НАСТАВЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИМ СТАНЦИЯМ И ПОСТАМ

ВЫПУСК 6

Часть II

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ И РАБОТЫ НА МАЛЫХ РЕКАХ

Одобрено Главным управлением гидрометеорологической службы при Совете Министров СССР 4 июня 1971 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В комплексе водохозяйственных мероприятий в районах, где ощущается недостаток воды, большое значение имеет использование местных водных ресурсов, в частности стока малых рек.

На территории СССР имеется свыше 100 тыс. малых рек. Роль их в народном хозяйстве и в развитии производительных сил исключительно велика. Протяженность малых рек, пригодных для местного судоходства и сплава леса, составляет около 400 тыс. км, из них свыше 150 тыс. км используется для молевого сплава. Гидроэнергоресурсы малых рек превосходят запасы водной энергии таких стран, как Италия, Франция, Испания, ФРГ и др., вместе взятые. В средней полосе Европейской территории СССР водами малых рек можно оросить более 2,0-2,5 млн. га, а на Юго-Востоке - свыше 2,0 млн. га засушливых земель.

Большинство малых рек играет важную роль как водоприемники поверхностных вод и дренажная сеть, препятствующая заболачиванию и переувлажнению примыкающих к ним земель. При проведении осушительных мелиораций их широко используют в естественном и зарегулированном состоянии в качестве водоприемников осушительных систем. Значение малых рек в этом отношении становится особенно очевидным, если учесть, что более половины всех пригодных для использования в сельском хозяйстве земель в нашей стране приходится на переувлажненные почвы, требующие мелиорации, в первую очередь осушения.

Малые реки широко используют в качестве источников промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения и как приемники очищенных промышленных и бытовых стоков. Велика их роль в комплексе оздоровительных мероприятий, связанных с организацией отдыха, а также в строительстве и реконструкции сельских населенных пунктов.

Для малых рек характерна большая изменчивость гидрологических характеристик (максимальных и минимальных расходов воды, многолетних и внутригодовых колебаний стока и пр.) в зависимости от физико-географических и климатических условий и объема хозяйственной деятельности человека в их бассейнах. Они быстро реагируют на все изменения в условиях формирования стока, изменяя свой гидрологический режим. Таким образом, малые реки выполняют роль своеобразных индикаторов физико-географических особенностей своих бассейнов. Поэтому сведения о них широко используют в гидрологических исследованиях для изучения процесса формирования стока и выявления роли отдельных стокоформирующих факторов.

Гидрологические характеристики этих рек, когда они мало изучены в натуре, ограничивают возможности применения для расчета величин стока метода гидрологических аналогий, так как в этом случае метод аналогии часто приводит к грубым ошибкам.

В связи с изложенным понятна необходимость в расширении гидрологического изучения малых рек, особенно в районах с интенсивно развивающимся народным хозяйством. Однако оборудование стоковых пунктов наблюдений на малых реках для измерения расходов воды вертушками в настоящее время представляется нецелесообразным по следующим причинам.

Вертушечный способ измерения расходов воды дискретен (не непрерывен), и поэтому не может дать исчерпывающего представления о фактическом ходе речного стока во времени, особенно на тех малых реках, где он отличается большой изменчивостью. Между тем знание фактического хода стока во времени очень важно, особенно в период половодий и паводков, не только для изучения характеристик последних, но и для эксплуатации водохранилищ, водозаборных устройств и других гидротехнических сооружений на малых реках. Вертушечный способ измерения расходов воды не всегда позволяет точно зафиксировать максимальные расходы высоких вод. Измерение расходов воды вертушками практически невозможно на малых горных реках, особенно тех, русла которых сложены валунами и обломками горных пород, из-за повышенной турбулентности, сбойных течений и недостаточных глубин.

Вертушечные измерения расходов воды при густой сети пунктов стоковых наблюдений требуют большого штата гидрометров. Наконец, они крайне затрудняют автоматизацию учета стока на малых реках.

