляют отметки рабочего уровня воды. Когда урезные колья расположены часто, нивелирование рабочего уровня воды выполняют через несколько профидей при условии, что падение уровенной поверхности между привязанными кольями не превышает 10 см.

Для вычисления отметок дна отметки урезных кольев выписывают на батиграмме эхолота или в промерном журнале.

Зная у каждого промерного профиля на момент его промера отметку рабочего уровня воды, вычисляют отметки дна водоема по формуле:

= - .

Съемку береговой полосы и русловых образований (мензульную и тахеометрическую) производят обычными методами топографии от пунктов планово-высотной сети.

Камеральную обработку полевых материалов при русловой съемке, выполненной в условных или абсолютных отметках, и оформление отчетного плана производят так же, как материалов съемки для составления плана в изобатах.

Анализ русловых переформирований. Проектирование землечерпательных прорезей и выравнительных сооружений требует знания общих тенденций развития русла в пределах перекатного участка (переката) водного пути. Эти тенденции наиболее просто выявить путем составления сопоставленных и совмещенных планов, плана деформации русла.

Сопоставленные планы представляют собой ленту отдельных планов данного участка, точно расположенных один под другим. Их вычерчивают на условной координатной сетке, вертикальные оси которой имеют постоянные координаты по всей длине ленты, а координаты горизонтальных осей повторяются для каждого плана. Планы съемок, обработанные от проектного уровня воды, располагаются на координатной сетке не менее чем по двум пунктам постоянного планового обоснования.

Сопоставление планов производится за многолетний период и за 1 – 2 года. Для составления ленты планов за многолетний период подбирают планы, снятые примерно при одинаковых уровнях воды. Если русло устойчивое, - по одному плану через 2 года за период 10 – 15 лет, если неустойчивое, - по плану за каждый год за период 5 – 8 лет. Для составления ленты планов за 1 – 2 года берут все планы, снятые за это время.

Анализ за многолетний период позволяет выявить коренные изменения и общую направленность развития русла, анализ за 1 – 2 года дает представление о переформировании отдельных элементов русла. Ведут анализ путем сравнения по квадратам координатной сетки положения линий бровок меженных берегов, изобат, побочней, островов и т.п.

Совмещенный план – это два плана съемки одного и того же участка, точно наложенные один на другой по пунктам планового обоснования. Составляют совмещенные планы по съемкам, наиболее наглядно отражающим характер переформирований. На них различными условными знаками показывают изобаты проектного уровня и гарантированной глубины или другую характерную изобату глубины. На совмещенном плане заштриховывают или окрашивают желтым цветом зоны намыва. Такие планы наглядно отражают происшедшие переформирования за прошедший период и позволяют установить недеформирующие участки русла, интенсивность и напрвление деформации русла. Анализировать совмещенные планы следует одновременно с геологическими данными строения русла и берегов, так как одним из основных факторов переформирований отдельных участков является их геология.

Для более детального анализа русловых переформирований и возможности сделать некоторую количественную оценку работы потока за определенный период составляют планы деформации русла. Они позволяют подсчитать баланс наносов на участке и оценить результаты проводимых дноуглубительных работ.

Для составления плана деформации русла два выбранных плана съемки участка с выписанными по промерным профилям срезанными глубинами точно накладывают друг на друга и в точках на профилях определяют разность глубин, т.е. величину деформации. В совпадающих точках деформация определяется непосредственно, а в несовпадающих – интерполяцией между рядом лежащими точками. Полученные значения деформации глубин выписывают на составляемый план со знаком минус (-) при увеличении глубин (понижении дна) и со знаком плюс (+) при уменьшении глубины (повышении дна). По выписанным значениям деформаций наводят изолинии через 1 – 10 дм в зависимости от абсолютной величины деформации.

Паспорт переката представляет собой специальный журнал, в котором помещают все сведения , характеризующие состояние переката и отражающие выполняемые на нем работы по поддержанию и улучшению судоходных условий. В начале паспорта помещают выкопировку с карты водного пути места расположения переката и краткий гидрографический очерк. В следующих разделах дают сведения о плановом и высотном геодезическом обосновании, а также приводят перечень выполненных русловых съемок. Затем располагаются графики зависимости глубины и ширины судового хода от высоты стояния уровней воды и сведения о выполнении на перекате землечерпательных, выправительных и русло-берегоочистительных работ. К паспорту прикладывают первые весенние съемки переката. Паспорта перекатов ежегодно дополняют новыми сведениями по данным за прошедшую навигацию.

При анализе русловых процессов на участках, где ведутся эксплуатационные изыскания, обязательно нужно использовать паспорта перекатов.

Проектирование землечерпательных прорезей. Составление укрупненного плана прорези. Подсчет объема извлекаемого грунта. Вынос в натуру проектов путевых работ.

Когда по плану русловой съемки установлено, что на данном участке водного пути для обеспечения необходимых габаритных размеров судового хода нужно произвести землечерпательные работы, проектируют и наносят на план границы площади, в пределах которой они должны быть выполнены. Эта площадь называется землечерпательной прорезью.

