Расстояние по вертикали от свободной поверхности воды до дна реки (канала, озера, водохранилища и т.п.) называется глубиной. Измерения глубины (промерные работы) — очень важный вид гидрометрических работ. Они необходимы для изучения рельефа дна водных объектов для нужд судоходства и лесосплава; при проектировании, строительстве и эксплуатации гидротехнических сооружений; при измерении расходов воды и наносов; при определении объемов воды, содержащейся в озерах и водохранилищах.
Для измерения глубины применяются различные приборы и устройства. Рассмотрим основные из них.
Гидрометрические штанги. При измерении небольших глубин (до 6 м) применяют гидрометрическую штангу (наметку), которая представляет собой деревянный шест длиной до 7 м и диаметром 4-5 см. Нижняя часть наметки заканчивается железным башмаком массой 0,5-1 кг, который предохраняет ее от повреждения при ударах о дно. При илистых грунтах на башмаке укрепляется поддон в виде диска диаметром 15-30 см. Наметка размечается 10-сантиметровыми делениями, которые попеременно окрашиваются белой и красной масляной краской. Нулевое деление должно совпадать с нижней поверхностью башмака или поддона. В момент измерения наметка должна занимать вертикальное положение. Отсчет глубины делают с погрешностью 2-5 см.
Рисунок 2.1 – Груз гидрометрический стандартный.
При измерениях малых глубин нередко используют также водомерные и нивелирные рейки, штанги от гидрометрических вертушек.
Лоты. Измерение глубин более 6 м выполняют с помощью ручных или механических лотов.
Ручной лот представляет собой металлический груз массой 3-6 кг конической и пирамидальной формы, подвешенный на пеньковом или капроновом шнуре или же на мягком тросе (лотлине). Лотлинь размечают марками на метры и дециметры.
|
|
При измерении глубин лот забрасывают против течения воды, а отсчет берут в тот момент, когда лотлинь в натянутом состоянии займет вертикальное положение.
Ручные лоты применяют при небольших скоростях течения (до 1 м/с). Вследствие прогиба лотлиня и относа лота течением, погрешность измерения глубины лотом составляет 5-10 см.
При измерении глубин речных потоков с большими скоростями течения применяют лоты механические, в которых груз опускается и поднимается с помощью лебедки.
Стандартные гидрометрические грузы имеют обтекаемую (рыбовидную) форму (рис. 2.1) и массу от 5 до 100 кг. К тросу они крепятся посредством вертлюга, обеспечивающего свободное вращение груза в горизонтальной плоскости и установку его по направлению течения. Грузы опускают в воду и поднимают при помощи гидрометрических лебедок типа «Нева» (рис. 2.2), «Луга» и других. Длина вытравленного троса регистрируется счетчиком. Момент соприкосновения груза с дном устанавливают по уменьшению натяжения лотлиня или по сигналу от донного электроконтакта, расположенного под грузом.
Рисунок 2.2 - Гидрометрическая лебедка «Нева»
Рисунок 2.3 – Схема к определению поправок на относ линя течением (а) и угломер (б)
Вследствие относа лота течением и отклонения по этой причине лотлиня от вертикального положения измеренная глубина превышает фактическую (рис. 2.3). В связи с этим в измеренные с помощью лота глубины нужно вносить поправки. Теоретическое обоснование поправок ∆l к длине подводной части троса l дне Д.Я. Ратковичем
|
|
При работах механическим лотом с судна (лодки, катера) груз после измерения глубины лишь несколько приподнимают над дном и перемещают под водой в другую точку измерения. Это ускоряет выполнение промерных работ.
1 — вибратор-излучатель; 2 — забортное устройство, 3 — вибратор-приемник
Рис. 2.14. Схема измерения глубин эхолотом
Эхолоты. При проведении промерных работ с движущегося судна широкое применение получили эхолоты — приборы, автоматически измеряющие и регистрирующие глубины.
Действие эхолота основано на принципе измерения времени прохождения ультразвуковой волны от вибратора-излучателя 1 (рис. 2.4) до дна и отраженной волны обратно до вибратора-приемника 3. Из рис. 2.4 следует, что
h — a= 
где b — половина расстояния между излучателем и приемником звука; l — путь, проходимый звуковой волной от излучателя до дна или от дна к приемнику звука; а — глубина погружения под воду излучателя и приемника звука;
t = ct/2
где с — скорость распространения звука в воде (в среднем для пресной воды—1462 м/с); t — время прохождения звуком пути 2 l.
Подставляя выражение в уравнение, получаем
h = 
Таким образом, при известных значениях а, b и с для определения глубины h достаточно измерить время t.
В нашей стране серийно производятся промышленностью и применяются при гидрометрических работах речные эхолоты типа ИРЭЛ, «Кубань», «Молога» и другие. Рассмотрим наиболее простой из них, ИРЭЛ. Он состоит из: центрального прибора для управления посылки и приемом ультразвуковых импульсов и автоматической записи глубин; блока питания для обеспечения электроэнергией двигателя, усилителя и других электрических цепей прибора; забортного устройства для погружения в воду обтекателя с вибратором-излучателем и вибратором-приемником, а также вспомогательных принадлежностей (запасных частей, монтажных устройств, инструментов).
|
|
Забортное устройство крепится к борту судна и с помощью кабеля подключается к центральному прибору. Для определения глубины погружения вибраторов на штанге забортного устройства нанесены деления через 1 см. Запись глубин производится непрерывно в виде профиля на электротермической бумаге. Эхолот позволяет измерять глубину от 0,5 до 20 м. Погрешность измерения при глубинах 0,5-5 м составляет 0,1 м, при больших глубинах— 2% измеряемой глубины. Масштаб записи глубин 1:100, горизонтальный масштаб зависит от скорости движения судна. Максимальная скорость движения судна при промерных работах — 15 км/ч.