Указанные причины обусловливают необходимость оборудования современных пунктов гидрологических наблюдений на малых реках техническими устройствами или гидрометрическими сооружениями, обеспечивающими непрерывный автоматический учет стока. Такими гидрометрическими сооружениями являются гидрологические расходомеры. Они позволяют определять расходы воды в водотоках только по значению уровня в измерительной части сооружения на основании использования теоретических (гидравлических) зависимостей между расходом и уровнем (водосливы и лотки) или подобных зависимостей, но получаемых по данным тарировок (контрольные русла).

Современный гидрологический расходомер может быть использован и как датчик расхода воды в малой реке в системе комплексной автоматизации гидрологической сети.

Широкое внедрение гидрологических расходомеров на гидрометрической сети на малых реках обеспечивает:

- существенное уточнение данных о водных ресурсах;

- более глубокое изучение процесса формирования стока, что приведет к повышению эффективности его использования;

- подробное исследование влияния хозяйственной деятельности в их бассейнах на водоносность и водный режим;

- автоматизацию наиболее трудоемкого производственного процесса в речной гидрометрии - измерения расхода воды;

- повышение точности гидрологических прогнозов половодий и паводков на средних и больших реках.

В данном Наставлении гидрологические расходомеры рекомендуются как основное техническое средство для инженерного оборудования стоковых пунктов наблюдений на малых реках. Строительство их является обязательным для всех стоковых пунктов, открываемых на малых реках СССР. К последним отнесены все постоянно и периодически действующие водотоки, максимальный расход воды которых обеспеченностью 5% (один раз в 20 лет) не превышает 50 м/с.

Настоящий выпуск Наставления является третьим исправленным и существенно дополненным изданием "Наставления гидрометеорологическим станциям и постам" вып.6, ч.II. Второе издание Наставления (1952 г.) устарело и не отражает в полной мере современных научных и технических требований к организации и производству гидрометрических работ на малых реках.

В настоящее издание внесены следующие дополнения и изменения.

В гл.III даны указания по применению самописцев уровня воды длительного действия (ГР-38 и типа 501), приведены установки самописцев уровня воды (СУВ), применяемые на малых реках, находящихся в различных гидрологических и морфологических условиях.

В гл.IV включено описание метода смешения, рекомендуемого для применения в основном на горных реках.

В связи с выпуском альбомов типовых проектов сетевых гидрометрических сооружений, разработанных в ГГИ, а также подготовкой к печати специального руководства по проектированию этих сооружений из Наставления исключен раздел "Проектирование и строительство гидрометрических сооружений".

В качестве гидрологических расходомеров рекомендованы для использования лотки Вентури, водосливы с широким порогом и практического профиля, новый тип тонкостенного водослива - пропорциональный водослив. Не рекомендуются для использования на сети в качестве гидрологических расходомеров контроль-пороги из-за неопределенности их водомерных свойств.

Значительно расширены состав и содержание технического паспорта гидрометрических сооружений. Разработаны его новые формы для гидрометрических мостов, переправ, установок СУВ и гидрологических расходомеров.

Все вопросы технической эксплуатации гидрометрических сооружений вынесены в гл.XII, которая, по существу, написана заново.

В Наставлении использован многолетний опыт работы гидрометсети на малых реках, обобщенный в лаборатории гидрометрических сооружений и в отделе гидрометрии ГГИ, и в той или иной степени использованы все методические пособия ГГИ, посвященные гидрометрии малых рек, вышедшие за период 1952-1971 гг., а также рекомендации ВМО (Всемирной метеорологической организации) по измерению расходов и уровней воды и ряд иностранных литературных источников.

