Нівеляція

Для вивчення річок, озер і інших водних об'єктів у зв'язку з складанням проектів їх народногосподарського використання проводять різні спеціальні нівелірні роботи, найбільш типові з яких будуть розглянуті нижче.

Для нівелірних робіт застосовують сучасні нівеліри, по точності відповідні вживаному класу нівеляції. Найбільше застосування у водних дослідженнях має технічну нівеляцію і нівеляцію IV класу.

Нівелір - це оптико-механічний прилад для побудови у просторі горизонтального променя.

За конструкцією розрізняють:

1) нівеліри з циліндричним рівнем біля зорової трубки;

2) нівеліри з компенсатором для автоматичного приведення візирної осі зорової труби в горизонтальне положення;

3) електронні нівеліри.

3.1. Нівеляція для визначення ухилу водної поверхні річок

Крім робіт по складанню подовжнього профілю, про що сказано нижче, точне визначення ухилу водної поверхні необхідне при виборі ділянки для розташування гідрологічного поста, при визначенні витрат паводків по мітках високих вод, при визначенні шорсткості русел, при проведенні експлуатаційних досліджень для поліпшення судноплавних умов, при виконанні різних наукових досліджень.

Визначення ухилу водної поверхні на необхідній ділянці складається з вимірювання падіння рівня на ділянці і вимірювання довжини ділянки річки. Величина ухилу обчислюється за формулою: =

Визначення миттєвого значення місцевих ухилів водної поверхні, що буває необхідно при дослідженнях, виконують за допомогою стереофотозйомки з подальшою обробкою стереопар на фотограмметричних приладах. При цьому одержують план водної поверхні в горизонталях, по якому і визначають необхідні ухили.

3.2. Нівелювання через річку. Визначення поперечних ухилів водної поверхні

При проведенні водних досліджень часто виникає необхідність в передачі відміток на протилежний берег річки. При невеликій ширині річки це не викликає утруднень. У випадках переходів через широкі річки застосовують спеціальні прийоми нівеляції, керуючись при цьому вказівками ЀІнструкції по нівеляції I, II, III і IV класівЀ.

Мал. 1. Схеми передачі нівеляції через річку.

І - інструмент, Р - рейка.

Для цього вибирають найбільш відповідне місце - вужче, з незарослими, невисокими стійкими берегами. При ширині річки до 200 м роботу проводять таким чином. Нівелір і рейки розташовують у вершинах прямокутника або паралелограма (мал. 1 а). Нівеляцію виконують з обох берегів. Для установки рейок в крапках А і В забивають міцні коли і в їх торці забивають цвяхи з півсферичними капелюшками. Слід дотримувати рівність відстаней між нівеліром і рейками, а також враховувати, щоб висота візирного променя над водною поверхнею була не менше 3 м. Для нівеляції через річки рекомендується застосувати спеціальні одношкальні рейки з штрихами завтовшки 3 мм. Нівеляцію виконують в такому порядку:

- відлік по задній рейці

- відлік по передній рейці;

змінюють положення інструменту по висоті:

- відлік по передній рейці

- відлік по задній рейці.

Зворотний хід нівеляції через річку виконують в іншу половину дня, в тому ж порядку. При нівеляції по Ill класу допускається розбіжність в перевищеннях з двох прийомів 4 мм, а при нівеляції IV класу --7 мм.

При нівеляції через річки рекомендується дотримувати наступні правила. Краще роботу проводити в похмурі або хмарні дні.

На прямолінійних ділянках річок в період стійкої літньої межені допускається передача відміток на протилежний берег по рівню води. Нівеляцію проводять двічі. За наявності на річці острова нівеляцію можна проводити по схемі, показаній на мал. 1б.

На річках шириною більше 200 м застосовують складніші прийоми нівеляції і виконують цю роботу, як правило, спеціальні геодезичні підрозділи.

Нерідко при проведенні водних досліджень виникає необхідність у визначенні поперечних ухилів водної поверхні річок. Найбільша величина поперечних ухилів звичайно спостерігається на поворотах русла. На нешироких річках можливо безпосереднє визначення перевищення по одночасно забитих на протилежних берегах рівневих колах з установкою нівеліра на увігнутому березі річки. На ширших річках необхідно на обох берегах мати репери, від яких і треба нівелювати рівневі коли, одночасно забиті на протилежних берегах. Ширину річки визначають по далекоміру або шляхом обчислення по зміряному базису і куту.

3.3. Нівеляція для складання подовжнього профілю річки

Подовжній профіль річки є розрізом уздовж всієї річки або окремої ділянки по лінії найбільших глибин. Він не залишається постійним в часі, тому у разі використання старих профілів необхідне їх уточнення.

Для складання подовжнього профілю виконують наступні роботи: 1) створюють планову і висотну основи; 2) встановлюють тимчасові водомірні пости; 3) проводять нівеляцію рівнів води; 4) вимірюють глибини; 5) проводять камеральную обробку.

