Чем измеряют уровень воды в реке

ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ ВОДЫ

В состав гидрологических изысканий входит большой комплекс таких полевых работ, как наблюдения за уровнями воды в реках, озёрах и искусственных водоёмах, определение уклонов рек, площадей живых сечений, скоростей течения, расходов воды, изучение речных наносов и многое другое.

Наблюдения за этими элементами водного режима ведутся на специально устраиваемых постоянных или временных водомерных постах и гидрологических станциях. В зависимости от поставленных задач, сроков наблюдений и объёма информации станции и посты (в системе ГУГМС) делятся на несколько разрядов. Гидрологические станции делятся на два разряда, речные водомерные посты – на три разряда. На постах III разряда ведутся наблюдения за колебаниями уровня, температурой воды и воздуха, за ледовыми явлениями. На постах II и I разрядов объём наблюдений дополнительно увеличивается за счёт определения расходов воды, расхода взвешенных и донных наносов.

При изысканиях для строительства инженерных сооружений ведомственные организации устраивают посты с ограниченным сроком их работы, хотя этот срок может составлять промежуток от нескольких месяцев до нескольких лет. Состав и сроки наблюдений на таких постах определяются кругом задач, решаемых в ходе проектирования инженерного сооружения. Поэтому, кроме своих прямых функций – давать информацию о водном режиме водотока, водомерные посты выполняют важную роль при русловых съёмках, при проведении работ по составлению продольного профиля реки и др.

Уровнем воды называют высоту положения свободной поверхности воды относительно постоянной горизонтальной плоскости отсчёта. Графики колебаний уровня дают возможность судить о динамике гидрологических явлений и соответственно о многолетнем и внутригодовом распределении стока, в том числе в период половодья и паводков. Для наблюдений за уровнями воды в реке применяются различные по устройству водомерные посты: реечные, свайные, смешанные, саморегистрирующие.

Реечные посты, как следует из названия, представляют собой рейку, укрепленную на надёжно забитой в грунт свае, на устое моста, облицовке набережной или естественной вертикальной береговой скале. Длина рейки, прикрепляемой к свае, 1¸2 м. Размер делений на рейке 1¸2 см. Отсчеты уровня воды по рейке берут глазомерно с округлением до 1 см (рис. 1). Фиксировать уровень текущей, а часто и волнующейся поверхности воды с более высокой точностью затруднительно, впрочем, для большинства инженерных задач такая точность вполне достаточна. Если требуется более высокая точность, то рейку помещают в небольшую заводь (ковш), устраиваемую в береге у уреза воды и соединённую канавой с рекой.

Рис. 1. Реечный водомерный пост

Реечные водомерные посты преимущественно используют для наблюдений уровней, когда колебания их сравнительно невелики. На реках с большой амплитудой колебаний уровней или в периоды половодий и паводков применяют свайные посты.

Свайный водомерный пост (рис. 2) состоит из ряда свай, располагаемых по створу перпендикулярно к течению реки. Сваи из сосны, дуба или железобетона диаметром 15¸20 см забивают в грунт берега и дно реки на глубину около 1,5 м; превышение между головками соседних свай должно быть около 0,5¸0,7 м, а если берег очень пологий, то 0,2¸0,5 м. На торцах свай краской подписывают их номера; самой верхней свае присваивают первый номер, последующие номера получают сваи, расположенные ниже.

Для фиксации уровня на свайных постах применяют небольшую переносную рейку с делениями через 1¸2 см; поперечное сечение рейки – ромбическое, при этом рейка лучше обтекается водой; на нижней части рейки имеется металлическая оковка, что позволяет уверенно фиксировать установку рейки на шляпке кованого гвоздя, забитого в торец сваи.

При отсчёте уровня наблюдатель ставит переносную рейку на ближайшую к берегу сваю, покрытую водой, и записывает в журнале отсчёт по рейке и номер сваи.

Из специальных средств для измерений уровней можно назвать рейки максимума и рейки минимума, т.е. простейшие устройства, позволяющие фиксировать наивысший или наинизший уровни за какой-то отрезок времени.

Рис. 2. Схема устройства наблюдательной вышки и свайного водомерного поста: 1 – вышка; 2 – теодолит; 3 – репер; 4 – свая; 5 – водомерная рейка (h – отсчёт по рейке); 6 – поплавок

Смешанные водомерные посты представляют собой комбинацию реечного поста со свайным. На таких постах фиксация высокого уровня делается по сваям, а низких уровней – по рейке.

