ЛЕКЦІЯ 7
Тема: Промірні роботи
План лекції
1. Загальна характеристика і завдання
2. Прилади і методи вимірювання глибин
3. Планове координування промірів
1. Загальна характеристика і завдання
Промірні роботи включають три операції: 1) вимірювання глибин, 2) реєстрацію рівня води, 3) планове координування. При промірних роботах звичайно визначають ґрунти дна. Це визначення є в більшості випадків попереднім і переслідує мету виявити характер і склад поверхневих донних відкладень.
Промірні роботи у багатьох випадках прагнуть провести при низьких рівнях води, в період літньої межені, оскільки при цьому скорочується об'єм робіт. Значне прискорення і підвищення якості промірних робіт досягається застосуванням сучасних приладів і методів.
Для розробки схеми комплексного використання річки промірні роботи проводять при складанні подовжнього профілю. Їх не включають в програму лише у випадках, коли вже є готовий профіль, але і при цьому, як правило, його уточнюють. Крім того, на стадії розробки схеми виконують проміри в створах споруд (гідровузлів, дамб і інших) по всіх варіантах їх розташування.
Для розробки технічного проекту об'єм промірних робіт значно зростає. Виконують докладні проміри ділянок русла в місцях розташування проектованих споруд по вибраному варіанту їх розміщення. На ділянках річки з руслом, що розмивається, де після споруди гідровузла позначатиметься зміна гідравлічного режиму потоку, виконують спеціальні промірні роботи, по закріплених на місцевості створах. До таких ділянок відносяться нижні б'єфи гідровузлів. У подібних випадках проміри дозволяють виявити характер і інтенсивність руслового процесу і намітити заходи щодо захисту русла від розмиву.
На стадії розробки робочих креслень продовжують виконувати спеціальні промірні роботи, вказані вище. Крім того, в процесі проектування звичайно виникає необхідність в уточненні раніше виконаних промірів в районі розташування споруд.
Великий об'єм промірних робіт виконують при проведенні будівельних робіт, зокрема, у зв'язку з облаштуванням перемичок, для спостережень за станом русла на ділянках тимчасових споруд; систематичні проміри глибин ведуть при перекритті русел річок для спостережень за розмивами дна і акумуляцією розмитого матеріалу.
2. Прилади і методи вимірювання глибин
Проміри глибин можна проводити в окремих точках або шляхом безперервного запису профілю по вибраному напряму. Для промірів глибин в окремих точках застосовують як прості пристрої - ручний лот, - так і складніші механічні прилади - гідрометричні лебідки з лічильниками глибин. Для цієї ж мети застосовують ехолоти з покажчиками глибин.
Для безперервного запису профілю дна використовують ехолоти з самописцем; в цьому випадку при русі промірного судна по заданому напряму на стрічці автоматично записується ехограма - профіль дна - в певному вертикальному масштабі. Для безперервного запису профілю дна в окремих випадках використовують гідростатичні профілографи, проте застосування їх обмежене і обумовлюється наявністю рівного дна без підводних перешкод і швидкостями течії не більше 1 м/с. Розроблені методи визначення глибин водоймищ по аерофотознімках; найбільш ефективні ці методи при наявності прозорої води, коли на всій ділянці є видимим дно.
Проміри глибин в окремих точках проводять при невеликому об'ємі робіт і переважно на малих річках і озерах. При великому об'ємі промірних робіт завжди застосовують ехолоти з самописцем. Метод безперервного запису забезпечує якнайкраще виявлення особливостей рельєфу дна. Застосування ехолотів значно прискорює виконання робіт.
