содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

§ 14. ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕХОДА ЧЕРЕЗ ВОДОТОК

Для получения гидрологических характеристик водотока методами, рассмотренными в § 13, необходимо выполнить комплекс полевых работ, начиная с определения уровенного режима реки.

Для этого используют наблюдения Гидрометеослужбы на ближайших к мостовому переходу водомерных постах, где устанавливают самые высокие, самые низкие, самые ранние и самые поздние уровни (отметки и даты их наблюдения) ледостава, первой подвижки льда, весеннего ледохода, пика паводка или половодья, межени, осеннего или зимнего ледохода.

Перенос расчетных и характерных уровней со створа водпоста на створ перехода производят по продольному уклону водотока по кривым связи соответственных уровней и другими приемами [141].

Независимо от того, имеется ли в районе мостового перехода водомерный пост или нет, устанавливают отметки следующих характерных уровней воды, необходимых для проектирования мостового перехода: уровня высокой воды, высокого ледохода, высокой подвижки льда, низкой подвижки льда, средней межени, низкой межени.

Эти уровни устанавливают по аналогии, по опросу старожилов, по меткам и местным признакам, по соображению с другими косвенными данными.

Так, например, уровень высокого ледохода может быть определен по повреждениям коры на деревьях, растущих по берегам главного русла; уровень низкой межени может быть определен по отметке гребня нижележащего переката и минимальной глубине воды на нем.

При определении уровня высоких вод (УВВ) необходимо возможно точнее установить даты половодий и собрать данные об уровнях за все годы, которые могут быть указаны местными жителями.

Если точные даты половодий или паводков установить невозможно, то необходимо установить примерное время их прохождения, учитывая тип (ливневой, от снеготаяния, таяния ледников, смешанный), а также количество паводковых пиков в году.

Если на реке есть водомерный пост, то установленные на переходе характерные уровни используют для переноса с водпоста этих уровней заданной вероятности превышения; если водомерного поста нет, то эти уровни, кроме УВВ, будут приняты в качестве расчетных.

Сведения о наивысших уровнях воды, наблюдавшихся на реках СССР, собраны в монографии Б. Д. Зайкова [50], а также в Указаниях по определению расчетных наивысших уровней воды рек и озер (СН 397-69), где также приведены ориентировочные вероятности их превышения.

Данные водомерных постов являются наиболее надежными. Однако даже опубликованными ГМС данными -необходимо пользоваться только после соответствующего анализа их, так как в процессе наблюдений бывают изменения нулей графиков водпостов, изменения отметок их после повторных нивелировок, а также перенесение в другое место створов водпостов. Эти сведения опубликованы в гидрологических ежегодниках и в ресурсах поверхностных вод СССР.

Однако во многих случаях установление отметок УВВ опросом старожилов или по следам паводков являются единственно возможными способами. Это относится к большинству малых рек.

Необходимо попытаться определить уровень и год половодья, сведения о котором были получены старожилами от своих отцов и дедов.

Не следует пренебрегать и приближенными данными: часто пожилые люди не могут вспомнить года, однако могут указать свой возраст (или возраст рассказывавшего им лица) во время прохождения исключительного половодья. Такая примерная дата в сопоставлении с другими данными поможет установить год исключительного половодья или, во всяком случае, даст представление о периоде N лет, в течение которого данный уровень не повторялся.

Чтобы представить, насколько часто приходится пользоваться косвенными методами при установлении УВВ, приведем следующие цифры: для Верхне-Волжского сравнительно изученного района число водотоков длиной более 10 км составляет, по данным Гидрометеослужбы, ~4400, а число водотоков, на-которых действуют водомерные посты, ~ 500.

Определение отметок УВВ по следам на местности производят в малообжитых районах, а также при сомнении в правильности показаний старожилов. Такими следами являются оставшиеся мелкие сучки, обломки тростника, пучки травы, ил и т. п. на стволах деревьев и пологих берегах; отложения взвешенных речных наносов или нефти на коре деревьев и в расщелинах скал; полоса смыва пустынного загара на скальных берегах; следы подмыва крутых нескальных берегов течением воды; границы распространения пойменной растительности в степных засушливых районах; линия изменения цвета и состава травы на открытых задернованных склонах пойменной террасы; линия смачивания оштукатуренных стен зданий, а также лёссовой или глинистой поверхности древних конусов выноса в пустынных районах и другие признаки.