Работа выполнена канд. техн. наук С.С.Гинко (предисловие, введение, гл.Ill, X, XII, лотки Вентури в гл.VII и таблицы для них), канд. техн. наук Н.Н.Федоровым (гл.I, VI, VII, VIII, IX, XI, XIII), канд. геогр. наук А.М.Гавриловым (гл.II, V и XIV) и В.В.Дементьевым (гл.IV). Рукопись рецензировали и внесли ряд ценных замечаний Д.Е.Скородумов, В.П.Шабан и А.Б.Змиев. Редактирование и общее руководство работой осуществлял канд. техн. наук И.Ф.Карасев.

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. Основное назначение гидрологических наблюдений на малых реках - получение характеристик нормы стока и режима уровней, а также экстремальных значений расходов воды (максимальных и минимальных). Многолетние наблюдения на малой реке должны обеспечивать получение данных, достаточных для полного представления о многолетних и внутригодовых колебаниях ее стока, о минимальном и максимальном стоке и особенностях их формирования.

§ 2. Вместе с указанными стоковыми характеристиками гидрологические наблюдения должны обеспечивать получение достаточно подробных сведений и о других элементах гидрологического режима: твердом стоке, температурном, ледовом режиме и химическом составе. Они должны также давать представление о ходе русловых переформирований в пределах пункта наблюдений.

§ 3. Программы наблюдений на гидрологических постах малых рек могут быть откорректированы в зависимости от намечаемого направления водохозяйственного использования последних (для орошения, обводнения, водоснабжения или в качестве водоприемников при осушении, сбросе промышленных и бытовых стоков и пр.).

В каждом конкретном случае корректировка программы наблюдений производится гидрометеорологической станцией (гидрометеорологическим бюро или гидрометеорологической обсерваторией) и утверждается местным управлением Гидрометслужбы.

§ 4. В настоящем выпуске Наставления излагается только методика организации и производства наблюдений за стоком воды и уровнями на малых реках.

Все остальные виды гидрологических наблюдений на малых реках должны выполняться согласно указаниям, приведенным в Наставлении вып.6, ч.I, а также в "Дополнениях и уточнениях к Наставлению гидрометеорологическим станциям и постам вып.6, ч.I" издания 1963 г., относящихся и к малым рекам.

§ 5. Гидрологические наблюдения на малых реках организуются и проводятся для получения характеристик не только естественного, но и зарегулированного стока.

§ 6. При изучении естественного стока, включая и суточный его ход в период снеготаяния, половодья и паводков, наблюдения организуют на участках рек, где естественный режим их не нарушен гидротехническими сооружениями, отъемами (водозаборами) или сбросами воды.

Такие наблюдения обычно производят в следующих случаях:

- на реках, имеющих репрезентативные условия водосбора (бассейна), для изучения какого-либо стокоформирующего фактора (озерности, лесистости, распаханности, заболоченности, карста и т.п.);

- на реках со своеобразным режимом водного питания: снеговым, дождевым (в условиях муссонного климата), ледниковым и др.;

- на воднобалансовых, горно-стоковых, селестоковых и других специализированных гидрологических станциях.

§ 7. При изучении характеристик зарегулированного стока наблюдения организуют и производят обязательно ниже подпорных гидротехнических сооружений, если ими осуществляется суточное и более "глубокое" (недельное, месячное, сезонное) регулирование стока.

§ 8. Если искусственные изменения естественного режима стока малой реки выражаются не только в его перераспределении во времени (имеет место регулирование стока водохранилищем), но и в увеличении или уменьшении его объема (сбросы воды в реку или ее изъятие), то наблюдения организуют в створе соответствующего сооружения (плотина, водозабор, водосброс) с учетом особенностей измененного режима (искусственной обстановки, создавшейся на реке), сообразуясь со сведениями, полученными при обследовании водотока (см. приложение 2). При этом на реке рекомендуется устройство установок самописцев уровней воды (СУВ), а не простых реечных водомерных постов.