Для непрерывной регистрации колебаний уровня применяются специальные приборы – лимниграфы, которые все изменения уровня записывают на ленту, приводимую в движение часовым механизмом. Водомерные посты с самописцами уровня воды имеют большое преимущество перед простыми водомерными постами. Они дают возможность регистрировать уровни непрерывно, но установка самописца требует устройства специальных сооружений, что значительно удорожает их применение.

Для постоянного контроля за устойчивостью рейки или свай вблизи водомерного поста устанавливают репер (рис. 1), обычно по створу свай водомерного поста, тогда он одновременно является постоянным началом (ПН) счёта расстояний, своеобразным началом пикетажа.

Отметку репера водомерного поста устанавливают в ходе нивелирных работ от реперов государственной нивелирной сети. Репер водомерного поста закладывают в грунт с соблюдением общих правил установки реперов, т.е. его монолит должен находиться ниже глубины максимального промерзания грунта, в месте, удобном для нивелирования, и обязательно вне зоны затопления паводковыми водами, т.е. выше горизонта высоких вод (ГВВ).

Как указано выше, на большинстве водомерных постов система высот условная. Началом счёта высот является нуль графика поста – высотная отметка, которая остаётся постоянной для всего периода существования поста. Эта условная горизонтальная плоскость располагается не менее чем на 0,5 м ниже самого низкого уровня воды, который можно ожидать в створе поста. На реечных водомерных постах нуль графика часто совмещают с нулем водомерной рейки.

Начинают измерения на посту после того, как назначена отметка нуля графика поста и нивелировкой определена отметка нуля площадок головок свай, а также определена разность отметок нуля графика поста и отметок головок свай. Эта разность отметок называется приводкой.

Частная система высот на водомерном посту позволяет решать подавляющее число задач по изучению водного режима реки. Однако для ряда задач проектирования сооружений требуется знать не только условные, но и абсолютные (балтийские) высоты уровней. Для этой цели водомерные посты, точнее реперы водомерных постов, привязывают к ближайшим реперам государственной нивелирной сети.

В состав наблюдений на водомерном посту, помимо наблюдений за уровнем, входят визуальные наблюдения за состоянием реки (ледостав, ледоход, чисто), состоянием погоды, за температурой воды, воздуха, осадками, толщиной льда.

Толщину льда измеряют специальной рейкой; температуру воздуха – термометром-пращом, а температуру воды – водяным термометром.

На постоянных водомерных постах наблюдения ведут ежесуточно в 8 ч. и 20 ч. Среднесуточный уровень определяют как среднее значение этих наблюдений. Если колебания уровня незначительны, то наблюдения можно вести один раз в сутки (8 ч.). При решении специальных задач, а также в периоды половодья или паводка фиксация уровня делается чаще, иногда через 2 ч.

Результаты наблюдений на водомерном посту заносят в журнал.

Первичная обработка водомерных наблюдений состоит из приведения отсчётов по рейке к нулю графика водомерного поста, составления сводки, где показывают ежедневные среднесуточные уровни, и построения графика ежедневных уровней, на котором условными значками показывают ледостав, ледоход и другие ледовые явления, имевшие место на реке.

Систематизированные результаты наблюдений уровней на всей сети водомерных постов данного речного бассейна периодически публикуются в гидрологических ежегодниках.

Для получения полноценных материалов наблюдений и гарантии сохранности водомерного поста на весь намеченный срок работы рекомендуется специально выбирать место для установки поста. При этом желательно, чтобы участок реки был прямолинейным, русло устойчивым от размыва или намыва, чтобы берег имел среднюю пологость и был защищён от ледохода; поблизости не должно быть речных причалов; на показания поста не должен влиять подпор от плотины или близрасположенного притока; постом удобней пользоваться, если он находится вблизи населённого пункта. Строго совмещать водомерный пост с осью будущего инженерного сооружения нет необходимости.

На гидрологических станциях, водомерных постах I и II разрядов, а также при ведомственных изысканиях разбивается гидрометрический створ, используемый для регулярных определений скоростей течения, расходов воды и наносов. На этом участке реки течение воды должно быть параллельноструйным, что обеспечивается его прямолинейностью и правильным – корытообразным профилем дна. Если предполагается на гидрометрическом створе вести регулярные и продолжительные наблюдения, то его оборудуют мостками, подвесными люльками или снабжают плавательными средствами (паромом или лодками).

Отметку репера водомерного поста устанавливают в ходе нивелирных работ от реперов государственной нивелирной сети, для периодического контроля устойчивости рейки или свай водомерного поста, при промерных работах, а также при создании высотного обоснования съёмок.

Репер водомерного поста закладывают в грунт с соблюдением общих правил установки реперов, т.е. его монолит должен находиться ниже глубины максимального промерзания грунта, в месте, удобном для нивелирования, и обязательно вне зоны затопления паводковыми водами, т.е. выше горизонта высоких вод.

