Способ определения стока воды со склонов Советский патент 1990 года по МПК A01B13/16 

Изобретение относится к области гидрологии, гидрографии, почвоведения и геоморфологии, в частности к способам определения стока воды со склонов,и может быть использовано в водном, сельском и лесном хозяйствах для определения скорости стекания воды со склонов, ее массы и характеристик водного сечения русел ручьев, например, для гидрологического обоснования мероприятий по регулированию стока со склонов и оценки путем распространения загрязняющих веществ, поступающих в природную среду, например гербицидов, радионуклидов и других веществ.

Целью изобретения является повышение объективности и достоверности

определения за счет расширения состава измеряемых характеристик.

На фиг.1 и 2 проиллюстрировано измерение скорости течения методом пуска краски; на Лиг.З - ложбины стока и границы их водоразделов, дешифрированные по контрасту тонов их тальвегов и водоразделов;на фиг.4 - водосбор ложбины стока, дешифрированный по стереомодели рельефа окраинных и наивысших точек водосбора; на фиг.5 - структура ручьев и положение водораздельных линий, которые определены посередине между тальвегами, близлежащих ложбин в соответствии с направлением стекания ручьев типа II и III на склоне южной экспозиции; на фиг.6 - структура и полосд

0 СЛ 00 О1

с&

Жение водораздельных линий, которые определены между тальвегами близлежащих ложбин в соответствии с направлением ручьев типа II и III на склоне северо-восточной экспозиции; на фиг.7 - водораздел ложбины, который определяют путем маркирования на местности в, период стока; на фиг.8 - схема водораздела, полу- ченная в период стока путем маркирования линии .водораздела и последующим ее перенесением на схему; на фиг.9 - водосбор ложбины, определяемый по топоплану; на фиг.10 - ха- рактерные участки продольного профиля тальвега ложбины стока;на фиг.11 то же, поперечного профиля тальвега ложбины стока; на фиг.12 - схема распределения ручейковой сети на водосборе ложбины.

Известно, что ложбина стока-это самое верхнее звено гидрографической сети, которое выражено в строении почвенного покрова, в микрорельефе, а во многих случаях и в мезорельефе склонов. Установлено, что в ложбине период стока образуется ручей, который, начиная от приводораздель- ной части, имеет развитие от ручья типа I до ручья типа II в верхней и типа III в средней и нижней частях ее водосбора. Ложбина имеет переменный по длине тальвега уклон и в большинстве случаев хорошо выраженные (с уклоном более 0,5-1,0 ) склоны водосбора. Поперечный профиль ложбины, как правило, имеет асимметрию склонов и переменный уклон склонов.

По длине водосбор ложбины охва- тывает все виды почвогрунтов, растительного покрова и шероховатости поверхности исследуемого склона . Ложбина имеет природный или сформированный под антропогенным воздействи- ем водосбор, т.е. она обладает целостностью. Морфология ее водосбора и ручьев типа I-III, которые на нем формируются под влиянием климатических, тектонических и антропогенных факторов , взаимосвязаны с нижерасположенными звеньями гидрографической системы и функционируют совместно с ними. Как и вся гидрографическая сеть ручьи типа I-III обла- дают свойством самоорганизации.

Таким образом, ложбина стока как объект исследования имеет следующее гидролого-морфологическое определение: обладает собственным природным или сформированным в результате антропогенного воздействия водосбором, занимает самое верхнее положение в гидрографической системе, по длине

склона охватывает все типы почво1

грунтов, растительного покрова и шероховатости исследуемого, склона; имеет переменный по уклону продольный и поперечный профилей, ручейковую сеть типа I-III,. которая- функционально связана с нижележащими звеньями гидрографической сети и обладает х свойством самоорганизации, а водосбор ложбины - свойством целостности

Способ осуществляют следующим образом..

Границы водосбора ложбины для целей его использования в гидрологических исследованиях определяют в зависимости от степени его проявления на местности и наличия исходных материалов .

В качестве исходных материалов используют фотоснимки, топок арты, то- попланы или схемы водосбора, полученные путем маркирования линии водораздела в период стока.

Из фотоснимков для определения линии водораздела преимущественно используют аэрофотоснимки масштаба 1:25000, 1:10000, 1:5000 и крупнее, которые обладают большой детальностью и обзорностью.

Вначале по стереопаре аэрофотосни .ков -создают стереомодель рельефа склона. По ней визуально выполняют гидролого-морфологический анализ поверхности исследуемого склона: определяют формы рельефа и основные звенья гидрографической сети - русла постоянных и временных водостоков и тальвеги впадающих в них ложбин, а также линий стока, которые сформировались на их водосборах. При хорошо выраженном мезорельефе водораздел ложбины проводят по окраинным наивысшим точкам ее водосбора. .. Если мезорельеф слабо выражен и стереоскопически не воспринимается,т водораздельную линию определяют по контрасту тонов ее тальвега и микроводоразделов.

Если аэрофотосъемка выполнена в весенний период, когда хорошо выражена структура ручьев, то дешифрируют вначале структуру ручьев.- Положение водораздельной линчи определя51

ют посередине между тальвегами близлежащих ложбин в соответствии с направлением русел ручьев типа I-III. На участках склонов с уклоном 0,5 - 1,5°, где водораздельная линия выражена слабо, ее определяют путем маркирования, не искажая линии стока, с учетом направления и глубины вреза ручьев типа I-III и последующей фотосъемкой.

При невозможности выполнить фотосъемку линию водораздела переносят на схему или на фотоснимок прежних лет, топоплан, топокарту.

Порядок выполнения операций при маркировании линии водораздела.

Маркирование линий водораздела осуществляют в период наибольшего развития ручьев типа I-III. Обычно это имеет место сразу же после прохождения максимального расхода воды.

Способ маркирования выбирают в зависимости от способа определения площади водосбора. Если по аэрофотоснимкам, то устанавливают на- поверхность склона в местах резкого изменения линии водораздела опознавательные знаки, а если по топопла- ну, - вешки.

Изготавливают опознавательные знаки и вешки,- которые имеют контрастный (1) по отношению к слону (2) цвет (фиг.86). Обычно опознавательные знаки изготавливают из белой бумаги или фанеры. Их общий вид и размеры приводятся в примере 5. Вешки обычно деревянные, высотой 1,5 - 2,0 м.

Положение опознавательных знаков на местности определяют по материалам крупномасштабной аэрофотосъемки, которую проводят на спаде половодья.

Если аэрофотосъемку не проводят, то координаты вешек определяют с помощью теодолита. Затем их наносят на топоплан или схему водосбора.

Для всхолмленных районов территории и для равнинных с сильно развитой эрозией почв выполняют гидролого-морфологический анализ рельефа по крупномасштабным топокартам или топопланам.. Если водосбор ложбины выражен в горизонталях, то его определяют путем проведения линии по окраинным наивысшим точкам водосбора. Ее проводят от точки впадения ложбины в водоток более высокого поряд653596

ка перпен шкулярно направлению горизонталей, анализа оризсшталей используют тспокарты или топоппаны масштаба 1:25000, 1:10000, 1:5000 или крупнее.

Затем любым доступным способом, например, с помощью электроного планиметра или палетки измеряют площадь

5

10

водосбора ложбины.

При использовании любого из перечисленных исходных материалов И способов определения границ водосбора f погрешность определения площади во- jr досбора должна быть не более 5%, что удовлетворяет точности гидрологических исследований.