Следы на коре деревьев, смыв пустынного загара и линия изменения цвета травы лучше видны на некотором расстоянии от этих следов.

Для УВВ, определенного по местным признакам, остаются неизвестными год паводка и период, за который этот паводок был наивысшим. Поэтому надо опросным путем получить сведения об УВВ за различные годы (даже вдали от перехода) для установления времени паводка, оставившего следы на местности.

Когда приходится определять отметки УВВ по следам на местности, следует иметь в виду, что нижняя граница полосы смыва пустынного загара может быть отнесена к среднему паводочному уровню, а верхняя — к уровню повторяемостью порядка 1 раз в 5—10 лет; следы более редких половодий, если они прошли давно, обычно не сохраняются. То же относится и к многоярусным следам подмыва крутых нескальных берегов.

Аккумулятивные следы, оставшиеся на стволах деревьев, растущих на поймах, а также ботанические признаки, указывающие на затопление пойменных террас, следует отнести к сравнительно высоким половодьям повторяемостью порядка 1 раз в 10—20 лет.

Невысокая точность определения отметок УВВ изложенными способами может быть отчасти компенсирована числом таких определений, так как при большом числе их легче выявить случайные ошибки.

На крутом повороте русла отметки УВВ на берегах могут значительно отличаться друг от друга вследствие перекоса зеркала потока в поперечном направлении.

На горных реках с большими уклонами разность отметок УВВ на различных берегах иногда бывает очень большой. Это может быть в двух случаях: когда основная часть потока прорывается на пойменную террасу и, не сумев выработать новое русло, постепенно возвращается в старое (при этом отметки УВВ на поймах оказываются значительно выше отметок УВВ в русле); когда река меандри-рует в древнем конусе выноса и обширные поймы расположены на значительно более низких отметках, чем бровки русла (при этом отметки УВВ на поймах оказываются значительно ниже отметки УВВ в русле).

Для определения уклона свободной поверхности потока снимают продольный профиль русла реки по урезу воды на момент производства работ.

Продольный профиль, как правило, снимают при низких уровнях 1воДы в реке; в этот период наибольшие уклоны соответствуют перекатным, а наименьшие — плесовым участкам русла. С подъемом уровня воды уклоны на плесах увеличиваются, а на перекатах уменьшаются; при выходе воды на пойму на уклон потока начинают влиять спрямляющие течения между излучинами русла, а также изменения плана и ширины речной долины.

Поэтому протяженность съемки продольного профиля зависит ст местных условий и должна обеспечить возможность построения зависимостей i=f(H) от межени до УВВ для расчетных створов при условии определения уклона с точностью 10% (52).

При бытовом режиме реки, не нарушенном гидротехническими сооружениями, продольный профиль снимают обычно на протяжении участка ситуационного плана перехода (желательно не менее суммарной длины трех плесов и трех перекатов). Для крупных рек длина профиля может быть сокращена до одного плеса и одного переката при соблюдении указанной выше точности определения уклона.

Если мостовой переход находится в сфере подпора другой рекой, продольный профиль снимают вниз от перехода до устья реки, где определяют отметку УВВ подпирающей реки; вверх от
перехода продольный профиль снимают до конца кривой подпора. При большой длине кривой подпора продольный профиль составляют по картографическому материалу; таким же способом составляют профиль до ближайшего водпоста, если он расположен вне пределов съемки ситуационного плана.

Бели мостовой переход находится на участке реки, зарегулированном в межень каскадами малых ГЭС, мельничных плотин или колхозных прудов, не влияющих на прохождение весенних паводков, съемку продольного профиля производят на участке от нижнего бьефа нижерасположенной плотины до конца распространения подпора вытер асположенной плотины. Такое протяжение съемки необходимо для расчета прорыва некапитальных плотин.

При расположении мостового перехода в верхнем или нижнем бьефах капитальной плотины ГЭС съемку продольного профиля не производят и все данные для его построения получают в организациях, ведающих проектированием или эксплуатацией ГЭС.

При съемке продольного профиля реки необходимо использовать картографическую основу (фотопланы и карты масштабов не мельче 1 : 25 000), на которой данный водоток выражен достаточно детально (имеет ширину русла не менее 2 мм в масштабе карты).

При съемке продольного профиля русла производят промеры глубин по фарватеру в характерных точках дна (гребень переката, плесовая ложбина). В этих же местах определяют отметки бровок обоих берегов' реки; кроме этого, определяют отметки наиболее пониженных участков современных прирусловых валов.