Водомірні пости необхідні для спостережень за рівнем води в період проведення нівелювання. Рівень води на подовжньому профілі відносять до одного моменту часу. Оскільки нівеляція річки або її ділянки значної протяжності може продовжуватися досить довго (декілька днів) і за цей час рівень не залишається в одному положенні, водомірні спостереження, що проводяться, на постах дозволяють визначити величини поправок для приведення рівня до одного моменту часу на всій ділянці. Ці поправки називають зрізками, а приведений до одного моменту часу рівень - зрізочним, або умовним. Зрізки можуть бути позитивними, коли при нівеляції рівень води був вищий зрізочного, або негативними, коли він був нижчий зрізочного. Рівень води у момент його нівеляції називають робочим рівнем.

Тимчасові водомірні пости встановлюють завчасно, а спостереження на них починають приблизно за 5 днів до початку нівеляції водної поверхні і ведуть прискорено під час проведення нівелювання. За даними спостережень складають графіки коливань рівня води для кожного поста. Тимчасові водомірні пости роблять палевого або рейкового типів і забезпечують репером, що прив'язується нівелюванням IV класу до висотної мережі. Відстань між постами звичайно приймають не більше 50 км. Тимчасові водомірні пости влаштовують на додаток до існуючих на річці постів Гідрометслужби і відомчим, спостереження на яких обов'язково використовуються. При цьому необхідно переконатися у відповідності висотної основи цих постів прийнятої точності, а в потрібних випадках зробити висотні прив'язки реперів.

Нівеляцію рівня води проводять в період стійкого стояння рівнів, на річках середньої смуги - звичайно в літню межень.

Миттєве положення рівня повинно бути зафіксовано після всіх характерних місць подовжнього профілю водної поверхні: на перекочуваннях, порогах, плесах, різких поворотах, звуженнях і розширеннях русла, верхніх і нижніх б'єфах підпірних споруд; на довгих ділянках рівнинних річок з одноманітним дном - через 2-5 км.

Вибрані для нівеляції рівня місця називаються точками миттєвої зв'язки (ТМЗ), або точками одноденної зв'язки (ТОЗ)рівня. Для нівеляції рівня в цих точках на річці вибирають місце із зручним підходом до води, і на відстані близько 1 м від урізання води забивають кіл врівні з водною поверхнею. Для контролю рекомендується забивати ще два кілки на відстані 1 м від першого вище і нижче за течією теж врівні з водною поверхнею. Кілки повинні бути забиті достатньо міцно. Визначають і планове положення точок миттєвої зв'язки.

Забивання рівневих кілків в усіх точках миттєвої зв'язки рівнів між двома сусідніми водомірними постами проводять одночасно по вивіреному годиннику. У кожної точки миттєвої зв'язки завчасно встановлюється репер тимчасового типа і прив'язується до висотної основи.

Нівелювання рівневих кілків проводять від реперів і починають відразу ж після забивання колів з тим, щоб на ділянці між двома сусідніми водомірними постами цю роботу закінчити в найкоротший строк, краще всього за 1-2 дні.

Одночасно з нівеляцією колів звичайно визначають відмітки рівня високих вод, для чого нівелюють від тих же реперів мітки, що залишаються на берегах високими паводками. Для знаходження таких міток користуються вказівками старожилів.

Після закінчення нівеляції точок миттєвої зв'язки на одній ділянці виконують таку ж роботу на подальшій ділянці між водомірними постами і так далі на всьому протязі досліджуваної річки.

На подовжньому профілі показують відмітки характерних точок інженерних споруд (біля мостів - низу ферм, у дамб і гребель - верху гребеня, у насосних станцій - осі насоса і сосуна водозабірної труби і т. д.), що є на річці, визначені нівеляцією від найближчих реперів висотної основи.

Вимірювання глибин річки проводять по поперечниках в точках миттєвої зв'язки. Іноді обмежуються вимірюванням глибин тільки на стрижні. По розбитих на місцевості поперечниках проводять нівелювання заплави річки до корінних берегів, до відміток на 1-2 м вище за рівень високих вод або підпірного рівня.

Після обробки результатів нівеляції рівнів води для складання подовжнього профілю необхідно привести рівні на всіх ділянках до умовного (зрізочного) рівня, за який береться найнижчий рівень, що спостерігався за час проведення робіт.

Після проведення нівелювання і обробки результатів будують подовжній профіль. Цю роботу починають з складання відомості подовжнього профілю, в якій систематизувалися всі дані, зокрема: 1) кілометраж по лінії найбільших глибин, починаючи від гирла річки; 2) відмітки умовного рівня води; 3) відмітки високого рівня; 4) відмітки дна; 5) положення і відмітки реперів; 6) положення водомірних постів і гідрометричних створів; 7) притоки; 8) населені пункти і промислові підприємства; 9) інженерні споруди на річці. При потребі включають і інші відомості. Відомість складають у вигляді окремих таблиць по видах відомостей, указуючи в кожній кілометраж від гирла.