После определения площади водосбора ложбины строят продольный профиль 20 ее тальвега и поперечные профили склона ложбины в верхней части водосбора, где формируют ручьи типа I и II, средней и нижней частях, где хорошо выражена асимметрия склонов и форми- 5 руется ручей типа III. Для построения профилей используют крупномасштабные топокарты или топопланы.

Далее определяют характерные участки продольного профиля тальвега о ложбины стока путем его аппроксимации по возможности длинными линиями (одной - тремя или более), так чтобы наибольшие отклонения высот от аппроксимирующей линии не превышали 1%. Аналогично определяют характерные участки поперечных профилей.

Для оценки характеристик преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую по длине склона 0 на каждом характерном участке продольного профиля для ручьев типа I - III определяют участки измерений и выполняют их маркирование. Длина участка измерений 1,0-3,0 м и более в г зависимости от изменчивости морфологических характеристик русла.

Участок измерений на ручье типа I определяют в нескольких метрах выше его впадения в ручей типа II. Q Ниже по течению на ручье типа II (обычно это конец 1-го характерного участка продольного профиля тальвега ложбины или начало 11-го) определяют створ измерений ручья типа II. После перехода ручья типа II в ру- (чей типа III (обычно это 1-й или III-й участок продольного профиля ложбины стока) определяют участок измерений на ручье типа III. Если про5

5

дольный профиль тальвега или поперечный профиль склс)на имеют перегибы, даже если погрешность определения отметок тальвега не превышает 1%, но по длине характерного участка имеет место существенное изменение массы воды и ее скорости, то определяют дополнитель-1ый створ ниже точки перегиба.

Режим течения в ручьях типа I-III неустановившийся, поэтому скорость ..течения и морфологические характеристики их русла изменяются по длине даже такого небольшого участка рус- ла, как участок измерений. Чтобы получить изменения массы, скорости течения и морфологических характеристик русла, на участке измерений разбивают 3-5 створов. Створы разбивают перпендикулярно течению в местах сужений, расширений и на относительно прямолинейных местах русла.

Если склоны ложбины имеют поперечный уклон более 0,5°, то проявля- ется влияние экспозиции. Дли оценки влияния поперечного уклона склонов и их экспозиции на характеристики преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую определяют уча- стки измерений на характерных участках поперечного профиля ложбины. Цля этого на характерном участке поперечного профиля правого склона на ручье типа I в нескольких метрах вы- ше впадения его в ручей типа II оп- ределя ют участок измерений (обычно это или конец 1-го, или начало 11-го характерного участка поперечного профиля).

Ниже по склону на следующем характерном участке поперечного профиля определяют второй учйсток измерений в нескольких метрах выше впадения ручья типа II в ручей типа III.

На левом склоне также определяют на ручье типа 1и типа II участки измерений. Их маркирование осуществляют с помощью флажков.

Таким образом, на водосборе лож- бины стока устанавливают сеть участков измерений: три - по длине тальвега ложбины, по два - на левом и правом склонах ее водосбора. Если по длине характерных участков продоль- ного и поперечных профилей ложбины стока резко изменяются условия формирования стока воды, например изменились растительность, тип почв,

шероховатость склона, появилась или отсутствует ледяная корка, то число створов измерений увеличивают с учетом этих условий. В нашей практике исследований в таких случаях количество створов достигало 9-12.

Номера участков измерений удобно устанавливать в зависимости от условий формирования ручьев типа I - III. Если они формируются примерно одновременно, то номера участков возрастают сверху вниз по тальвегу, а затем рассматривают левый и правый склоны. Если в начале стока ручьи типа I .и II формируются под снегом, а русло ручья типа III уже сформировалось, то, наоборот, номера участков измерений возрастают снизу вверх по тальвегу.

Далее, в зависимости от ширины, глубины ручьев, высоты и устойчивост их берегов, выполняют оборудование участков измерений и на каждом из них разбивают 3-5 створов измерений перпендикулярно направлению течения в ручьях. Зафиксировано, что в большинстве -случаев ширина ручьев типа

Iизменяется от 1 до 20 см, глубина от 0,1 до 5-8 см. Ширина ручьев типа

IIизменяется от 5 до 80 см, а глубина - от 0,1 до 30 см. Ширина ручьев типа III изменяется от 0,30 до 7 - Юм, а в некоторых случаях и более,

а глубина изменяется от 0,1 до 215 см

I

При ширине ручьев до 1,5 м и глубине до- 0,5 м для проверки высоты правого и левого берега ручья в створе измерений на поверхности почвы укладывают плоскую гидрометрическую рейку перпендикулярно течению и по уровню проверяют горизонтальность.

Если один из берегов выше более чем на 1 см, то устанавливают базу для измерений (фиг.1), которая сострит из колышков и продольных реек, изготовленных деревянными или металлическими. Плина колышков 50-70 см, реек 1,0-2,5 м. Колышки 1-4 вбивают в почву на глубину 45-60 см, так чтобы над поверхностью почвы они возвышались на 5-10 см. Высоту колышков 1-4 устанавливают по уровню, чтобы уложенные на них рейки 1-3, 1-4, 3-6 и 4-6 были горизонтальны. Кроме того, рейка 3-6 должна быть параллельна рейке 1-4, а рейка 3-1 должна быть параплепьна репке 4-6. Ргли дли

9

на створа более 2 м, то устанавпива ют несколько взаимосвязанных баз.

Если ширина и глубина ручьев более 1,5 и 0,5 м соответственно, то устанавливают разборную эстакаду (фиг.2). Изготовленная из дерева ил легкого металла,она состоит из столбиков 1-6, поперечников 1-6, 2-5, 3-4 и продольных реек 1-3 и 6-4. Дл на столбиков 65-70 см, а реек 2,5 м Столбики вбивают в почву на глубину 45-60 см, чтобы над поверхностью склона они возвышались на 10-20 см. Высоту столбиков проверяют по уровн для того, чтобы уложенные на них поперечники были горизонтальны и параллельны, а рейки горизонтальны и параллельны между собой.

При ширине русла до 1,5 м, устойчивых откосах и одинаковой высоте правого и левого берега рейки 3-5 в качестве поперечников укладывают на поверхность почвы.

Измерения скорости течения в ручьях типа 1-И выполняют любым доступным способом, например пуском краски, объемным способом, микровертушкой или другим способом.

Если скорость определяют пуском краски, то пор.цию красителя, например флкюсцирина, пускают в воду примерно на 0,5 м выше верхнего поперечника (фиг.1). Засекают время t прохождения красителя между верхним и нижним поперечником, расстояние L между которыми известно. Скорость течения VK, измеренную пуском краски , определяют по формуле

(1)

Средняя скорость течения равна Vcp -p , (2)

где К - коэффициент, среднее значение которого, как правило, равно 2,3 (или близко к этой величине) и только для весьма гладких прямых русел с однородными мелкозернистыми отложениями К 3, а для таких же русел, но покрытых ледяной коркой, К 4,0 4,3.