Механічні промірні прилади
Вибір гідрометричної лебідки для промірів роблять з урахуванням типу промірного судна, а також залежно від швидкості течії і необхідного при цьому ваги вантажу. Для промірів з невеликих моторних човнів, весел, застосовують лебідки Луга і Нева. Для промірів з катерів зручнішими є лебідка з кран-балкою і лебідка з поворотною стрілою. Для виконання промірів лебідки оснащуються вантажем, що укріплюється на кінці троса. Для цієї мети застосовують спеціальні гідрометричні вантажі, забезпечені вертлюгом і стабілізатором напряму. Вагу вантажу підбирають залежно від швидкості течії. Стандартні вантажі мають вагу від 5 до 100 кг. Для вимірювання глибин при великих швидкостях течії доцільно застосовувати свинцеві вантажі, що мають менший об'єм. Крім того, на річках з швидкою течією застосовують вантажі, форма яких є раціональнішою. Наявність поплавка в хвостовій частині приводить до зміни положення центру тяжіння вантажу при положенні його в повітрі або у воді. Велика довжина вантажу сприяє стійкому положенню його в потоці, усуває рискання. Для встановлення моменту торкання дна вантажі забезпечуються донним електроконтактом. Подібні вантажі використовують і для інших гідрометричних вимірювань, укріплюючи в головній частині відповідні прилади, наприклад гідрометричну вертушку. Вантажі описаної конструкції використовують, зокрема, в дистанційних гідрометричних установках.
Гідрометричні лебідки забезпечуються лічильником, що показує довжину витравленого троса з точністю до 1 см.
Промірні ехолоти
Ехолоти бувають різного призначення: навігаційні, рибопошукові, промірні. Для промірних робіт на річках, озерах і водосховищах застосовуються спеціальні промірні ехолоти.
Для вимірювання глибини в ехолотах застосовується акустичний метод, заснований на вимірюванні проміжку часу між моментом посилки ультразвукового імпульсу у бік дна і моментом приходу відбитого від дна сигналу - луни. Швидкість звуку у воді залежить в основному від температури і солоності і в значно меншому ступені від величини гідростатичного тиску. Із збільшенням температури і солоності швидкість звуку у воді зростає. У інструкціях по застосуванню ехолотів звичайно приводяться таблиці або графіки залежності швидкості звуку у воді від її температури і солоності. При виконанні промірних робіт поправку на температуру і солоність води вносять в процесі польового тарування ехолота.
У сучасних ехолотах для фіксації глибин застосовують покажчики глибин і самописці.
Ехолоти з покажчиком глибин дозволяють візуально стежити за зміною глибин при русі судна по створу або галсу і брати відліки в потрібних місцях. Покажчики глибин застосовуються різних типів: з круговою шкалою і неоновою лампочкою, що швидко обертається, дає спалах і проти нуля шкали і проти ділення, відповідного глибині; з цифровим покажчиком, що є перетворювач типу час - цифра: залежно від кількості імпульсів дешифратори подають напругу на відповідні катоди цифрових індикаторів, які запалюються і дають відлік глибини; електронний відмітчик - електронно-променева трубка з електростатичним відхиленням променя, на екрані якої утворюються сплески відміток нуля і дна, при цьому глибина відлічується за шкалою. Крім того, є ехолоти із стрілочним покажчиком глибини у вигляді окремого приладу.
Ехолоти з самописцями проводять безперервний запис лінії дна по лінії руху судна. Запис може проводитися на електротермічний папір методом пропалення або на електрохімічний папір. Існує декілька способів запису на паперову стрічку ЕТБ.
Круговий запис - за допомогою пера, що обертається;
Лінійний запис - за допомогою лінійки, що пише, і барабана, що обертається з постійною швидкістю;
Багатопір'яний запис - за допомогою великого числа пір'я (до 300), укріпленого нерухомо впритул до стрічки, що протягується стрічкопротяжним механізмом.
У промірних ехолотах найбільшого поширення набув лінійний запис.
Для створення ультразвукових коливань в ехолотах використовують магнітострикційні або п'єзоелектричні вібратори-випромінювачі (акустичні антени). Для прийому відбитих від дна сигналів застосовують вібратори-приймачі тих же типів. Частота ультразвукових коливань, що створюються магніто-стрикційними вібраторами 40-60 кГц, а п'єзоелектричними 200 кГц. Магнітострикційні вібратори складаються з пакету нікелевих пластин із струмопровідною обмоткою. П'єзоелектричні вібратори робляться з пьезокераміки титанату барію. Посилка ультразвукових коливань вібратором-випромінювачем проводиться окремими короткими імпульсами, наступними один за одним з певною частотою.