Як вже наголошувалося, складають докладний, скорочений і схематичний профілі. Починають з докладного профілю, а останні два складають за даними докладного. Подовжні профілі викреслюються в масштабах, приведених табл. 1.

Таблиця 4.4 Масштаби для складання подовжніх профілів річок Докладні профілі

Горизонтальний 1:50 000 1:100 000 1: 200 000

Вертикальний.. 1:100-1:200 1:100-1:200 1:200-1: 500

Скорочені профілі

Горизонтальний 1:300000 1:500 000 1:1000 000

Вертикальний.. 1:500 1:1000 1:2000

3.4. Нівелірні знаки

Всі нівелірні ходи закріплюють реперами: постійними - через 5-6 км, тимчасовими - через 2,5-3,0 км. Тимчасові репери встановлюють також у водомірних постів і гідростворів, на майданчиках гідротехнічних споруд, у геологічних виробках і в інших місцях, де це необхідно. Для установки реперів вибирають місця, що забезпечують їх збереження. Установку реперів проводять завчасно, за декілька діб до нівеляції.

Як постійні репери при проведенні водних досліджень в даний час часто вживають стандартні гвинтові палі із сталевих товстостінних труб. Використовують ґрунтові репери, репери з бетонним монолітом, тимчасові репери.

Репери Державної висотної мережі в даний час робляться, згідно Інструкції, стандартних типів залежно від глибини сезонного промерзання або протавання ґрунтів. Тимчасові репери роблять часто з дерева. Дуже зручні стінні репери. Їх встановлюють в цокольній частині капітальних будов і на прямовисних скелях; заздалегідь пробивають дірку, змочують її водою, заповнюють розчином (цемент, пісок, вода), потім із зусиллям вставляють туди репер. При цьому необхідно передбачити зручність постановки рейки у вертикальному положенні на полиці репера.

Глибину закладення реперів в ґрунт приймають не менше ніж на 0,5 м нижче за найбільшу глибину промерзання в даному районі.

3.5. Барометрична нівеляція

Барометрична нівеляція в даний час знаходить широке застосування в різних видах досліджень і досліджень. У водно-технічних дослідженнях його застосовують переважно в гірських і труднодоступних районах, в закритій місцевості і де відсутні або дуже рідкісні пункти державної висотної мережі. При барометричній нівеляції не вимагається взаємної видимості між пунктами.

Визначення перевищень за допомогою барометричної нівеляції засноване на залежності між величиною атмосферного тиску і висотним положенням точок нівеляції. Проте ця залежність є вельми складною і вимагає обліку цілого ряду чинників і в першу чергу температури і вологості повітря. Точність барометричної нівеляції залежить від правильності обліку як метеорологічних чинників, так і інструментальних погрішностей приладів, а також і від методики проведення робіт. За сучасними даними точність барометричної нівеляції в рівнинних районах може бути забезпечена Ѐ0,5 м, а в предгірських і гірських районах до Ѐ1,0-2,5 м.

Залежність між атмосферним тиском повітря і висотним положенням точок нівеляції виражається барометричними формулами. Найбільш строгою і повною є формула Лапласа, проте є і пізніші уточнення цієї формули. Для обчислення перевищень по скорочених барометричних формулах є спеціальні таблиці, якими і слід користуватися. В даний час дуже зручними для практичного застосування є таблиці Л.С. Хренова. У них за основу узята барометрична формула М. Арно.

Література

1. Інженерна геодезія: підручник / С.П.Войтенко.- К.: Знання, 2009.- 557с.

2. Васильев А. В., Шмидт С. В. Водно-технические изыскания. Л., Гидрометеоиздат, 1978.- 367 с.

3. Инструкция по нивелированию I,II,III и IV классов.М., Недра, 1974.-160с.

Питання до лекції

1. Які матеріали необхідні для складання схеми комплексного використання річки?

2. Які основні топографо-геодезичні матеріали потрібні для складання технічного проекту комплексного гідровузла?

3. З чим головним чином пов’язані геодезичні роботи на стадії робочих креслень?

4. Що називають плановою геодезичною основою?

5. З чого складається головна геодезична основа?

6. Що являють собою тріангуляційні мережі?

7. З чого складається трилатерація?

8. Як будуються полігонометричні мережі?

9. З якою метою створюється висотна основа?

10. Які знаки висотної основи на місцевості?

11. Чим закріплюється висотна основа?

12. Що таке нівелір?

13. Як розрізняють нівеліри за конструкцією?

14. Як проводять нівелювання для визначення нахилу водної поверхні річки?

15. В якому порядку проводять нівелювання через річку?

16. Що являє собою повздовжній профіль річки?

17. Як проводять нівелювання для складання повздовжнього профілю річки?

18. Які є види реперів?