При измерении скорости течения объемным способом под микроперепад или временный микролоток, устанавливаемый в срок измерений, подставля9

10

ют небольшую емкость объемом W, например, 200-2000 см3 и засекают прр- мя ее заполнения t. Кроме того, измеряют, например, металлической ли- нейкой плошадь и поперечного сечения ручья в 5-Ю см выше микроперепада. Расход воды, CMJ/C или л/с:

V

СР

W

--;

Q

ы

(3)

(4)

Отклонение Vcp, измеренной пуском краски (при введении К), от Vj., измеренной объемным способом, дает отклонение 3,0%, что свидетельствует о хорошей сходимости результатов. Если скорость измеряют микровертушкой, то при ширине В ручья до 60 см и глубине 1-4 см ее устанавливают на трех вертикалях: у правого берега (V), посередине ручья (V) и у левого берега (V3) на глубине 0,5Н. При больших глубинах скорость измеряют в двух точках по глубине на 0,8 Н и на 0,2 Н и определяют среднее значение скорости на вертикали (V1cp)

vicp v зср) .

Затем определяют среднюю скорость по сечению:

л V.

Y1ЈL+ Y Zf iE-JLiiiYl1- ()

n,

35

где n - номер сечения;

n - число скоростных вертикалей .

Определяют среднюю скорость на участке измерений:

т , (6)

где т - номер участка измерений;

К - число сечений.

При В 60 см число вертикалей устанавливают опытным путем, чтобы расхождение между V ср , измеренными при учащенном количестве вертикалей

и оптимальным, не превышало 5%„

Измерения скорости течения на участках измерений осуществляют с учетом суточного хода водности. Обязательным требованием является выполнение измерений в начале стока, на его пике (максимуме) и минимуме.

Количество измерений в течение суток устанавливают опытным путем.

В период снеготаяния сток воды а ручьях типа I и II начинается чаще, всего в 10 и 11 ч. В ручьях типа III течение может бьггь выражено круглосуточ«о, вследствие водоотдачи из снега, который накапливается в тальвеге ложбины. Максимум скорости наблюда тся в 12-15 ч, а. минимум в 18-20 ч по местному времени. Если суточный ход водности не выражен, то измерения выполняют в 8 и 0 ч. При интенсивном поступлении воды на водосбор, например в период полива или дождей, измерения выполняют через 15 мин. .

Измерения скорости с учетом суточного хода водности выполняют последовательно на участках измерений ручьев типа I-III по длине тальвега ложбины, на правом берегу в ручьях .типа I и II, на левом берегу также в ручьях типа I и II.

Измерение глубин ручьев типа I - III, которые сформировались по длине тальвега ложбины стока, и ручьев типа I и II на правом и левом ее склонах выполняют ча 3-5 створах из- (мерений на каждом из ранее оборудованных участков измерений. Сроки из мерения те же, что и для скорости течения .

Для измерения используют металлические Линейки с разметкой до 1 мм и плоские тонкие гидрометрические рейки из дюралюминия с разметкой через 1,0 см или 0,5 см.

При глубине и ширине ручья до 30 с используют металлические линейки длиной 50-75 см. Одну линейку укладыва- ют на створ измерений, например, 1-4 а второй через равные интервалы по ширине ручья измеряют глубину и записывают ее в журнале или на другой носитель информации. Затем аналогично выполняют измерения в створах 2-5, 3-6, т.е. всех створах, размеченных ранее при выполнении оборудования створа.

Число точек измерений глубины по ширине ручья (поперечному профилю) назначают в зависимости от ширины и изменчивости глубин ручья. Число измерений должно быть не менее 10. При В 10 см глубину по ширине ручья измеряют через 1 см, при 10 см В 30 см - через 2 см, при 30 см «i В 50 см - через 3 см, при 50 : В fOO см - через 5 см

и при В 100 см - через 10 см, точность отсчета 0,1 см.

Данные измерений записывают в поле вой журнал или на другой технический носитель информации и вычисляют площади поперечных сечений ои.,, со,,..., toK и ширину поперечных сечений В,

1,3

15

+ h

2,3

20

к,з

4В2,4В к

ни на ерений; точек измерения глубины в сечении;

расстояния между точками измерения глубины в сечениях.

Размерность и в квадратных сантиметрах или метрах квадратных; В - в сантиметрах или метрах.

При гидрологическом анализе морфологических характеристик водного сечения ручьев различного типа используют осредненные для участка измерений ц; го ; В,,,; h, которые вычисляют по формулам

(8)

(9)

(Ю)

„

Массу стекающей воды в единицу времени или расход воды определяют на участках измерений в ручьях типа I-III, развивающихся по длине водосбора ложбины,и в ручьях типа 1 и II,сформировавшихся на нравом и левом склонах водосбора. Сроки определения те же, что и для скорости течения, глубины воды и ширины ручьев.

Расход волы для каждого створа измерений в срок измерений вычисляют по формуле

-2

Qw vm ,

(11)

где m - номер створа Размерность: Q , л/с;

см3.

hi

Пример 1. Склон северо-восточной экспозиции (фиг.З) расположе в приводораздельной части бассейна реки. Почва - чернозем обыкновенный. Склон распахан под зябь и проведено боронование. Уклон склона 0,5-2,0°. Мезомикрорельеф склона на местности выражен весьма слабо.

Дешифрирование границ водосборов выполняют по стереопаре аэрофотосним ков масштаба 1:5000 с использованием стереоскопа. Анализ аэрофотоснимков, использованных в примере 1, показывает, что мезо- и микрорельеф стереоскопически не прослеживается на большей части снимка.

Тальвеги на аэрофотоснимке имеют темный тон, а микроводоразделы светлый, так как почва в тальвегах более гумусированная чем на микро- водоразделах. Контраст тонов достаточный для визуального определения различий.

Вначале по стереопаре аэрофотоснимков выполняют дешифрирование тальвегов в соответствии с их тоном, а затем их изображение переносят на кальку (фиг.З, тальвеги 1-13). По контрасту на наиболее светлых участках склонов определяют микроводораз- делы и их границы также переносят на кальку (фиг.З, микроводоразделы

1 - 13).

В качестве косвенного признака используют направление тальвегов, которое соответствует общему понижению склона. На наиболее сложных участках проводят полевое дешифрирование.

Пример 2. Склон южной эк- спозиции (фиг.4) расположен на левом берегу ручья. Почва - карбонатные и выщелоченные черноземы различной степени омытости, сформировавр

10

15

нjn

- 25 0

Q 45

Q

„ шиеся на мелопых оглпж мтчх. Ложбина хорошо выряжена п рельефа. Микрорельеф не проспежир,1е гея.

По стереомодели, создаваемой с помощью стереоскопа по стеоеопарр аэрофотоснимков масштаба 1:3000, дешифрируют тальвег ложбины (1) в соответствии с наибольшим понижением склона, а границы водосбора (2) в соответствии с окраинными наиболее высокими точками, которые являются водоразделом.

В качестве второго признака, который в данном случае выражен слабее чем рельеф, используют контраст тонов изображения тальвега и водораздела. Тальвег имеет более темный тон чем склоны, а водораздел светлее склонов.

Пример 3. Склон (фиг.З) имеет южную экспозицию. Расположен на водосборе ручья. Почва - чернозем обыкновенный. Склон с осени был распахан под зябь и проведено его боронование.

Аэрофотосъемка выполнена в весенний период сразу после схода снежного покрова до весеннего боронования почвы.

Вначале определяют структуру сте- кания. Для этого по стереопаре снимков масштаба 1:3000 с помощью стереоскопа создают стереомодель. По ней дешифрируют все русла ручьев. На снимках они имеют характерное извилистое изображение удлиненной формы весьма светлого серого тона.Затем русла ручьев типаt III вычерчивают сплошной линией, а русла типа II - .пунктирной. Русла ручьев типа I на зяби не прослеживаются, они прослеживаются только на озимых.