Відбитий від дна сигнал приймається вібратором-приймачем і подається на підсилювач, після чого посилена напруга поступає на реєструючий пристрій, зокрема, в ехолотах з лінійним записом - на лінійку, що пише, причому відбувається пропалення білого шару стрічки - запис лінії дна.
В даний час для промірних робіт застосовуються ехолоти різних типів . На дослідженнях великого поширення набув переносний ехолот з самописцем з лінійним записом ІРЕЛ.
Ехолоти Язь і ПЕЛ-3 доцільно застосовувати для промірів на великих водних об'єктах - крупних водосховищах і озерах. У ехолоті Язь застосований круговий запис сигналів на стрічці ЕТБ-2 шириною 80 мм, для визначення глибин по ній застосовується спеціальний шаблон. Застосування ехолота ПЕЛ-3 можливо з порівняно крупних промірних суден у зв'язку з його вагою і габаритом.
Гідростатичні промірні прилади
Гідростатичні промірні прилади (профілографи) призначені для автоматичного запису профілю дна на паперовій стрічці.
Вимірювання глибин засноване на принципі реєстрації пружних деформацій чутливого елементу (сільфону або анероїдної коробки), що відбуваються під дією гідростатичного тиску, що змінюється відповідно до глибини. Реєстрація відстаней уздовж профілю здійснюється за допомогою різного роду механічних пристроїв, автоматично.
Є декілька типів гідростатичних профілографів. У одному з них запис профілю відбувається в герметичному відсіку приладу при буксируванні його по дну уздовж заданого створу. У іншому типі - дистанційному профілографі - профіль записується в спеціальному реєстраторі при буксируванні по дну спостережного лота. Реєстратор розташовується на судні, за яким на кабелі троса буксирується стежачий лот. Усередині спостережного лота є датчик з чутливим елементом (ТД-10).
Гідростатичні профілографи записують профіль дна в певних вертикальному і горизонтальному масштабах, при цьому забезпечується вимірювання глибин і горизонтальних відстаней з погрішністю не більше 3-6%. Запис профілю дна виходить в прямокутних координатах і не вимагає подальшої розшифровки.
Визначення ґрунтів дна при промірах
Визначення ґрунтів дна виконують при промірах за допомогою механічних приладів шляхом узяття проб донних відкладень. Для цього застосовують різні пристрої: донні щупи і ґрунтові трубки, а при грубозернистих ґрунтах - дночерпалки. При промірах ехолотами наближене визначення ґрунтів дна можна робити шляхом уважного розгляду лінії запису дна на ехограмі. Щільні ґрунти - піщаний, глинистий та інші - дають чітку тонку лінію, мулистий ґрунт - менш чітку, часто розмиту лінію. Таке визначення не відрізняється великою достовірністю і може служити тільки для попереднього ознайомлення з характером донних відкладень.
Декілька точніше визначення поверхневих ґрунтів дна можна одержати за допомогою електронного осцилографа, що підключається до підсилювача ехолота. Відбиті від дна і посилені імпульси подаються на екран осцилографа. За формою сигналу на екрані можна визначити характер ґрунту на поверхні дна. Проведені дослідження показали, що таким шляхом можуть бути задовільно визначені кам'янистий, галечно-гравієвий, мулистий ґрунти і у меншій мірі піщаний.
Докладніше визначення ґрунтів дна проводять за допомогою ультразвукових ґрунтографів або, як їх ще називають, звукогеолокаторів, які по своєму облаштуванні близькі до ехолотів, але мають наступні відмінності: меншу частоту ультразвукових коливань (на порозі чутних звуків), більш вузьконаправлене випромінювання, велику потужність випромінюваних імпульсів і великий ступінь посилення ехосигналів. Ультразвукові коливання проникають досить глибоко в товщу донних ґрунтів, відображаються від шарів різної щільності і фіксуються на ехограмі. Розшифровка ехограми дозволяє розпізнавати характер ґрунтів, розташування і потужність нашарувань.
Фізико-механічні властивості і літологічний склад ґрунтів цим способом поки визначати не вдається.