Урезы воды нивелируют в характерных местах, определяющих переломы свободной поверхности воды: в начале и конце перекатов и плесов, в устьях-притоков и крупных логов, впадающих в реку, в местах перегибов между двумя излучинами и в их серединах, а также у населенных пунктов, пристаней, мостов, запаней, у мелких плотин и других гидротехнических сооружений, расположенных на участке съемки.

Пользуясь этими характерными точками и опознавая их на фотоплане или карте, определяют расстояние между ними по фарватеру русла для составления продольного профиля реки.

Если необходимой картографической основы нет, то прокладывают теодолитный ход на протяжении участка съемки профиля, к которому привязывают урезные точки и от которого снимают план русла реки.

На время съемки продольного профиля открывают временный водомерный пост и при нивелировке урезов отмечают время ее. Отметки урезов воды приводят к одному моменту времени введением соответствующих поправок по наблюдениям на водомерном посту. Места определения УВВ привязывают к продольному профилю реки. Пример оформления продольного профиля реки приведен на рис. IV-3.

На конусах выноса горных водотоков, вся поверхность которых является действующей или покрыта сетью мелких русел, переформирующихся при больших паводках, продольные профили снимают (или составляют по картографическим материалам) от горловины ущелья до подошвы конуса по прямым, прйходящим через точки, в которых намечено устройство водопропускных сооружений.

Если большая часть поверхности конуса выноса является недействующей, а паводки проходят в выраженной зоне блуждания потока или во врезанном в конусе русле, то продольный профиль снимают на том же протяжении, что и в первом случае по наиболее пониженным местам зоны блуждания или русла.

На продольном профиле реки производят построение линии свободной поверхности и определение уклонов потока при УВВ.

Продольный профиль свободной поверхности воды при межени, как сказано выше, значительно отличается от профиля ее при паводках. На уро)вне выхода воды на пойму уклон потока приближается к среднему уклону дна русла на данном участке реки. Если ' поймы имеют примерно однообразную ширину и глубину, уклон их поверхности мало отличается от среднего уклона дна русла и нет  спрямляющих течений, то при дальнейшем подъеме уровня воды уклон свободной поверхности, как правило, не изменяется. Если же поймы резко сужаются или расширяются вниз по течению, то это влияет на уклон свободной поверхности, соответственно уменьшая  или увеличивая его; спрямляющие течения на пойме также увеличивают уклон. Часто бывает, что в паводочных условиях на данном участке реки наблюдается подпор водами другой реки, незаметный, при меженном уровне воды. Подпирающее влияние может оказать

и крутой поворот долины, расположенный ниже по течению. Все эти обстоятельства требуют внимательного изучения местных условий и известной осторожности в экстраполяции зависимости уклона от уровня воды за пределы уровня бровок русла.

Для определения паводочного уклона потока можно использовать занивелироваиные следы наносов недавно прошедшего паводка, которые обычно могут быть определены в достаточном числе и ложатся на одну плавную линию (см. рис. IV-3).

Построение линии свободной поверхности потока при расчетном уровне воды контролируют подбором уровней, соответствующих известному расчетному расходу по морфостворам, смятым в характерных местах продольного профиля. Такими местами являются переломы средней линии дна русла, резкие сужения и расширения пойм, крутые повороты долины, а также места изменения сопротивления движению потока.

Для получения профилей поперечных сечений водотока снимают морфостворы и привязывают их в высотном и плановом отношении к съемке продольного профиля реки.

Морфостворы намечают предварительно на ситуационном плане перехода, где нанесены направления течений в русле и на поймах. Морфоствор располагают нормально к направлению руслового и пойменного течения. Так как достичь этого на всем протяжении морфоствора в большинстве случаев невозможно, морфоствор намечают нормально к основным направлениям потока, для чего его делают при необходимости ломаным; местные же отклонения струй от нормали учитывают определением угла их косины.

Расположение морфостворов в плане зависит от типа руслового процесса (см. гл. VII). На рис. IV-4 показаны возможные варианты (1 и 2) расположения морфоствора на реке с незавершенным меандрированием русла.

При побочневом русле морфодтвор назначают нормально к его пойменным бровкам.