В качестве признака выделения типа ручьев используют мезо- и микрорельеф: русла типа III совпадают с тальвегами ложбин (1-8), которые в нижней части склона прослеживаются стереоскопически, а склоны водосбоч ров ручьев типа II стереоскопически не прослеживаются. Кроме того, ширина русел типа II меньше, чем русел типа III.

После вычерчивания структуры сте- кания, которая обычно древовидная и отличается большой густотой, определяют границы водосборов ложбин (1-8), начиная с нижней части ложбин. При этом в средней и верхней частях склона, где стереоскопически ложбины обычно не прослеживаются, границы водоразделов (1-8) проводят между ручьями, т.е. тальвегами близлежащих ложбин.

Пример 4. Склон северо-восточной экспозиции расположен на водосборе (фиг.6). Почва - чернозем обыкновенный. Склон с осени распахан под зябь и проведено его боронование.

Аэрофотосъемка выполнена в весенний период сразу после схода снежного покрова до весеннего боронования почвы.

Структуру стекания определяют по стереомодели, создаваемой с помощью стереоскопа по стереопаре снимков масштаба 1:3000. Русла ручьев дешиф- рируют по характерному изображению удлиненной формы весьма светлого серого тона. Ручьи типа III вычерчивают сплошной линией, а типа II - пунктиром. Затем определяют границы водосборов ложбин 1-5, .начиная с нижней части склона. При этом оказывается, что между ложбинами 3 и 4 имеет место перехват (перетекание во- . ды, 6). В этом случае границу водо- сбора проводят посередине между тальвегами 3 и 4.

Пример 5. Осенью склоны лога были распаханы под зябь. В период пика половодья на его склонах сформировалась густая ручейковая сеть. В верхней части склона линия водораздела bcde выражена весьма слабо. Она была выявлена на местности с учетом направления и глубины вре- за ручьев типа I-III. Перед аэрофотосъемкой было выполнено маркирование линии водораздела с помощью опознавательных знаков (фиг.86). Аэрофотосъемка проведена в масштабе 1:3000.

Дешифрирование линии водораздела осуществлено по маркировочным знакам Сопоставление границ водосбора лога, определяемых по топоплату ABCDEA и по аэрофотоснимкам с учетом маркирования bcde показывает, что они существенно различаются. Такое расхождение возникает потому, что уклоны склона в приводораздельной части небольшие 1,0-1,5° и при проведении горизонталей, отметки которых затем используют для определения положения водосбора ABCDEA, поверхность склона

искусственно сглаживают, а микрорельеф не учитывают. В период стока он ярко проявляется, что и используют при маркировании водоразделов.

Кроме того, при нежестком маркировании создают условия для свободного развития тальвегов и водоразделов ложбин под влиянием стока воды как в естественных условиях, так и при антропогенном воздействии, например как в условиях распашки склонов.

Пример 6. Ложбина стока 17 (фиг.8а) сформировалась в приводораздельной части лога. Большая часть водосбора ложбины стока имеет уклон t-1,5°. Склон засеян озимыми. В приводораздельной части сформировалась густая сеть микроручьев типа I с врезом в почву на глубину 2-3 см. Густота ручьев большая - на один погонный метр по ширине склона 7-8 ручейков (не показаны).

В 100-120 м ниже линии водораздела в результате слияния микроручейко типа I образовались ручьи типа II с глубиной -вреза в почву 3-5 см. Еще ниже после слияния ручьев типа II образовались ручьи типа III. Их глубина .вреза 5-15 см.

Водораздельная линия выражена весьма слабо. Она определена путем нежесткой маркировки вешками 1-16. Вешки устанавливали посередине между микроручьями, стекающими в ложбину 17, и прилегающими к ней ложбинами. Если имел место перехват ручьев, то к водосбору 17 относили те микроручьи, которые имели большую глубину и впадали в .ручьи типа II, в свою очередь впадающие в ручей типа III ложбины 17. Затем положение вешек и ручьев типа II и III с помощью теодолита было перенесено на схему (фиг.За).

Пример 7. Для определения водосбора ложбины стока 1, которая сформировалась на водосборе ручья, использован топоплан масштаба 1:2000 (фиг.9). Сечение горизонталей на топоплане через 1,0 м. Границы водосбора проводят, начиная от замыкающего створа 1, перпендикулярно направлению горизонталей в направлении наиболее высоких окраинных точек.

Пример 8. Для построения продольного профиля тальвега ложбины стока 1 испольяуют топоплан с нанесенными на него горизонталями (фиг.9).

Вначале определяют положение тальвега ложбины створа 1, т.е. наиболее пониженной части ее водосбора. Для этого от створа 1 проводят перпендикуляры по направлению к верхней част водосбора (фиг.9). Затем снимают с плана значения пересекаемых тальве- гом горизонталей и расстояния между ними и строят продольный профиль ложбины (фиг.10).

Анализ продольного профиля показывает, что его можно аппроксимировать тремя прямыми линиями. Наибольшее отклонение от прямой составляет Н- 0,05%, что допустимо.

Участки I-III существенно различаются по длине и уклону. Цлина 1-го 11-го, 111-го участков соответственн 314, 130 и 80 м, а уклоны 2,2; 6,2 и 3,3 соответственно.

Пример 9. В качестве примера рассмотрим поперечные профили лож бины 1. Поперечный профиль I-I проводят в верхней части ее водосбора; II-II - там, где выражено русло ручья типа III III-III - в нижней части ее водосбора (фиг.11). Затем строят поперечные профили и аппрок- симируют их прямыми,На правом скло- не профиля I-I определяют два участка ab и be, а на левом - cd; на правом склоне профиля II-II определя- ют три участка ab, be, cd, а на левом - de, ek и kl; на профиле III - III на правом слоне определяют два участка ab, be, широкий тальвег cd; на левом - два участка de и ek. Все отклонения от аппроксимирующих линий менее 1,0.

Анализ поперечных профилей показывает, что водосбор ложбины стока 1 имеет существенную асимметрию скло- нов, которая наиболее сильно проявляется на профиле II-II.

Пример 10. В начале снеготаяния выполняют визуальное или полуинструментальное обследование водо- сбора ложбины стока с целью определения участков склона, на которых начинает формироваться ручейковая сеть типа I-III. По данным обследований составляют схему распределения ручейковой сети на водосборе ложбины (фиг,12).

Условные обозначения на фиг- 12: 1-3 - границы водосбора ложбины,участков склона с различными типами ручейковой сети и тальвега ложбины стока с ледяной коркой соответственно;

4-6 - ручьи типа I-III; 7-9 - участки склона с проталинами снега, с ручьями типа I-III соответственно; 10 участки измерений.

Большая часть водосбора ложбины стока № 1 была покрыта снегом. Протл лины сформировались только в прй- водораздельных частях правого и левого склонов ложбины стока (фиг. 12). По длине тальвега ложбины ручьи типа I начали формироваться в 130 - 180 м и ниже водораздела. Хорошо выраженные ручьи типа I впадают в ручей типа II по длине характерного профиля (участок I) в 180 м ниже водораздела. В 3 м выше впадения ручья типа I в ручей типа II устанавливают створ измерений 1. Ручей типа I извилистый, правый и левый берега имеют разную высоту, ширина ручья 2-5 см.

Длина створа равна 1,5 м. Возле створа устанавливают флажок № 1 и через 0,5 м размечают створы измерений. На правом и левом берегах в створах измерений в почву вбивают колышки № 1-6,так,чтобы (№ 1-6, 2-5, 3-4 -по высоте имели одинаковые атметки. На колышки 1-3 и 4-6 укладывают деревянные рейки. Схема участка N 1 представлена на фиг.1.

