Гидрологические данные Ярославской области

Примеры

Речная сеть Ярославской области развита достаточно хорошо. Основу ее составляют малые реки и речки. В области насчитывается около 300 водотоков длиной более 10 км. Большинство рек несут свои воды в главную реку нашей области - Волгу, на которой создан каскад водохранилищ: Угличское, Рыбинское, Горьковское.

На уровенный режим Горьковского водохранилища (р.Волга) у г. Ярославля оказывает влияние работа Рыбинской ГЭС, характерен неустановившийся режим стока с четко выраженной суточной и недельной цикличностью.

Начало ледостава на Горьковском водохранилище у г. Ярославля приходится на 24-25 ноября, а очищение ото льда - первая декада апреля. Максимальная толщина льда составляет 60-70 см.

По классификации М.И. Львовича реки области относятся к району преимущественно снегового питания, т.е доля этого источника питания составляет 50-80%. Для рек характерно высокое весеннее половодье и низкая летняя межень.

Начало установления ледостава на малых реках - первая декада ноября. Продолжительность периода с ледовыми явлениями 120-170 дней. Очищение ото льда наступает на реках в конце первой - начале второй декад апреля. Пик весеннего половодья приходится на вторую декаду апреля. Конец половодья на большинстве рек приходится на первую и вторую декаду мая.

На территории области насчитывается около 100 озер. Около 60% озер области представляют собой малые водоемы площадью менее 10 га. Наиболее крупные озера: оз. Неро и оз.Плещеево, площадь водосбора соответственно равна 54.4 кв.км, 50.8 кв.км. Наибольшие значения толщины льда на оз. Неро 80-90 см, на оз Плещеево до 100 см.

Наблюдения за гидрологическим режимом рек, озер и водохранилищ проводятся на территории Ярославской области на 30 постах, из них на водохранилищах 9 постов, на озерах 2. Наблюдения за химическим составом воды проводятся на 14 постах.

Впервые наблюдения за уровнем и температурой воды начали проводить на реке Волге в 1876 году, когда были открыты посты в г. Тутаеве и г. Ярославле. Гидрологические посты расположены на наиболее крупных реках и озерах, таких как Которосль, Соть, Улейма, Пахма, на Угличском, Рыбинском и Горьковском водохранилищах. Наблюдения проводятся за уровнем и температурой воды, толщиной льда и ледовыми явлениями, измеряются расходы воды.

7 Основы гидрометрии

Гидрометрия – совокупность методов определения величин, характеризующих движение и состояние жидкости и режим водных объектов. К задачам гидрометрии относятся измерения:

- уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока;

- напоров и давлений;

- скоростей и направлений течения жидкости, пульсаций скоростей и давлений;

- элементов волн, гидравлических уклонов;

- мутности потока (концентрации наносов);

- расходов воды, наносов и гидросмеси;

- элементов, характеризующих термический и ледовый режим потоков…

7.1 Паспорт водоема

При исследовании водоема необходимо провести его визуальное описание. По итогам визуального обследования составляется паспорт водоема.

а) Паспорт реки:

- название;

- место, откуда берет начало;

- водоем, в который впадает данная река;

- притоки (левые, правые);

- высший уровень половодья (определяется по мусору на кустах, темным кольцам на деревьях, не просохшим после половодья, и т.д.);

- расход воды (определяется путем измерения скорости течения воды и площади сечения реки в разных местах);

- характер течения на отдельных участках (верхнем, среднем и нижнем);

- вода: цвет, температура, прозрачность, вкус, запах, жесткость;

- прилегающая местность: рельеф (равнинный, холмистый, горный), характер берегов (полые, крутые, обрывистые), грунты (песчаные, глинистые, торфяные, скальные), растительность (деревья, кустарники, травянистые растения);

- описание родников в долине реки;

- характер русла: извилистое или прямое, наличие плесов, рукавов, отмелей и перекатов, водопадов и порогов;

- животный и растительный мир (типичные представители), особо отмечаются редкие и исчезающие виды;

- хозяйственное использование (наличие гидротехнических сооружений, источники загрязнения);

- составляется карта-схема реки, вычерчивается ее поперечный профиль в разных местах.

б) Паспорт озера:

- название;

- местоположение;

- размер озера и характер береговой линии (возвышенные или низменные, пологие или крутые, каменистые или песчаные берега, наличие заливов и т.д.);

- характеристика грунта на отмелях, мощность иловых отложений;

- температура воды на поверхности и на разных глубинах в различные сезоны;

- цвет, прозрачность и другие характеристики воды;

- промеры глубин с лодки;

- данные о пересыхании, промерзании, заморах, наибольших и наименьших уровнях воды;

- характер водной и прибрежной растительности;

- животный мир;

- наличие притоков, истоков, прилегающих болот, ключей;

- количество воды, поступающей из притоков за сутки, и расход ее в реках и ручьях, вытекающих из озера;

- наличие насосных станций, рыборазводных и других хозяйственных сооружений;

- источники загрязнения и меры защиты озера;

- карта-схема озера.