На постоянно действующих водотоках наиболее характерными уровнями воды являются:

ВИУ – высокий исторический уровень, т.е. самый высокий уровень воды, когда-либо наблюдавшийся на данной реке и устанавливаемый по опросам старожилов или по визуальным следам на капитальных сооружениях;

УСВВ – уровень самых высоких вод за весь период наблюдения;

УВВ – уровень высоких вод как средний из всех высоких;

РУВВ – расчётный уровень высоких вод, который соответствует расчётному расходу воды и принят основным при проектировании сооружений;

РСУ– расчётный судоходный уровень, являющийся наивысшим уровнем воды в судоходный период, необходим при определении высотного положения элементов моста;

УМВ – уровень меженных вод соответствует уровню воды в период между паводками;

УСМ – уровень средней межени;

УНМ – уровень низкой межени;

УЛ – уровень ледостава;

УППЛ – уровень первой подвижки льда;

УНЛ – уровень наивысший ледохода.

Во время изысканий колебания уровней воды по всему участку могут достигать больших значений, поэтому для сопоставления глубин по поперечникам вводится срезочный уровень – единый мгновенный уровень для всего участка изысканий. Обычно за срезочный принимают мгновенный минимальный уровень на исследуемом участке реки за всё время измерений. Для этого необходимо нивелирным ходом определить отметки верха урезных кольев в каждом гидростворе.

Все результаты измерений приводятся к единому положению свободной поверхности реки, которое в дальнейшем считается нулевым для различных построений: поперечных и продольных профилей, плана реки в изобатах. При этом следует иметь в виду, что принятая поверхность отсчёта, соответствующая срезочному уровню, как всякая свободная поверхность реки, не горизонтальна.

Источник

Частые вопросы (FAQ)

Здесь мы собрали ответы на наиболее часто поступающие вопросы.

2. Критические и особенные уровни воды

3. Графики и таблицы

4. Ошибки, неточности, баги

Что такое уровень воды в реке/озере/море? Как он измеряется?

Из каких источников берутся данные по уровням воды? Насколько они достоверны?

Данные по уровням воды берутся из общедоступных источников. Источник информации указывается на странице, где публикуется график хода уровня воды. В большинстве своем данные верны, но бывает, что случаются неточности, связанные с алгоритмическими ошибками, сбоями передачи данных или неверными данными на самом источнике. Поэтому сервис allrivers.info не может гарантировать стопроцентную достоверность данных. Для принятия ответственных решений за данными необходимо обращаться в специализированные организации, которые гарантируют их достоверность.

Данные перестали обновляться. В чем дело?

Что такое гидропост?

Стационарные гидропосты работают как правило круглый год. Временные гидропосты устанавливают на период экстренных ситуаций. Гидропосты с «ручным» управлением, как правило, проводят измерения 1-2 раза в сутки. Автоматические гидропосты могут делать измерения раз в несколько минут.

Что такое активные и архивные гидропосты?

Что такое шкала Allrivers по рекам республики Беларусь?

Все данные, которые у нас есть, мы показываем. Проверить наличие определенной реки проще всего через форму поиска по сайту.

Я знаю, где есть общедоступные / бесплатные данные по уровням воды. Как добавить сюда?

Какие еще данные вы собираете?

При наличии на источнике, мы собираем и публикуем данные по температуре воды и состоянию поверхности / ледовым явлениям, а также по толщине льда. Также мы показываем температуру воздуха и прогноз погоды на пять дней вперед.

Нужны данные за прошлые годы. Как скачать?

Функция в разработке. Можно будет скачивать в формате Excel.

Вы предоставляете API-доступ?

Что такое критические значения уровня воды?

Сильное повышение уровня воды может привести к нежелательным последствиям для жителей и организаций, находящихся в прибрежной зоне. Различают несколько характерных критических уровней.

Из каких источников берутся данные по критическим значениям уровня воды? Насколько они достоверны?

Что такое особенное значение уровня воды?

Можно ли добавить нужные мне «особенные» уровни?

Функция в плане ближайших разработок

Можно ли получать уведомления о достижении критических / особенных уровней?

Функция в плане ближайших разработок

Что означает разный цвет фона в таблице с данными уровней воды на разных гидропостах?

Как сообщить о найденной неточности, ошибке баге?

Напишите в службу поддержки или отправьте сообщение сообществу в группе Вконтакте.

Источник

Измерение уровней и глубины воды

Наблюдения за уровнями.

Существуют различные водомерные посты: свайные, реечные, смешанные, передаточные и автоматические (рис. 6.2.1.1).