Пример 11. В ложбине стока Р 1 ручей типа II сформировался в начале 11-го характерного участка продольного профиля ложбины стока. Участок измерений № 2 (фиг.12) ручья типа I устанавливают в 2 м выше его впадения в ручей типа III. Ручей типа II менее извилистый, чем ручей типа I. Его ширина изменяется от 20 до 40 см. Длина участка -измерений № 2 2м.

Далее определяют три створа измерений - верхний, средний (на расстоянии 1 м от верхнего створа) и нижний (в 1 м ниже среднего), затем устанавливают флажок № 2 и колышки по схеме, представленной на фиг.2. Расстояние между колышками (Р 1-6, 2-5, 3-4 увеличивают до 0,7 м, а расстояние между № 1-3 и 4-6 - до 2,0 м. ,

Пример 12.В ложбине стока № 1 ниже участка измерений № 2 в ручей типа II впадает несколько ручьев типа II и несколько десятков ручьев типа I.Поэтому ручей типа II весьма быстро по длине тальвега, всего в 60 м ниже участка из- , мерений № 2, развивается до ручья типа III. Пр длине ручья типа III его ширина, глубина и скорость возрастают. Например, ширина увеличивается от 0,40 м в ручье типа II до 1,60 м в нижней части тальвега лож- бины стока, где ручей типа III достигает наибольшего развития.

Кроме того, в верхней части склона в русле ручья типа III - ледяная

корка, а в нижней она отсутствует. Поэтому шероховатость русла на этих участках различна. Ручей типа III менее извилистыйи чем ручей типа II. Участок измерений № 3 устанавливают в 74 м ниже участка измерений № 2, где русло сформировалось в ледяной корке, а створ измерений- № 4 в 100 м ниже участка № 3, где ледяная корка в русле отсутствует. Длина участка измерений № 3 3 м, а участка № 4 2 м.

Участки измерений № 3 и 4 оборудуют так же, как и участок измерений № 2. Расстояние между колышками № 1-6 и 3-4 увеличивают: на участке Р 3 - до 1,6 м, а на участке № 4 - до 2,0 м.

Пример 13. Левый склон ложбины стока № 1 имеет юго-западную экспозицию. Уклон склона 4-5°. Склон засеян экспарцетом.

К началу интенсивного снеготаяния вдоль приводораздельной части склона на участке ab (фиг.11 и 12) образовались проталины шириной до 8-10 м В нижней части участка de - на нижнем поперечном профиле водосбора ложбины, или ed - на среднем поперечном профиле ложбины (фиг.11), сфомировались преимущественно ручьи тип I, которые непосредственно впадают в ручей типа III. Они имеют большую извилистость. Их ширина составляет ll-5 см, а глубина равна 0,1-0,7 см.

Участок измерений № 5 длиной 1,5 устанавливают, на левом склоне в 8 м выше участка измерений № 4. Берега ручья типа I на этом участке имеют одинаковую высоту. Маркирование створа осуществляют путем установки флаж ка с № 5, а оборудование - путем установки колышков на поверхности почвы: Р 1-6 - на верхнем створе, № 2-5 на среднем и № 3-4 - в нижнем. Поло

g

5

0

5

30

45

50 5

35

40

жение участка измерений № 5 переносят на фиг.12.

Пример 14.В период интенсивного снеготаяния выявлено, что на левом склоне ложбины стока ручьи типа II вытекают из-под снега в 5-10 м выше тальвега ложбины стока, а затем впадают в ручей типа III.

Ручьи типа II имеют большую извилистость. Ширина ручьев 5-25 см. Берега имеют одинаковую высоту. Участок измерений № 6 на ручье типа II устайавливают в 8 м выше его впа-( дения в ручей типа III. Длина участка измерений 2,0 -м.

Маркирование створа измерений осуществляют путем установки на участке измерений флажка № 6, а оборудование - путем установки колышков на уровне по чвы; в верхнем створе - № 1-6; в среднем, который на 1 м ниже верхнего створа, - № 2-5; в нижнем,который на 1 м ниже среднего створа, - № 3-4. Затем на колышки № 1-6 и № 3-4 укладывают рейки. Положение створа № 6 переносят на фиг.12. . .

Пример 15. Правый склон ложбины стока № 1 имеет преимущественно восточную экспозицию, засеян экспарцетом. Уклон правого склона наиболее выражен на 11-м характерном участке поперечного профиля ложбины и составляет 6,2°.

К началу интенсивного снеготаяния в приводораздельной части склона образовались проталины. В 10 м ниже водораздела сформировался снежный покров высотой 1-3 - 50 см.

В период интенсивного снеготаяния прослеживалась ручейковая сеть типа I и II только в нижней части склона. Ручьи типа I характеризовались очень небольшой глубиной 0,1-0,2 см и большой для этого типа шириной 10-60 см.

Участок измерений № 7 устанавливают в 10 м и выше участка измерений № 4. Длина участка измерений 1 м. Берега ручья имеют одинаковую высоту. Маркирование створа измерений осуществляют путем установки флажка Р 7, а оборудование - путем установки колышков на уровне почвы: в верхнем створе - Ь 1-6; в среднем, который на 0,5 м ниже верхнего - № 2-5; в нижнем створе, который на 1 м ниже среднего створа, - № 3-4.

Затем на колышки № 1-6 и № 3-4 укладывают рейки. Положение створа № 6 переносят на фиг.12.

Пример 16. В период снеготаяния на правом склоне ложбины Р 1 сформировались преимущественно ручьи типа I. Ручьев типа II всего лишь несколько. Они имеют большую извилистость. Слабо врезаны в почву, jg в руслах ледяная корка. Берега имеют одинаковую высоту. Ширина ручьев в начале стока 5-25 см.

Участок измерений № 8 устанавливают, в 8 м выше его впадения в ру- jj чей типа III (фиг.12). Длина участка измерений 2,0 м.

Маркирование и оборудование створа осуществляют аналогично ручьям типа II на левом склоне.20

Пример 17. В приводораздель- ной части ложбины стока К 1 в 10 ч 40 мин в зоне формирования ручьев типа I стока воды не было. Еле замет(больше скорости теченн воды в ручье типа I.

Пример 19. В период весенне го снеготаяния, интенсивный сток воды в русле ручья типа III сформировался 1 апреля. Причем уже в 8 ч на участке измерений № 4 наблюдался сто воды, который сформировался в резуль тате водоотдачи из снега, отложившегося в тальвеге ложбины стока.

Измерения скорости течения выполнены пуском краски, на участках изме рений № 3 и 4.

Участок измерений № 3 характеризу ется наличием ледяной корки, а на участке измерений № 4 она практически отсутствует.

В табл.3 приводятся данные измерений.

Для анализа наибольших величин скорости по данным табл. 1-3 составляют табл.4.

Максимальная скорость ручья типа

30

ный сток на участке измерений № 1 на- 25 j 6,08 см/с, ручья типа II 50,0 см/с

и ручья типа III 110 см/с при ледяной корке и 81,3 см/с, когда русло без ледяной корки. В ручье типа III скорость по сравнению с ручьем типа I возрастает в 18 и 13 раз соответственно. Натурные обследования стоковых площадок показывают, что на rfHx, как правило, формируется ручей- ковая сеть типа I. Таким образом, если измерять скорость стекания в ручьях типа I на площадках и принимать ее равной скорости стекания со склона, т.е. скорости в ручьях типа III, то она будет .занижена в 18 - 13 раз. Таким обра-зом, предлагаемый способ позволяет существенно уточнить скорость стекания воды со склонов.