в) Паспорт родника:

- название;

- местоположение;

- тип по способу выхода воды на поверхность (одни начинаются на крутом склоне, ниспадающие, другие – выбиваются на дне небольшого бассейна, третьи – просачиваются через более или менее толстый слой земли, превращая этот слой в род болота);

- характеристика грунта;

- температура воды;

- расход воды в л/сек;

- физические и химические показатели воды;

- растительность;

- животный мир;

- использование;

- источники загрязнения и меры защиты.

7.2 Водомерные наблюдения на посту

На установленном водомерном посту производится комплекс гидрометрических наблюдений: за уровнем воды, температурой воды и воздуха, наблюдения за ветром, осадками, волнением. Наблюдения проводятся ежедневно, сроки наблюдений 8 и 20 часов. Записи ведутся в полевой книжке водомерных наблюдений.

Для непрерывной записи уровней воды применяются лимниграфы и мареографы. Передача данных об уровнях воды на значительные расстояния производится дистанционными уровнемерами. В лабораторных и промышленных условиях применяются самописцы уровня или мерная игла, острие которой совмещается с поверхностью жидкости.

Напор и давление жидкости измеряется пьезометрами и манометрами.

В природных условиях глубины вод измеряются гидрометрической штангой, футштоком и лотом. Автоматически глубины записываются гидрометрическими профилографами: механическим, гидростатическими и акустическими (эхолотами). Рельеф дна и форма свободной поверхности потока в один и тот же момент фиксируются стереофотограмметрической съемкой.

Для измерения температуры воды применяется водный или родниковый термометр в оправе. Термометр опускается в воду на бечевке в отвесном положении так, чтобы стаканчик оправы находился на глубине 0,3-0,5 м от поверхности воды. Верхний конец бечевки подвязывается к борту лодки, подмосткам и т.п. Термометр выдерживают в воде не менее 5 минут. Затем быстро извлекают и производят отсчет, причем сначала замечают десятые доли, а потом целые градусы.

Температура воздуха измеряется в тени при помощи этого же термометра с точностью до 0,1 С.

Для последующего анализа качества наблюдений за уровнем воды производятся визуальные определения состояния реки, характер ветра и волнения с записью в соответствующих графах полевой книжки водомерных наблюдений. При визуальном наблюдении за ветром определяется его сила и направление. Сила ветра обозначается как “слабый”, “умеренный”, “сильный”. Направление ветра указывается стрелками: вниз или вверх по течению реки, с левого или правого берега реки. Волнение отмечается в баллах: 0 – нет, 1 - слабое, 2 – умеренное, 3 – сильное. Осадки обозначаются буквами: Д – дождь, Г – град, С – снег.

Скорости течения воды измеряются: местные (в определенных точках потока) – гидрометрическими вертушками и трубками, термогидрометром, флюгером, поплавками, электронно-механическими приборами и др.; при исследовании турбулентности потока показания многих приборов записываются на осциллографе; средние скорости на вертикалях безнапорного потока измеряются поплавком - интегратором, гидрометрическим шестом, гидрометрической вертушкой, если последнюю перемещать в потоке вертикально.

Расходы жидкости определяются различными способами, в основном зависящими от вида движения жидкости (напорное или безнапорное) и величины расхода. Самые точные способы – весовой и объемный, однако они применимы только для определения малых расходов жидкости. Для измерения расходов напорных потоков применяются диафрагмы, труба Вентури, расходомеры. В условиях речных потоков чаще всего применяется способ, основанный на измерении местных скоростей и глубин, по которым подсчитывается расход. На небольших водотоках устраиваются гидрометрические сооружения, представляющие собой водосливы, гидрометрические лотки, искусственные контрольные сечения, водомерные насадки и др. Для определения расходов могут использоваться и сами гидротехнические сооружения (например, расходы на ГЭС могут быть установлены по рабочим характеристикам турбин).

Свайный водомерный пост устраивают на прямолинейном участке реки, где нет подпора воды, возникающего вследствие какого-либо препятствия, замедляющего ее течение. При устройстве поста перпендикулярно течению воды намечают створ, по которому устанавливают репер (на незатопляемой части берега) и сваи.