§ 9. Принадлежность данного водотока к категории малой реки с точки зрения организации гидрометрических работ устанавливают на основании предварительного определения величины максимального расхода 5%-ной обеспеченности.

Если расчетный расход 5%-ной обеспеченности окажется больше 50 м/с, организацию и производство гидрологических наблюдений на реке следует проводить в соответствии с Наставлением вып.6, ч.I.

§ 10. Все пункты стоковых наблюдений на малых реках оборудуются гидрометрическими сооружениями. Эти сооружения разделяются на вспомогательные и измерительные.

К вспомогательным гидрометрическим сооружениям относятся гидрометрические мосты (переходы) и гидрометрические переправы (люлечные и лодочные).

К измерительным гидрометрическим сооружениям относятся установки СУВ и гидрологические расходомеры.

§ 11. Строительство гидрометрических сооружений на малых реках выполняется по типовым проектам.

В настоящее время в системе ГУГМС имеются следующие альбомы типовых проектов:

- "Мосты решетчатые металлические", индекс альбома - МР (для пролетов 12; 16; 20 и 24 м);

- "Мосты решетчатые металлические облегченные", индекс альбома - МР (для тех же пролетов);

- "Мосты подвесные", индекс альбома МП (для пролетов 25; 50; 75 и 100 м);

- "Переправы люлечные двухтросовые", индекс альбома ПЛ (для пролетов от 25 до 200 м);

- "Установки самописцев уровня воды", индекс альбома УСУ (для диапазона колебаний уровня до 12,0 м);

- "Расходомеры гидрологические комбинированные", индекс альбома РК (на расходы до 3,5 м/с).

На разработанные в альбомах типовые проекты составлены типовые сметы.

§ 12. Каждый типовой проект, скомпанованный из альбомов чертежей, а также типовая смета подлежат привязке к местным условиям конкретного пункта наблюдений, где намечено строительство данного гидрометрического сооружения.

Условия применения гидрометрических сооружений, для которых разработаны типовые проекты, оговорены в каждом из альбомов.

§ 13. По каждому альбому типовых проектов составлен сборник паспортов. Они изданы в виде отдельных брошюр. Сборники паспортов позволяют выбрать необходимые чертежи, не обращаясь к альбомам, и заказывать их в ГГИ, не выписывая целиком альбомы.

Паспорта позволяют также произвести выбор нужного варианта гидрометрического сооружения данного типа, не прибегая к альбому, и произвести выборку материалов, необходимых для его строительства.

§ 14. Для гидрологических расходомеров разрешается разработка индивидуальных проектов в тех случаях, когда в альбоме отсутствует соответствующий типовой проект.

Глава I

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДОВ ВОДЫ И ВЫБОР ТИПА ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РАСХОДОМЕРОВ

§ 15. Расходы воды малых рек определяются следующими способами:

1) гидрометрической вертушкой в створах естественного упорядоченного русла и способом смешения;

2) объемным способом;

3) гидрометрической вертушкой в специально оборудованном контрольном русле;

4) с помощью гидрометрических лотков;

5) с помощью водосливов различных типов;

6) по данным о прохождении воды через турбины и водосборные отверстия малых ГЭС;

7) с помощью поплавков.

Выбранный метод измерения расхода воды должен для данных условий наилучшим образом удовлетворять требованиям точности отдельных измерений и учета стока во времени при наименьших затратах средств на сооружение и эксплуатацию измерительных устройств.

При выборе метода измерения расхода воды и соответственно типа гидрометрического устройства следует прежде всего иметь в виду, что наиболее совершенными являются измерения с помощью гидрологических расходомеров - лотков и водосливов, - которые дают возможность непосредственно определить расход воды по высоте уровня (напора) на основе соответствующих гидравлических зависимостей и данных тарировки. Ряд преимуществ по сравнению с измерениями расходов в обычных гидростворах имеют измерения, проводимые в искусственных контрольных руслах. Эти преимущества сводятся к следующему: