книги из ГПНТБ / Быков В.Д. Гидрометрия учебник

В. Д. БЫКОВ, А. В. ВАСИЛЬЕВ

ГИДРОМЕТРИЯ

Издание третье переработанное и дополненное

Д о п у щ е н о

Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебника для студентов вузов,

обучающихся по специальности «Гидрология суши»

Г И Д Р О М Е Т Е О И З Д А Т Л Е Н И Н Г Р А Д • 1972

библиотека СССР

В книге излагаются методы количественного опреде­ ления и учета элементов режима водных объектов — уровней воды, глубин, скоростей течения, расходов воды и наносов, а также методы специальных наблюдений и исследовании течении, термического и ледового режи­ мов, волнения. Рассмотрены применение аэрометодов в гидрометрии, вопросы комплексной автоматизации на­ блюдений и механизации обработки материалов наблю­ дений на гидрологической сети СССР. Большое внима­ ние уделено современным приборам и методам измере­ ний и наблюдений.

Книга предназначается для студентов государствен­ ных университетов и гидрометеорологических институ­ тов по специальности «Гидрология суши» в качестве учебника по курсу гидрометрии, но может также слу­ жить пособием для гидрологов, географов, гидротех­ ников, изыскателен при проведении гидрометрических работ на реках н водоемах.

flows, waves, ice and thermal regime. Utilization of mea­ surements taken from aircraft in hydrometry and problems of automatic recording and machine processing of data from the hydrological network of the USSR are expoun­ ded. Much attention is given to the up-to-date instruments and technique of observation and measurement.

This volume is designed for university and college students in the field of dry land hydrology as the textbook in hydrometry. It may be also useful for hydrologists, geographers and research workers.

2-9-6

19-72

П Р Е Д И С Л О В И Е

Настоящий учебник составлен в соответствии с учебной про­ граммой по гидрометрии, утвержденной Министерством высшего и специального среднего образования. Учебник включает следую­ щие основные разделы:

I . Задачи гидрометрии и организация гидрометрических на­ блюдений.

I I . Наблюдения за уровнями воды. I I I . Измерение глубин.

IV. Измерение скоростей течения воды.

В новом издании содержание книги существенно переработано. Исключены устаревшие методы и приборы. Дано описание новых методов и приборов. Вновь написана глава 33 — «Применение аэрометодов в гидрометрии», глава 34 — «Комплексная автома­ тизация гидрологической сети» и глава 35 — «Механизированная обработка результатов наблюдений».

Учебник предназначен для студентов по специальности «Гидрология суши». Материал излагается с учетом подготовки сту­ дентов. Гидрометрия изучается на втором курсе, когда студенты еще не проходили таких специальных дисциплин, как гидрология, гидромеханика и гидравлика, динамика русловых потоков, гидро­ химия и др. В связи с этим даны краткие сведения из указанных дисциплин, а отдельные вопросы изложены более доступно. При этом имеется в виду, что более глубокие знания по теории пред­ мета студенты могут получить при изучении перечисленных спе­

3) организация полевых работ и наблюдений, 4) обработка ре­ зультатов наблюдений.

РАЗДЕЛ I

ЗАДАЧИ ГИДРОМЕТРИИ. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

Глава 1

ВВЕДЕНИЕ

1.1. Предмет и задачи гидрометрии

Гидрометрия является частью более обширной науки — гидро­ логии. Слово «гидрометрия» образовано из сочетания двух грече­ ских слов: v6cop — вода и цетреы— измеряю, т. е. «водомерие», измерение воды. Практически этот дословный перевод удержался только за одним из разделов гидрометрии — наблюдениями за уровнями воды, которые называются водомерными наблюдениями.

Основными задачами гидрометрии являются: 1) разработка методов и приборов для количественного определения и учета раз­ личных элементов режима водных объектов, 2) систематическое изучение гидрологического режима водных объектов для получе­ ния многолетних характеристик уровней, стока воды и наносов,

представление об их гидрологических особенностях и возможно­ стях использования в народном хозяйстве, применяются стацио­ нарные и экспедиционные методы.

Устройство н оборудование сети гидрологических станций и постов, организация наблюдении на них, разработка методов и приборов для изучения элементов режима водных объектов рас­ сматриваются и изучаются в курсе гидрометрии, а организация и производство специальных водных исследований в связи с водо­ хозяйственным проектированием изучаются в курсе водных иссле­ дований.

5

В соответствии с делением гидрологии по видам вод, являю­ щихся объектами ее изучения, гидрометрия может быть подраз­

ской океанографией; 2) гидрометрию вод суши (рек, озер, водо­ хранилищ) .

B. Гидрометрию подземных вод.

Из перечисленных разделов гидрометрии наиболее разработан­ ными и выделившимися в форме особых научных дисциплин явля­ ются морская гидрометрия и речная гидрометрия.

В состав основных гидрометрических работ на реках, озерах и водохранилищах входят: 1) устройство и оборудование гидроло­ гических станций и постов; 2) промерные работы для изучения глубин и рельефа дна водных объектов; 3) наблюдения за коле­ баниями уровнен воды; 4) наблюдения за уклонами водной по­ верхности; 5) наблюдения за температурой воды, замерзанием и вскрытием водоемов, состоянием ледяного покрова; 6) измерение скоростей и направлений течений; 7) определение стока воды и наносов; 8) определение механического состава наносов и донных отложений; 9) наблюдения за цветом, прозрачностью, удельным весом и химическим составом воды.

Помимо перечисленных, в состав гидрометрических работ мо­ гут входить наблюдения за деформацией речных русел и побере­ жий водохранилищ, наблюдения за волновым режимом, исследо­ вание новых приборов и разработка методов гидрометрических оабот и пр.

1.2. Значение гидрометрии для народного хозяйства

Результаты гидрометрических работ широко используются для различных научных обобщений и выводов, способствуя развитию теоретических основ гидрологии и методов гидрологических рас­ четов. Водные объекты страны используются для судоходства и лесосплава, водоснабжения населенных пунктов и промышленных

не только расчетные данные для проектирования отдельных гидро­ технических сооружений, но и проект водохозяйственного баланса одного или многих объектов, расположенных на большей пли меньшей территории, в целях наилучшего и комплексного исполь­ зования водных ресурсов этой территории для народного хо­ зяйства.

6

Решение сложных вопросов планирования водного хозяйства и строительства крупных гидротехнических сооружений невозможно

воздействию со стороны последних. Сооружения, построенные без достаточного гидрологического обоснования, могут быть частично или полностью разрушены.

Эксплуатация оросительных систем, водных путей сообщения и сплава и различных гидротехнических сооружений (плотни, гидро­ электростанций, водозаборных установок и пр.) требует непрерыв­

огидрологическом режиме водных объектов, изменении их режима

ипрогнозов гидрологических явлений (вскрытие и замерзание во­ доемов и пр.).

Таким образом, между гидрометрией, водным хозяйством и гидротехникой всегда существовала тесная связь, способствовав­ шая развитию и усовершенствованию методов гидрометрии одно­ временно с развитием гидротехники и ростом потребностей вод­ ного хозяйства страны в целом.

1.3. Краткие исторические сведения о развитии

гидрографических и гидрометрических работ в СССР

Наиболее ранние водомерные наблюдения в СССР относятся к первому тысячелетию до нашей эры. Установлено, что разного рода водомеры для распределения оросительной воды на иррига­ ционных системах применялись в бассейне реки Зеравшан, где было расположено древнее государство Согдиана, а также в ниж­ нем течении Амударьи, в Хорезме.

Примером внимания наших предков к водным путям может служить факт измерения ширины Керченского пролива, проведен­ ного князем Глебом Святославовичем, по льду зимой 1068 г. Ши­ рина пролива была определена в 14 000 сажень (29 850 м).

Для обеспечения безопасности плавания по рекам в качестве указателей опасных для судоходства мест наносились знаки на валунах в руслах рек, примером чего могут служить Борисовы камни на Западной Двине (рис. 1.1), установленные по распоря­

7

ных сил, развитие промышленности и торговли, а также потреб­ ности обороны страны вызвали необходимость усиленного исполь­ зования рек для судоходства и строительства каналов и водных соединений. Так, в 1697—1701 гг. в связи с Азовскими походами были проведены первые инженерные исследования Дона, а также первые изыскания водораздела Дон—Волга. В 1700—1704 гг. были проведены изыскания в районе Иван-озера для составления про­

с Балтийским морем. На этой системе было впервые осуществлено регулирование стока посредством водохранилищ. При Петре I

ния на Москве-реке и ее притоках в целях соединения Москвыреки с Верхней Волгой.

Петр I в одном из своих указов повелел отмечать на стенах городов, монастырей и церквей уровень воды весеннего половодья, установил в 1715 г. первый водомерный пост на р. Неве у Петро­ павловской крепости. Несколько позже водомерные наблюдения были начаты на Ладожском озере, валдайских озерах и уральских прудах. При Петре I был измерен первый расход Волги у г. Камы­ шина. Ему принадлежит идея создания глубоководного лота

сприспособлением для взятия пробы грунта.

Вцелях изучения основных гидрологических характеристик режима рек в 1760 г. по инициативе М. В. Ломоносова географи­ ческим департаментом Академии наук, была разослана анкета, за­ ключавшая вопрос: «В какую пору по большей части реки при городах замерзают и выходят (вскрываются) и где бывают веш­ ние и осенние наводнения и как велики?».

М. В. Ломоносову принадлежит также идея и разработка пер­ вой конструкции прибора типа вертушки для измерения скоростей течения.

Значительную работу по изучению рек и озер России выпол­ нила Академия наук, которая в 1768—1774 гг. провела ряд геогра­ фических экспедиций, собравших обширные материалы по гидро­ графин. Следует отметить сочинение А. Колмакова, изданное в 1791 г., под названием «Карманная книжка для вычисления ко­ личества воды, протекающей через трубы, отверстия или по же­ лобам. ..». В 1856 г. инженер В. Рожков ' опубликовал моно­ графию «О гидравлическом и горнозаводском хозяйстве с описа­ нием устройств, в нем употребляемых». Труд Рожкова в основном

9