На работу по углублению судового хода землечерпательному снаряду должно быть выдано специальное задание, называемое наряд-заданием. Для составления наряд-задания надо знать объем грунта, который должен быть удален с прорези. Подсчет объема грунта выполняют по плану съемки прорези, называемому укрупненным планом землечерпательной прорези.

Съемки землечерпательных прорезей выполняют по продольным промерным профилям на основе того же, что и основные русловые съемки планово-высотного обоснования. Промеры по продольным профилям позволяют с большей точностью выявить рельеф дна в пределах прорези. При ширине прорези до 30 м масштаб укрупненной съемки прорези 1:1000, а при большей ширине – 1:2000.

Для съемки прорези на чистый планшет накладывают плановую опорную сеть, переносят с плана все контуры запроектированной землечерпательной прорези (кромки, начало и конец работы, повороты), намечают поперечные контрольные створы и промерные продольные профили. Последние намечают параллельно кромкам прорези и располагают друг от друга при траншейном способе работы на расстоянии одной ширины траншейном способе работы на расстоянии одной ширины траншеи на уровне проектного дна, а при папильонажном способе – через 10 м. Чтобы иметь возможность подсчитать объем грунта в случае, если будет необходимость несколько изменить положение прорези, промерные профили располагают и за пределами ее кромок с обеих сторон на ¼ ширины прорези. Затем все указанные контуры прорези разбивают на местности геодезическими методами.

Промер производят, ориентируясь на вешки, которые поочередно выставляются на продольных профилях и образуют створ. Координирование промерных точек производят одной или двумя мензулами (теодолитами).

При промерах эхолотом судно двигается по створам как вверх, так и вниз по течению. Если используют наметку, ложка на веслах плывет по направлению створов вниз по течению. При этом наметка все время касается дна, чтобы не пропустить наименьшие глубины между засечками. В промерный журнал записывают глубины при отмашках флагами, а также отмеченные между ними наименьшие глубины. Отмашки флагами в момент засечек подают через определенное время с таким расчетом, чтобы получить на планшете засечки через 4 – 5 см при промерах эхолотом и не более чем через 1 см – наметкой.

Для проектирования и строительства выправительных сооружений, а также для наблюдения за состоянием сооружений и проведения их ремонта производят съемку района их расположения или съемку самого сооружения. Выполняют съемку на основе существующего постоянного планово-высотного обоснования в масштабах 1:500, 1:1000 и 1:2000. План составляют в изобатах или по специальному заданию в условных отметках. Масштаб съемки определяют в каждом отдельном случае в зависимости от размеров снимаемого участка расположения сооружений и поставленной цели съемки.

Планово-высотную съемку берегов и надводной части сооружений производят мензульную, тахеометрическую или нивелировкой по поперечникам. Промеры глубин выполняют по профилям, привязанным к плановому обоснованию, с засечками промерных точек одной мензулой.

Количество набранных высотных точек и частота расположения промерных профилей должны обеспечивать рисовку рельефа при масштабе 1:500 – через 0,25 – 0,50 м, 1:1000 – 0,50 и 1:2000 – 0,5 – 1,0м.

Камеральную обработку полевых материалов съемки района расположения выправительных сооружений, составление и оформление плана выполняют так же, как при русловой съемке участка реки.

Укрупненный план землечерпательной прорези составляют на подлинном планшете, только вместо срезанных глубин по продольным промерным профилям выписывают в сантиметрах полезную толщину снимаемого слоя грунта до проектного дна.

Проектным дном называют условную плоскость на уровне заданной глубины. На участках, где установлены гарантированные габаритные размеры судового хода, проектное дно принимают на уровне установленной гарантированной глубины. На участках, где гарантированные размеры судового хода не установлены, проектное дно принимают согласно проекту работ на уровне проектной глубины. Для каждой точки толщина снимаемого слоя грунта:

= - ,

Где - проектная или гарантированная глубина от проектного уровня воды;

- срезанная глубина к проектному уровню воды.

В точках, где срезанная глубина больше заданной, т.е. не требуется углубления, со знаком минус (-) выписывают цифры (сантиметры), показывающие запас глубины по отношению к проектному дну.

По составленному укрупненному плану землечерпательной прорези определяют площадь, подлежащую разработке, и подсчитывают объем извлекаемого с прорези грунта.

Подсчет объема грунта, подлежащего извлечению при разработке прорези, выполняют в зависимости от способа работы земснаряда. Результаты подсчета сводят в таблицу которая располагается ниже плана прорези.

Во всех случаях пределы разработки прорези ограничивают по ширине продольными кромками. Начало и конец разработки выводят до глубины на 20 см больше гарантированной (проектной), но не более чем на 20 м. Если работу будет выполнять землесосный снаряд траншейным способом, площадь и объем разработки прорези подсчитывают отдельно для каждой траншеи по длине одной серии (обычно 100 м).

Когда в пределах прорези есть участки с глубинами, превышающими проектную более чем на 20 см, они включаются в учитываемую площадь прорези для подсчета объема извлекаемого грунта, если имеют длину до 50 м при работе землесосного снаряда производительностью менее 650 и до 100 м при работе землесоса производительностью 650 и более. Соответственно участки большей длины не включают в учитываемую площадь.

Определив и выделив на укрупненном плане контур прорези, приступают к вычислению площади F. Площадь каждой траншеи получают умножением ее длины (углубляемой части) на ширину траншеи. Затем вычисляют среднюю толщину полезного снимаемого слоя грунта для каждой траншеи путем суммирования всех положительных и отрицательных значений толщин слоя в точках промера по двум смежным промерным профилям и деления полученной суммы на количество этих точек.

При папильонажном способе работы черпакового снаряда площадь и объем разработки прорези подсчитывают последовательно по участкам прорези длиной 20 м и по всей ширине прорези. В площадь прорези, учитываемую для подсчета объема извлекаемого грунта, не включают участки с глубиной, превышающей проектную более чем на принятую величину запаса на неровность выработки. На перекатах с большим количеством шалыг разработке подлежит вся площадь прорези.

Среднюю толщину полезного снимаемого слоя грунта вычисляют суммированием всех положительных и отрицательных значений толщины слоя в точках промера в пределах каждого 20-метрового участка прорези.

Определив величину площади, подлежащей углублению, и среднюю толщину полезного снимаемого слоя по каждой траншее или участку прорези, приступают к вычислению объема грунта, который нужно извлечь при разработке прорези.

Умножением площади траншеи или участка прорези на среднюю толщину полезного снимаемого слоя грунта определяют полезный объем выемки по формуле:

= .

Объем грунта, подлежащего удалению для обеспечения запаса на неровность выработки, определяют умножением площади траншеи или участка прорези на величину этого запаса, т.е.

=BLΔh,

Где B – ширина траншеи или прорези;

L – длина траншеи или участка прорези;

Δh – запас на неровность выработки.

Запас на неровность выработки принимают в соответствии с «Технической инструкцией по производству землечерпательных работ» (М., Транспорт, 1968) в зависимости от технологии работы земснаряда.

На несвязных грунтах дополнительно учитывают объем грунта, который осыпается с кромки прорези, по формуле:

= 0,5 L,

Где - расчетный коэффициент заложения откосов (для песчаных грунтов равен 2,5 – 3,5).

Объем грунта V, подлежащий извлечению в пределах одной траншеи или одного участка, равен сумме объема выемки до проектного дна , объема на неровность выработки и объема осыпания с кромки . Общий объем грунта, извлекаемого по всей прорези, равен сумме объемов на всех траншеях или участках:

=Σ .

Вынос в натуру проектаземлечерпательной прорези заключается в разбивке и обозначении на местности: точек, определяющих направление продольных створов кромок прорези или кромок отдельных подрезок; точек поперечных створов – начала, конца и поворотов прорези, контрольных или границ серий. Кроме того при траншейной разработке прорези разбивают продольные створы осей или гребней траншей и осей укладки извлеченного грунта.

Точки направлений каждого створа закрепляют двумя-тремя кольями, которые окапывают канавой в виде равностороннего треугольника. На створных кольях делают надписи, которые должны точно соответствовать подписям на плане, подготовленном для производства работ.

При разбивке продольных створов обращают особое внимание на их чувствительность и хорошую видимость.

Располагать створы следует преимущественно впереди по ходу работы земснаряда, чтобы вахтенный командир мог видеть их постоянно перед собой. Задние створы выставляют только тогда, когда передние выставить невозможно, или же как вспомогательные при плохой видимости передних.

Разбивка точек створов землечерпательной прорези может быть выполнена следующими способами.

При наличии планового обоснования на обоих берегах реки линии проектных кромок прорези прочерчивают до пересечения с направлениями между пунктами обоснования на каждом берегу. По плану определяют расстояния на одном берегу и на другом берегу до точек a, b, c, d пересечения линий кромок прорези с линиями планового обоснования. Затем на местности от тех же пунктов планового обоснования строго по створу отмеряют лентой эти расстояния и полученные точки закрепляют колышками. Далее теодолитом прошивают линии кромок прорези между соответствующими точками a, c и b, d на противоположных берегах, определяют и закрепляют кольями точки створов каждой кромки прорези в удобных для установки в тех местах.

Если пункты планового обоснования AB имеются на одном берегу, разбивку точек створов прорези осуществляют при помощи мензулы или теодолита. Мензулу, на планшете которой закреплен план с проектом прорези, последовательно устанавливают на точках a и b пересечения створов с линией планового обоснования. На каждой стоянке планшет ориентируют не менее чем на три отдаленных опорных пункта, и по вертикальной нити сетки кипрегеля выставляют колья, определяющие на местности точки створов кромок прорези.

Разбивку прорези на местности проверяют путем измерения лентой фактической ее ширины между створными линиями кромок. Измерение ширины прорези выполняют по перпендикуляру к ее кромкам, при этом угол определяют теодолитом. Если возможно, проверку производят на обоих берегах. Разница между фактической и проектной шириной прорези не должна быть более 1/50 ширины прорези.