Пример 20. Для оценки влияния юго-восточной экспозиции и поперечного уклона водосбора ложбины стока № 1 на скорость течения в ручьях типа I выполняют измерения скорости стекания на участке измерений № 5. Измерения скорости проводили пуском краски, данные измерений приведены в табл.5.

чался в 10 ч 50 мин.

Измерения скорости течения выполняют пуском краски. Первый срок измерения устанавливают в начале стока, а последующие - в соответствии с возрастанием скорости течения, мак- Еимум которой наблюдался в 14 ч 15 мин, а затем в соответствии с ее убыванием. При этом освещен измерениями максимум скорости и ее минимум. 35 Скорость возрастала от 0 до 6,08 см/с, а затем началось ее убывание. Результаты измерений приведены в табл.1.

Пример 18. В ручей типа II ложбины стока № 1 на участке измере- 40 ний № 2 часть воды поступала из выраженных на поверхности склона ручьев типа I, а часть - из-под снега. Таяние снега было интенсивным.

Измерение скорости течения выпол- 45 нено пуском краски. Первый срок измерения установлен в начале стока в 10 ч 45 мин, а последующие в соответствии с возрастанием, а затем убыванием скорости течения.50

Данные табл.2.

измерений приведены в

Анализ табл.1 и 5 показывает, что максимальная скорость стекания в ручье типа I на склоне южной экспозиции равна 6,08 см/с, а на склоне юго- западной экспозиции 5,00 см/с. Таким образом, скорость стекания на

Сопоставление табл.1 и 2 показывает, что максимум средней скорости течения в ручье типа I равен 6,08 см/с,- а в ручье типа II - 50,00 см/с, т.е. скорость в ручье типа II в 8 раз

(больше скорости теченн воды в ручье типа I.

Пример 19. В период весеннего снеготаяния, интенсивный сток воды в русле ручья типа III сформировался 1 апреля. Причем уже в 8 ч на участке измерений № 4 наблюдался сток воды, который сформировался в результате водоотдачи из снега, отложившегося в тальвеге ложбины стока.

Измерения скорости течения выполнены пуском краски, на участках измерений № 3 и 4.

Участок измерений № 3 характеризуется наличием ледяной корки, а на участке измерений № 4 она практически отсутствует.

В табл.3 приводятся данные измерений.

Для анализа наибольших величин скорости по данным табл. 1-3 составляют табл.4.

Максимальная скорость ручья типа

30

35

Анализ табл.1 и 5 показывает, что максимальная скорость стекания в ручье типа I на склоне южной экспозиции равна 6,08 см/с, а на склоне юго- западной экспозиции 5,00 см/с. Таким образом, скорость стекания на

склоне южной экспозиции в 1,2 раза больше, чем на склоне юго-западной экспозции.

Пример 21. Для оценки влияния правого-склона ложбины стока № 1 юго-восточной экспозиции и поперечно-, го его уклона на скорость течения в ручьях типа II выполняют измерения скоро.сти стеканий на участке измерений № 6.

Русло ручья типа II на этом участке сформировалось только к 14 ч. В русле ледяная корка.

Измерения скорости течения проводили пуском краски. Данные измерений приведены в табл.6.

Максимальная скорость стекания в ручьях типа I и II на склоне юго- западной экспозции равна 5,0 см/с и 36,2 см/с, т.е. скорость в ручьях типа II в 7,3 раза больше, чем в ручьях типа I. В то же время максимальная скорость в ручье типа II южной экспозции равна 50,0 см/с, т.е. на склоне юго-восточной экспозиции скорос ть меньше в 1,4 раза, чем на склоне южной экспозиции.

Пример 22. Скорость стекания в ручье типа I на правом склоне измеряют на участке № 7 ложбины стока К 1. Склон имеет восточную экспозицию. Сток воды в этом ручье сформировался, только к 14 ч.

Измерения скорости проводили пуском краски. Данные измерений приводятся в табл.7.

Наибольшее значение скорости не превышает 2,2 см/с,что в 18 раз меньше, чем в ручье типа II на склоне

юго-восточной экспозиции. Таким образом, экспозиция склона весьма сильно влияет на скорость стекания воды.

Пример 23. Для оценки влияния левого склона ложбины стока № 1 на скорость стекания воды в ручье типа II выполняют измерения скорости на участке измерений Р 8. Склон на этом участке имеет юго-восточную экспозицию. (

Измерения скорости проводили пуском краски.Данные измерений приводятся в табл.8.

По сравнению с максимальной скоростью течение в ручье типа II юго- западной экспозиции скорость в ручье типа II юго-восточной экспозиции в 2,6 раза меньше.

5

0

5

0

Пример 24. Весной измерения глубины и ширины ручья типа I в ложбине стока Р 1 выполняют на участке измерений № 1. Ранее на нем было установлено три поперечника 1-6, 2-5 и 3-4.

Измерения глубин выполнили в сроки измерений скорости течения. Глубину измеряли через 1 см по ширине ручья металлической линейкой длиной 30 см. Площадь поперечного сечения вычисляют по формуле (6), а ширину, по формуле (7). Данные измере ний„ полученные в 12 ч 20 мин, приводят-. ся в табл.9.

Данные измерений показывают, что ручьи типа I характеризуются весьма небольшими размерами: ВМС(КС 5,0 см, пмикс см,. и)макс 2,8 см.

Далее измерения глубины и ширины проводят во все сроки измерения скорости течения на участке измерений: № 1 - 13 ч 05 мин, 14 ч 15 мин, 17 ч 15 мин, 18 ч 25 мин и 20 ч. По формулам (6) - (10) определяют средние для участка измерений значе- дия глубины, ширины и площади поперечного сечения. Данные измерений приводятся в табл.Ю.

Изменчивость h, В и uJ в течение суток существенна и составляет:

5

0

5 0

5

MdRC

т /R

««кс7 ° мин

1,6;

- 2,1; Ямакс/ мин 2,9.

Пример 25. Измерения глубины и ширины ручья типа II ложбины стока № 1 выполняют на участке измерений № сроки измерения скорости течения. Измерения проводили с базы на трех поперечниках с помощью металлической линейки.

Глубину измеряли через 2 см. Площадь поперечного сечения вычисляют по формуле (6), а ширину - по формуле (7).h, В и и).-средние для участка исследований, вычисляют по формулам (7) - (10). Данные измерений приводятся в табл.11.

Анализ морфологических характеристик, которые приводятся в табл.11, свидетельствует о том, что их суточный ход хорошо выражен: BweiKe/B 2 6; WC/WMV,H 6 б;Чи«г«/ьмкнв 5,0.

Для сравнения максимальных величин h, В и иЗ, которые сформировались в ручье типа I и II, составляют табл.12.

гддвшге

10

Отношение характеристик: hj/h,

I ;8; W/frt «Kc 6..

Z I

Таким образом, при переходе от ручья типа I к типу II даже при одной экспозиции склонов морфологические характеристи быстро возрастают. При этом имеет место повышение уклона и длины склона.

Пример 26. Визуально ручей

типа III в ложбине № 1 на участках измерений № 3 и 4 имеет большую ширину, глубину и скорость течения по сравнению с ручьями типа I и II. J5

Измерения морфологических характеристик выполняют с базы на трех створах. Измерения глубины выполняют через 3 см по ширине ручья.