6.2.1.1. Определение уровня (глубины) воды: а) мерной рейкой; б) лотом ; в) эхолотом

Реечный водомерный пост устраивают там, где име­ется устойчивая вертикальная стенка, к которой можно надежно при­крепить металлическую или деревянную рейку. Подход к рейке для отсчета уровня должен быть удобным.

Передаточные водомерные посты устраивают там, где нет свободного доступа к берегу или он крайне затруднен. Передаточные водомерные посты обычно бывают поплавкового типа. Поплавок поднимается или опускается вместе с уровнем воды в реке, на тросе, прикрепленном к поплавку и перекинутом через блоки, имеется указатель, по которому отме­чается уровень воды на горизонтальной рейке.

На автоматических водомерных постах уста­навливается лимниграф-барабан, обернутый бумагой, на которую нанесена сетка. Барабан вращается часовым механизмом. Перо лимни­графа перемещается с помощью системы тросов в зависимости от коле­баний поплавка, находящегося в специально устроенном колодце, сообщающемся с рекой горизонтальной трубой. Все оборудование на­ходится в небольшой будке, сделанной специально для измерительного прибора.

Измерение глубины воды и площади водного сечения.

Периодически на водомерном посту осуществляют измерение глубины водной преграды для уточнения поперечного профиля реки и площади поперечного сечения (живого сечения потока).

В природных условиях глубины вод измеряются гидрометрической штангой (рейкой), футштоком и лотом. Автоматически глубины записываются гидрометрическими профилографами: механическими, гидростатическими и акустическими (эхолотами). Рельеф дна и форма свободной поверхности потока в один и тот же момент фиксируются стереофотограмметрической съёмкой.

Площадь водного сечения (ω, м 2 ) определяется в результате промеров глубины по всему поперечному сечению через определенные интервалы, принимаемые в зависимости от ширины. Промерные вертикали разбивают водное сечение на ряд трапеций, и только береговые участки его могут иметь форму прямоугольного треугольника, если глубина на урезе воды (границе воды у берега реки) равна нулю. Аналитически общая площадь водного сечения получается как сумма частных площадей.

На гидрометрических створках, где измеряют расходы воды, помимо площади водного сечения, определяют площадь живого сечения, которая при наличии течения воды в пределах всего сечения будет равна ему, а при наличии в нем застойной зоны (мертвой) будет меньше площади водного сечения на величину площади мертвого пространства.

Смоченный периметр χ — длина дна реки на профиле, заключенная между урезами воды.

Гидравлический радиус характеризует форму русла в поперечном разрезе, так как зависит от соотношения его ширины и глубины. У мелких и широких рек смоченный периметр почти равен ширине, в этом случае гидравлический радиус почти равен средней глубине.

Средняя глубина (h_cp) поперечного сечения реки определяется делением его площади на ширину (В), т.е.

Ширину и максимальную глубину реки получают путем непосредственных измерений.

Следует учитывать, что все элементы поперечного сечения реки изменяются в зависимости от высоты уровня воды.

Источник

Элементы водного режима и методы наблюдений за ними

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.

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.

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

Методы измерения скоростей течения рек

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

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

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

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 Q_зим (при одной высоте стояния уровня), меньше летних Q_Л. Уменьшение расходов есть следствие увеличения шероховатости русла при ледовых образованиях и уменьшения площади живого сечения. Соотношение между Q_зим и Q_л, 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 К_зим 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

Измерение и контроль уровня воды в реке

Непрерывный контроль за уровнем воды в реке, озере, водохранилище является сложной и важной задачей позволяющий следить за уровнем воды в реке в режиме реального времени и оперативно узнавать о критических измерениях уровня. Особенно в условиях начала паводка, когда оперативная информация о изменении уровня воды в реке позволяет более быстро принимать решения по предотвращению чрезвычайный ситуаций.

C помощью ультразвукового уровнемера и системы мониторинга можно дистанционно контролировать уровень воды в реке или в любом другом водоеме. Система мониторинга позволяет передавать текущий, измеренный уровнемером, уровень воды в реке на персональный компьютер, установленный удаленно в операторской с использованием беспроводных сетей сотовой связи.

Дополнительно данное оборудование может оснащаться системой автономного бесперебойного питания, что позволяет использовать систему измерения уровня воды в водоемах в местах где отсутствует подключения к стационарным сетям.

Для измерения и контроля уровня воды в различных водных ресурсах (рек, озер, каналов, водохранилищ, морей и океанов) можно использовать следующие датчики уровня воды в реке:

На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.

На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.

Так же система мониторинга уровня воды в реке может укомплектовываться датчиками предельного уровня воды в реке:

На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.

На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.

На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.

На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.

Источник