Вимір рівнів

Висотне положення поверхні води в даній точці щодо умовної горизонтальної незмінної по висоті площини відліку називається рівнем води. Спостереження за рівнем ведуть тривалий час, тому умовну площину поміщають на 0, 5-1,0 м нижче щонайнижчого можливого положення рівня (у водоймищах – з обліком спрацювання, у морях – з обліком приливно-відливних і згінно-нагінних коливань), для того щоб виміри рівня були завжди позитивними. Ця площина приймається за нуль відліку і називається нулем графіка водомірного поста. Основні відліки положення рівня у звичайних умовах знімаються двічі в добу – о 8 та 20 годинах на ріках і чотири рази на морях – о 3, 9, 15 і 21 г. В екстремальних умовах інтервали часу між строками спостереження скорочуються; наприклад, у період повені й паводків на ріках призначаються додаткові строки через 2, 4 і 6 годин; під час згінно-нагінних змін рівня в морях інтервали спостережень скорочуються, іноді до 1 години. Дані, отримані в строки спостережень, називаються терміновими.

Місце, обладнане для спостереження за рівнем, називають водомірним постом. Водомірні пости залежно від строку їхньої дії можуть бути постійними й тимчасовими. По своїй конструкції водомірні пости, можуть бути простими (рейкові, пальові й свайно-рейкові) і передатними. Останні, у свою чергу, діляться на пости з неавтоматичними й автоматичними відмітчиками рівня води, з безперервною реєстрацією положення рівня, тобто з використанням самописів, що одержали назву лімнографів і мареографів, відповідно при вимірах на ріках і на морях; з дистанційними пристроями, що дозволяє вести реєстрацію рівня на значній відстані від водного об'єкта й здійснити роботу водомірного поста в автоматичному режимі.

Рейковий пост являє собою рейку, укріплену на спорудах (мостах, гідротехнічних спорудженнях і т.п.) у вертикальному положенні, із ціною розподілу 2,0 см, що дозволяє вимірювати рівень із точністю 1,0 см. Застосовують рейки дерев'яні, металевими емальованими й чавунні з емальованими вкладишами розподілів шкали. Останні два типи застосовують для встаткування постійних постів.
На пологих берегах і при відсутності гідротехнічних споруджень улаштовують пальові пости у вигляді ряду паль, забитих в одному створі перпендикулярно плину ріки або урізу води в морі (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема оцінок і звітів на пальовому водомірному пості.

Палі можуть бути дерев'яними, металевими й залізобетонними. У цей час пости обладнають стандартними металевими гвинтовими палями. Площадка самої верхньої палі повинна бути на 0, 25-0,5 м вище найвищого історичного рівня, а площадка нижньої палі - на 0,5 м нижче щонайнижчого рівня. Відстань по вертикалі між площадками суміжних паль не повинне бути більше 0,8 м; горизонтальні відстані між палями приймають, виходячи з місцевих умов і зручності спостережень, але не більше 50 м. Палі нумерують зверху долілиць.

Тому що нуль рейки неможливо сполучити з нулем поста, то після її установки шляхом нівелювання визначають перевищення нуля рейки над нулем графіка поста, так звану приводку (рис. 4.1).

Для підвищення точності відліку при малій амплітуді коливань рівня в умовах гірських рік, де набігання води на рейку може спотворити відліки по рейці, при спостереженнях на водоймищах і морях для захисту від хвилювання рейку варто встановлювати в спеціально відритому котловані, з'єднаному каналом з рікою або водоймою. Для одержання безперервної інформації про зміну рівня на ріках і водоймах застосовують самописці рівня води різної конструкції. Найбільше поширення одержали самописці, у яких зміна рівня відслідковується за допомогою поплавця, що піднімається й опускається разом з рівнем води. Рух поплавця передається за допомогою поплавкового колеса й шестірень барабану, що обертається на горизонтальній осі. На барабані закріплюється розграфлений папір, на якій перо, що переміщається уздовж утворюючого барабана за допомогою годинного механізму, вичерчує хід рівня. На гідрологічній мережі найбільше поширення одержав самопис «Валдай» (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Схема пристрою самописа рівня «Валдай»:

1 - барабан; 2 - гиря; 3- каретка з пором; 4 - заводна голівка; 5 - годинниковий механізм; 6 - поплавкове колесо; 7 - трубка; 8 – основна вісь приладу; 9 - допоміжна вісь приладу; 10 - шестірня; 11 - затиск; 12 - вантаж-противага; 13 - трос; 14 - вантаж; 15 - затиск; 16 – поплавець.

Самописи встановлюють у спеціальних приміщеннях на березі, гідротехнічних спорудах або спеціальній підставі, наприклад пальовому; поплавець розміщається в колодязі, шахті або трубі, що сполучається з морем за допомогою пристроїв (труби, отвору), що виключають вплив на поплавець короткоперіодних (хвильових) коливань рівня.

Для визначення ухилу вільної поверхні води в ріці влаштовують вище й нижче основного водомірного поста так звані уклонні пости, відстань між якими залежно від точності вимірів міняється від 100 до 8000 м і відлічується по лінії найбільших глибин.
При обробці даних спостережень за ходом рівня на простих постах приводять обмірювані рівні до нуля графіка поста, обчислюють середні добові значення рівнів, становлять таблиці щоденних рівнів і будують графіки зміни цих рівнів у часі по роках.
Середні добові рівні на простих постах визначають як середні арифметичні з відліків рівня в 8 і 20 г. При наявності додаткових вимірів середній добовий рівень знаходять як середнє арифметичне із усіх відліків протягом доби.

У всіх випадках середній добовий рівень при записі зміни рівня на стрічці самописця визначають планиметруванням площі, обмеженою лінією запису, і розподілом її на довжину запису. Далі можна побудувати криву розподілу (повторюваності) і інтегральну криву розподілу (забезпеченості) і визначити характерні рівні: модальний рівень, що повторюється з найбільшою частотою (відповідає максимуму кривої повторюваності), медіанний рівень із забезпеченістю 50% і середній рівень, рівний середньому арифметичному ряду спостережень. Крім того, указують рівні 25%-ний і 75%-ний забезпеченості, відзначають вищі й нижчий річні рівні, дати їхнього настання, рівні льодоставу й розкриття льодового покриву й дати їхнього настання.