Далее по формуле (6) вычисляют 20 площади поперечных сечений, а ширину - по формуле (7). Затем по формулам (8) - (10) вычисляют средние для участка измерений h, В и dJ. Данные измерений приводятся в табл.13.25

Суточный ход морфологических характеристик хорошо выражен, амплитуда колебаний равна:

5 1; §м«кс/Й«ии 4 2; ниже/ .™

Пример 27. Для оценки влияния юго-западной экспозиции и поперечного уклона левого склона водосбора ложбины стока V 1 на морфологические характеристики водного сечения 35 ручьев типа I в условиях внутрису- точного хода водности их измерения выполняют в ручьях типа I на участ- ке № 5 в сроки измерения скорости воды.40

Измерения глубины и ширины ручьев выполняют на трех створах, оборудованных колышками в сроки измерения скорости течения.

Далее по формулам (6) и (7) вы- 45 числяют площади поперечных сечений и гих ширину, а затем по формулам (8) - (Ю) - средние для участка измерений h, В и со. Данные измерений приводятся в табл.14.50

Морфометрические характеристики орошо отражают внутрисуточный ход водности. Отношения их максимальных значений к минимальным равны: Ьм / /hMf1H 2,8; ВМйке/Вмин 1,4;0в(№/ 55 WMMM 3,0.

Пример 28. Для оценки влияия юго-западной экспозиции и попеге

10

J5

203.25

3540

45 50

55

речного уктома левого си попа подо- сбора ложбины стока К 1 на морфологические характеристики водного сечения ручьев типа II условиях пнут- рисуточного хода ьодности их измерения выполняют в ручье типа II на участке измерений № 6 в сроки измерения скорости.

Измерения глубины и ширины ручьев выполняют на трех стйорах, оборудованных колышками.

Затем по формулам (6) и (7) вычисляют площади поперечных сечений н их ширину, а затем по формулам (8) - (10) для участка измерений h, В ии. Данные измерений приводятся в табл.15.

Морфологические характеристики на участке измерений № 6 хорошо отражают внутрисуточный ход водности. Отношения их максимальных значений к

fJ MW« 2,4;

минимальным равны: hwe,KC/ UM4KC/UMl HJ 3 2 с 5 и«ке/

В... 3 25u;M«Kc/ MMW

Пример 29. Для оценки влияния восточной экспозиции и поперечного уклона правого склона водосбора ложбины стока N 1 на морфологические характеристики водного сечения ручьев типа I в условиях4-внутрисуточного хода водности их измерения выполняют в ручье типа I на участке измерений № 7 в сроки измер ения скорости печения.

Измерения глубины и ширины ручьев выполняют на трех створах, оборудованных колышками.Затем по формуле (6) и (7) определяют и) и В для каждого створа измерений, а по формулам ,(8) - (10) вычисляют осред- ненные для участка измерений h, В и и). Данные измерений приведены в табл.16.

Анализ табл.14 и 16 показывает, что сток в ручье типа I на склоне восточной экспозиции начинается позже, чем на склоне юго-западной эк спозиции. Различия в максимальных величинах Ь,В и tD существенны и составляют: 5,2; ° °6;wfM m. 2,6.

Пример 30. Для оценки влияния юго-восточной экспозиции и поперечного уклона правого склона водосбора ложбины стока К 1 на морфологи-1 ческие характеристики водного сечения ручьев типа II в условиях внутрису- точного хода водности их измерения выполняют в ручье типа II на участке измерений W 8 в сроки измерения скорости течения.

Измерения глубины и ширины ручьев выполняют на трех створах, обо- рудованниях. колышками. Вначале по формулам (6) и (7) определяются и В для каждого створа измерений, а затем по формулам (8)-(10) вычисляют осредненные для участка измерений h, В иы. Данные измерений приведены в табл.17.

Внутрисуточные колебания h, В и и) хорошо выражены. Отношения максимальных и минимальных величин равны:

6,4;

Циякс/ «и н 5;

WM«C/WMI K 30Анализ табл.15 и 17 показывает,

что начало стока в ручье типа II на склонах юго-восточной и юго-западной экспозиции совпадает. Однако амплитуда колебаний и максимальные значения морфологических характеристик водного сечения различны. Отношения максимальных характеристик для участков измерений № 6 и 8 равны:

fyw«Cfr/h /K«H В6/««КС/ Вв «МН

й( M«t 1 мин 1 7.

Пример 31. Для оценки влияния продольного уклона склона на мае су стекающей воды в ручьях типа I в ложбине стока № 1 в условиях внутри- суточного хода водности определяют расход воды на участке измерений К 1 Используют данные о внутрисуточном изменении скорости течения (табл.1) и морфологические характеристики водного сечения (табл.10).

Значения расходов воды за различные сроки измерений вычисляются по формуле (11). Данные вычислений приводятся в табл.18.

Расходы воды, которые сформировались в ручье типа I в ств. 1, небольшие, их максимальная величина 0,028 л/с. Однако амплитуда суточных колебаний большая - расход воды за 14 ч 15 мин в 14 раз больше расхода воды за 18 ч 25 мин.

Пример 32. Для оценки влияния продольного уклона склона на массу стекающей воды в ручьях типа II в ложбине стока № 1 в условиях вну- трисуточного хода водности определяют расход воды на участке измерений № 2. Используют данные о внутри- суточном изменении скорости течения (табл.2) и морфологические характеристики водного сечения (табл.11).

5

0

5

5

о

0

5

0

5

Значения расходов воды за различные сроки измерений вычисляют по формуле (11). Данные вычислений приводятся в табл.19.

Внутрисуточный ход расходов воды в ручье типа II на участке 2 хорошо выражен. Максимальный раеход воды равен 2,54 л/с,а его отношение к минимальному расходу (0,47 л/с) составляет 4,9. Кроме того, максимальный расход воды в ручье типа II в 91 раз превышает максимальный расход в ручье типа I.

Таким образом, при увеличении уклона по длине склона происходит быстрее формирование ручья типа II и существенно возрастает максимальный расход воды.

Пример 33. Для оценки влияния продольного уклона склона на массу стекающей воды в ручьях типа III в ложбине стока № 1 в условиях вну- трисуточного хода водности определяют расход воды на участках измерений № 3 и 4. Используют данные о внутрисуточном изменении скорости течения (табл.3) и морфологические характеристики водного сечения (табл.13).

Значения расходов воды за различные сроки измерений вычисляют по формуле (11). Данные вычислений приводятся в табл.20.

Внутрисуточный ход расходов воды в ручье типа III хорошо выражен. Отношения максимальных расходов воды к минимальным составляют 6,2 и 17,3 на участках Р 3 и 4 соответственно.

Пример 34. Для оценки влияния экспозиции и поперечного уклона левого склона ложбины стока 1 на массу стекающей воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности определяют массу воды на участке измерений № 5.

Используют данные о внутрисуточном изменении скорости течения (табл.5) и морфологические характеристики водного сечения (табл.13).

Значения расходов воды за различные сроки измерений вычисляют по формуле (11). Данные вычислений приводятся в табл.21 .

Расходы воды в створе 5 характеризуются исключительно небольшими величинами, но Внутрисуточный ход хорошо выражен. Отношение максимального расхода воды к минимальному равно 2,5.

Пример 35. Для оценки влияния экспозиции и поперечного уклона левого склона ложбины стока № 1 на массу стекающей воды в ручьях типа II в условиях внутрисуточного хода водности определяют массу воды на участке измерений № 6.