Сваи устанавливают на берегу и по дну реки на одной линии. Нумерация свай идет от репера. Их число зависит от крутизны берега и амплитуды колебания уровня воды. Превышение верха свай друг над другом должно составлять 0,6-0,8 м. Первая свая устанавливается выше максимального уровня воды на 0,3-0,5 м, последняя – на 0,5 м ниже минимального уровня. Верх свай и репер связывают нивелировкой.

На свайном посту уровень измеряется при помощи переносной водомерной рейки, устанавливаемой вертикально на площадку ближайшей к берегу сваи, покрытой водой. Отсчет по рейке снимается с точностью до 1 см.

1 – будка; 2 – самописец; 3 - столик; 4 – колодец; 5 – поплавок; 6 - соединительная труба

Рисунок 7.1 – Схема свайного и берегового водомерного поста (с самописцами); схема промера живого сечения реки

Реечный водомерный пост устраивают на участках рек с устойчивыми обрывистыми берегами (при необходимости с креплением их), на набережных, опорах мостов, как правило, при относительно небольшой (до 5 м) амплитуде годового колебания уровня воды. Измерение уровней ведется по водомерной рейке с ценой деления 2 см, с нумерацией с правой и с левой части лицевой стороны.

Для вычисления расходов по формуле определяют площади живых сечений и смоченные периметры на каждом створе. Для этого через определенные расстояния (0,1 – 1,0 м и более) производят промер глубин. Чем уже река и больше колебания в глубинах, тем чаще необходимо проверять глубины, тем меньше устанавливают расстояния между промерами. Площадь живого сечения каждого створа определяют как площадь элементарных геометрических фигур – трапеций, треугольников, прямоугольников. Смоченный периметр вычисляют как сумму гипотенуз треугольников (). Средние значения живого сечения и смоченного периметра определяют по формулам:

; ,

где и - живое сечение и смоченный периметр верхнего, среднего и нижнего створов.

Из множества экспериментальных методов измерения скоростей наибольшее распространение получил способ поплавков и гидрометрических вертушек.

При определении скорости движения воды поплавками на прямом участке реки выбирают место, где нет подпора воды (рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 – Измерение скорости движения воды поплавками

На выбранном участке реки закладывают три поперечника (створа) – верхний В, средний С и нижний Н. Расстояние между створами устанавливают, в зависимости от наибольшей скорости, с таким расчетом, чтобы время прохождения поплавка между верхним и нижним створом было не менее 20 сек. Для пуска поплавков выше верхнего створа на расстоянии 0,2L намечают пусковой створ П.

Положение створов закрепляют вешками, устанавливаемыми на берегах реки и урезах воды. На маленьких речках между вешками, установленными возле урезов воды, натягивают канат (шпагат). Момент прохождения поплавков через створы фиксируют с помощью геодезических инструментов или визуально по канату, натянутыми поперек реки. Время прохождения поплавком пути от верхнего до нижнего створов определяют по секундомеру.

Число поплавков в зависимости от ширины реки колеблется от 8 до15, но пускают их раздельно. Зная время прохождения расстояния между крайними створами, определяют поверхностную скорость, м/с:

.

Средняя поверхностная скорость определяется как среднее арифметическое скоростей:

,

где n – число поплавков.

Переход от средней поверхностной к средней скорости по живому сечению реки можно определить по формуле

Значение коэффициента зависит от уровня воды, шероховатости русла, уклона дна:

,

где - скоростной коэффициент формулы Шези.

Гидрометрическая вертушка позволяет определить скорость течения более точно, чем поплавки. Скорость движения воды определяют по частоте вращения лопастного винта, которую учитывают с помощью электротока, подводимого от батарей через клеммы. Вертушка погружается в воду на требуемые глубины, перемещаясь на штанге (на тросе, веревке). Скорость вращения лопастного винта фиксируется с помощью звонка. Одно замыкание электрической сигнальной цепи соответствует 20 оборотам винта. Скорость вычисляют после тарировки вертушки по специальным графикам или таблицам, в которых приводится скорость в зависимости от частоты вращения лопастного винта.

Рисунок 7.3 – Общий вид гидрометрической вертушки и кривой расходов

Сток воды (т.е. объем воды, протекающий за сутки, месяц, год и пр.) регистрируется с помощью водомеров – в водоснабжении и счетчиков стока – в ирригации и речной гидрологии (при устойчивой связи между расходами и уровнями). Для определения стока, или расхода воды в реке ежедневно измеряются уровни и по установленной зависимости расхода от уровня (см. кривую расходов на рисунке 7.3) вычисляют сток за любой промежуток времени. Кривая расходов позволяет быстро определить расходы воды в реках непосредственно по измеряемому уровню воды.