Для измерения глубины применяются различные приборы и устройства. Рассмотрим основные из них.

Гидрометрические штанги. При измерении небольших глубин (до 6 м) применяют гидрометрическую штангу (наметку), которая представляет собой деревянный шест длиной до 7 м и диаметром 4-5 см. Нижняя часть наметки заканчивается железным башмаком массой 0,5-1 кг, который предохраняет ее от повреждения при ударах о дно. При илистых грунтах на башмаке укрепляется поддон в виде диска диаметром 15-30 см. Наметка размечается 10-сантиметровыми делениями, которые попеременно окрашиваются белой и красной масляной краской. Нулевое деление должно совпадать с нижней поверхностью башмака или поддона. В момент измерения наметка должна занимать вертикальное положение. Отсчет глубины делают с погрешностью 2-5 см.

Рисунок 2.1 – Груз гидрометрический стандартный.

При измерениях малых глубин нередко используют также водомерные и нивелирные рейки, штанги от гидрометрических вертушек.

Лоты. Измерение глубин более 6 м выполняют с помощью ручных или механических лотов.

Ручной лот представляет собой металлический груз массой 3-6 кг конической и пирамидальной формы, подвешенный на пеньковом или капроновом шнуре или же на мягком тросе (лотлине). Лотлинь размечают марками на метры и дециметры.

При измерении глубин лот забрасывают против течения воды, а отсчет берут в тот момент, когда лотлинь в натянутом состоянии займет вертикальное положение.

Ручные лоты применяют при небольших скоростях течения (до 1 м/с). Вследствие прогиба лотлиня и относа лота течением, погрешность измерения глубины лотом составляет 5-10 см.

При измерении глубин речных потоков с большими скоростями течения применяют лоты механические, в которых груз опускается и поднимается с помощью лебедки.

Стандартные гидрометрические грузы имеют обтекаемую (рыбовидную) форму (рис. 2.1) и массу от 5 до 100 кг. К тросу они крепятся посредством вертлюга, обеспечивающего свободное вращение груза в горизонтальной плоскости и установку его по направлению течения. Грузы опускают в воду и поднимают при помощи гидрометрических лебедок типа «Нева» (рис. 2.2), «Луга» и других. Длина вытравленного троса регистрируется счетчиком. Момент соприкосновения груза с дном устанавливают по уменьшению натяжения лотлиня или по сигналу от донного электроконтакта, расположенного под грузом.

Рисунок 2.2 - Гидрометрическая лебедка «Нева»

Рисунок 2.3 – Схема к определению поправок на относ линя течением (а) и угломер (б)

Вследствие относа лота течением и отклонения по этой причине лотлиня от вертикального положения измеренная глубина превышает фактическую (рис. 2.3). В связи с этим в измеренные с помощью лота глубины нужно вносить поправки. Теоретическое обоснование поправок ∆l к длине подводной части троса l дне Д.Я. Ратковичем

При работах механическим лотом с судна (лодки, катера) груз после измерения глубины лишь несколько приподнимают над дном и перемещают под водой в другую точку измерения. Это ускоряет выполнение промерных работ.

1 — вибратор-излучатель; 2 — забортное устройство, 3 — вибратор-приемник

Рис. 2.14. Схема измерения глубин эхолотом

Эхолоты. При проведении промерных работ с движущегося судна широкое применение получили эхолоты — приборы, автоматически измеряющие и регистрирующие глубины.

Действие эхолота основано на принципе измерения времени прохождения ультразвуковой волны от вибратора-излучателя 1 (рис. 2.4) до дна и отраженной волны обратно до вибратора-приемника 3. Из рис. 2.4 следует, что

h — a=

где b — половина расстояния между излучателем и приемником звука; l — путь, проходимый звуковой волной от излучателя до дна или от дна к приемнику звука; а — глубина погружения под воду излучателя и приемника звука;

t = ct/2

где с — скорость распространения звука в воде (в среднем для пресной воды—1462 м/с); t — время прохождения звуком пути 2l.

Подставляя выражение в уравнение, получаем

h =

Таким образом, при известных значениях а, b и с для определения глубины h достаточно измерить время t.

В нашей стране серийно производятся промышленностью и применяются при гидрометрических работах речные эхолоты типа ИРЭЛ, «Кубань», «Молога» и другие. Рассмотрим наиболее простой из них, ИРЭЛ. Он состоит из: центрального прибора для управления посылки и приемом ультразвуковых импульсов и автоматической записи глубин; блока питания для обеспечения электроэнергией двигателя, усилителя и других электрических цепей прибора; забортного устройства для погружения в воду обтекателя с вибратором-излучателем и вибратором-приемником, а также вспомогательных принадлежностей (запасных частей, монтажных устройств, инструментов).

Забортное устройство крепится к борту судна и с помощью кабеля подключается к центральному прибору. Для определения глубины погружения вибраторов на штанге забортного устройства нанесены деления через 1 см. Запись глубин производится непрерывно в виде профиля на электротермической бумаге. Эхолот позволяет измерять глубину от 0,5 до 20 м. Погрешность измерения при глубинах 0,5-5 м составляет 0,1 м, при больших глубинах— 2% измеряемой глубины. Масштаб записи глубин 1:100, горизонтальный масштаб зависит от скорости движения судна. Максимальная скорость движения судна при промерных работах — 15 км/ч.

2.2 Способы выполнения промерных работ

В состав промерных работ входят: измерение глубины, определение координат промерных вертикалей, а также наблюдения за уровнем воды.

Применяют следующие способы промеров: по поперечникам, по продольникам и косым галсам.

Измерение глубин по поперечникам на малых реках выполняют с гидрометрических мостиков или люлек, подвешенных на тросе, на средних и больших — с лодок или катеров. Глубины измеряют наметкой, рейкой, штангой или лотом. Положение промерной вертикали относительно постоянного начала (закрепленной на берегу точки отсчета расстояний) при работах с мостика определяют с помощью мерной ленты или рулетки, а при измерениях с люльки по мерному тросу, натянутому параллельно ездовому тросу и размеченному марками через 1-2 м.

На реках шириной до 300 м при скоростях течения до 1,5 м/с промеры обычно выполняют с лодки, перемещающейся вдоль туго натянутого через реку стального размеченного троса.

На реках шириной более 300 м положение промерных вертикалей на поперечнике определяют с помощью геодезических угломерных приборов (теодолита, гониометра, кипрегеля с мензулой и др.), установленных на берегу, или секстантом с лодки.

На одном из берегов прокладывают базис, перпендикулярно к которому разбивают и закрепляют геодезическими вешками промерные створы — поперечники (рис. 2.5). На реках шириной до 500 м для обозначения поперечника достаточно двух вешек на одном берегу, а на реках, ширина которых превышает 500 м, необходима установка вешек в створе поперечника и на другом берегу.