Наиболее трудно назначить морфоствор на свободно меандрирующей реке с обширной поймой, рельеф которой представлен сложным переплетением вееров старых прирусловых валов, старицами и протоками. Морфоствор располагают в наиболее суженном месте такой поймы с наименьшим числом стариц и проток.

На некоторых полугорных реках с блуждающим руслом русловая зона приподнята над долиной, вследствие чего при выходе воды на пойму поток растекается, образуя выпуклую поверхность
 

с более высокими отметками по фарватеру. В этом случае морфоствор намечают по предварительно снятому плану в горизонталях. Русловая часть пересекается нормально, а на поймах створы намечаются параллельно горизонталям.

На конусах выноса без выраженной русловой зоны морфоствор назначают в ущелье в начале конуса. Если русловая зона врезана в конус, то, кроме морфоствора в ущелье, назначают один-два морфоствора в пределах русловой зоны нормально к ее берегам.

Морфоствор для определения расходов воды по установленным уровням выбирают на наиболее прямолинейном участке русла реки с поймами наименьшей ширины при направлении течения высокой воды, близком к направлению главного русла. Этот морфоствор располагают в середине участка русла с однообразным уклоном при УВВ.

В сложных случаях (извилистое русло, обширная пойма) назначают контрольный морфоствор на расстоянии от основного морфоствора для определения расхода, равном ширине разлива, и, во всяком случае, не менее половины этой ширины для обеспечения различия в морфологических условиях прохода паводка.

Морфоствор для распределения расчетного расхода располагают с верховой стороны от трассы мостового перехода в непосредственной близости от нее. Этот морфоствор может не удовлетворять другим требованиям, но должен отражать распределение между руслом и поймами расчетного расхода воды, подходящего к мостовому переходу.

При съемке морфоствора одновременно снимают ситуацию местности по 100 м в каждую сторону от морфоствора, а также ведут подробное описание ситуационно-морфологических особенностей русла и поймы. К последним относятся: наличие на пойме староречий, проток, озер, спрямляющих течений, прорывов перешейков излучин русла, постоянно действующих водотоков; наличие на пойме по створу, выше и ниже его — травы, кустарника, леса, их густота и высота, а также степень залесенности площади поймы, наличие на пойме построек, насыпей и различного рода сооружений; характеристика грунтов в русле реки и на незадернованных участках поймы с указанием крупности их фракций.

Пример оформления морфоствора приведен на рис. IV-5, б.

Об интенсивном течении и направлении струй на участках поймы можно судить по оставшимся после половодья корягам и отдельным поваленным деревьям; по крупности аллювия, отложенного в виде вытянутых по течению песчано-галечных кос; по воронкообразным размывам грунта, образующимся у основания крупных деревьев.

По рельефу и ситуации местности, а также по опросам старожилов изыскатель должен восстановить картину прохода паводков в районе перехода при разных уровнях, так как иногда нерасчетные по высоте паводки могут создать неблагоприятные условия для отдельных сооружений мостового перехода вследствие образования водоворотов и местных сосредоточенных течений.
На крупных реках со значительным меженным расходом при морфометрическом обследовании желательно произвести два-три измерения скоростей течения в русле поплавками или вертушкой, сопровождая их измерениями уклонов по урезным кольям (см. гл. III).

Такие измерения дают возможность установить начальную точку для построения кривой расходов, а также значения коэффициентов шероховатости при межени. На всех морфостворах должны быть взяты пробы для гранулометрического анализа руслового аллювия.
Кроме того, в поле необходимо определить размеры наиболее крупных камней и среднюю крупность русловых отложений (визуально). При этом необходимо отличать русловые отложения, транспортируемые потоком, от местных отложений боковых притоков и оврагов или отдельных камней, скатившихся в русло со склонов.

Русловые отложения, как правило, отличаются большей окатанностью и разнообразием петрографического состава.

Крупность аллювия, отложенного на повороте русла, может не соответствовать действительной крупности влекомых в паводок наносов, так как на плесах при спаде воды откладываются мелкие фракции, покрывающие более крупные, которые двигаются при У ВВ.

При пересечении конусов выноса селевых водотоков необходимо собрать сведения о повышении отметок конуса выноса за счет отложения наносов, а также о дроблении и разработке отдельных разветвлений русла в пределах конуса выноса.

Свидетельством наращиваний конуса выноса являются занесенные.аллювием существующие искусственные сооружения, а также деревья с занесенной нижней частью ствола.