Значения расходов воды за различные сроки вычисляют по формуле (11) по данным измерений скорости течения на этом участке (табл.6) и морфологических характеристик водного сечения (табл.15). Данные вычислений приводятся в табл.22.

Расходы воды на участке Р 6 характеризуются хорошо выраженным суточным ходом. Максимальное значение рас- хода воды в 24 раза превышает минимальное .

Пример 36. Для оценки влияния экспозиции и поперечного уклона правого склона ложбины стока № 1 на массу стекающей воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности определяют массу стекающей воды на участке измерений № 7.

Значения расходов воды за различ- ные сроки вычисляют по формуле (11) по данным измерений скорости течения на этом участке (табл.7) и морфологических характеристик водного сечения (табл.16). Данные вычислений при- .водятся в табл.23.

Расходы воды на участке Р 7 так же, как на участке № 8, характеризуются исключительно небольшими вели- чинами, но внутрисуточный ход стока хорошо выражен. Отношение максимального расхода воды к минимальному равно 150.

Пример 37 (п.37 формулы изо- бретения). Для оценки влияния экспозиции и поперечного уклона правого склона ложбины стока N° 1 на массу стекающей воды в ручьях типа II в условиях внутрисуточного хода водности определяют массу стекающей воды на участке измерений № 8.

Значения расходов воды за различные сроки вычисляют по формуле (11) по данным измерений скорости течения на этом участке (табл.8) и морфологических характеристик водного сечения (табл.17). Данные вычислений приводятся в табл.24.

jg

(5

JQ

5

0

5

д

0

Внутрисуточный ход стока воды на участке t 8 очень хорошо выражен несмотря на небольшие величины стока воды. Отношенн максимального расхода к минимальному равно 80.

Для оценки влияния экспозиции, типа ручья, продольного и поперечного уклонов склона и его длины составляют табл.25.

Анализ табл.25 показывает, что по длине склона в ручьях типа I-III (участки измерений Г 1-4) все характеристики (и, Н, В, Vw, (Зт) возрастают, также возрастают эти характеристики и по длине ручьев типа I и II, которые сформировались на правом и левом склонах водосбора ложбины. Причем все характеристики для ручьев типа I и II на склоне юго-западной экспозциии выше, чем на склоне юго- восточной экспозиции. Кроме того, характеристики ручьев типа II и III существенно выше характеристик ручьев типа I.

Натурные обследования стоковых площадок показывают, что на них формируются линии стока, характерные только для ручьев типа I. Сопоставление характеристик ручьев типа III и типа I дает следующие величины: максимальный расход воды в ручьях типа III - в 576-4333 раз (или 57600 - 433300%), скорость течения в 13-50 раз (или 1300-5000%) больше, чем в ручьях типа I. Поэтому данные, получаемые на стоковых площадках, нуждаются в корректировке.

Таким образом,.предлагаемый способ позволяет с высокой точностью j получить качественно новые неискаженные объектом исследования (например, стоковой площадкой) характеристики скорости течения и массы воды на характерных участках ручьев типа I-III. Ручьи являются верхними звеньями гидрографической системы и обладают фундаментальным свойством целостности и самоорганизации.

Когда на стоковых площадках, которые как объект изучения не являет- , ся целым элементом гидрографической системы, проводят испытания стоко- регулирующих приемов по известному способу и по величине стока воды в 1 ручьях типа I судят о величине стока со всего склона, т.е. в ручьях типа III, то допускают грубую систематическую ошибку. Именно поэтому ряд дорогостоящих водоохранных и противо- эрозионных мероприятий не только не привели к снижению стока и омыва почв, а, наоборот, способствовал катастрофическому развитию водной эрозии почв.

Предлагаемый способ обладает более высоким техническими показателями по сравнению с известными,кото- рые заключаются в том, что объективно определяют объект исследования, который имеет гидролого-морфологиче- ckofe и почвенно-геологическое определение, потому он метрологически обеспечен: объективно определяют характерные участки измерений на ручьях типа I-ITI по длине тальвега ложбины стока и/ручьев типа I и II, расположенных на участках поперечного про- филя ложбины; измеряют неискаженные характеристики скорости стекания,массы воды, а также характеристики ширины, глубины и площади поперечного сечения ручьей в естественных условиях и при антропогенном воздействии. В результате чего достигают повышения точности измерений и получают характеристики режима преобразования потенциальной энергии потока в кинети- ческую под воздействием водосбора ложбины стока, которые не нуждаются в корректировке, что дает существенный экономический и экологический эффект.

При использовании способа получают не только одну характеристику - массу воды, стекающей со склона, но и характеристики скорости течения, глубины, ширины и площади попереч- ных сечений ручьев. Чтобы получить эти характеристики традиционным способом, требуется, кроме оборудования склонов стоковыми площадками и гидрометрическими установками, исполь- зование микровертушек и простейшего оборудования створов, т.е. требуется повторить затраты.

Однако главный положительный эффект заключается в получении качест- венно новой информации, которая не требует корректировки и которую используют для моделирования процесса стока воды и наносов, что способствует большей обоснованности гидрологичес ких расчетов для водоохранных и противо эрозионных мероприятий. Таким образом, получают еще и экологический эффект.

с Q 5 0

0 5

Q с

5

Формула изобретения 1 .Способ определения стока воды со склонов,включающий измерение массы воды и использование картографических и фотографических материалов ,отличающий- с я тем,что,с целью повышения объективности и достоверности определения за счет состава измеряемых характеристик, определяют целый элемент гидрографической системы на склоне - водосбор ложбины стока, л также соответствие его экспозиции, гидролого-морфологических и почвенно-геоло- гических характеристик множеству подобных ложбин, количественно определяют характерные участки продольного и поперечного профилей тальвега ложбины и его склонов, после чего определяют на них участки измерений в ручьях типа I, II и III - единой гидрографической системы водосбора одного ручья типа III при последовательном развитии его в период стока от типа I до типа III, устанавливают оборудование, выполняют измерения скорости течения, глубины воды, ширины, площади поперечных сечений ручьев и массы стекающей воды на участках измерений в условиях их взаимодействия с почвогрунтами под воздействием продольного и поперечного наклонов и экспозицией склонов, климатических и антропогенных факторов.

2.Способ по п.1, отличающий с я тем, что водораздельную линию ложбины стока определяют по крупномасштабным фотоснимкам масштаба 1:25000, 1: 10000, 1:5000 и крупнее путем дешифрирования по контрасту ее тальвега и микроводоразделов.

3.Способ по пп.1 и 2, о т л и- чающийс я тем, что водораздельную линию, ограничивающую водосбор ложбины стока, определяют по фотоснимкам путем дешифрирования по стерео- модели рельефа окраинных наивысших точек ее водосбора.

4.Способ по пп.1-3, о т л и - чающийся тем, что, с целью определения водораздельной линии ложбины стока дешифрируют структуру ручьев, а ее положение определяют посередине между тальвегами близлежащих ложбин в соответствии с направлением стекания ручьев типа I, II, III.

5.Способ по пп.1 и 4, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дешифрирования

водораздельной линии на участках склонов с уклоном 0,5- 1,5е, где водораздел ложбины выражен слабо, его определяют путем маркирования на местности в период стока без искажения линий стока с учетом направления и глубины вреза ручьев типа I-III и последующей фотосъемкой.

6.Способ по пп.1, 2 и 5, отличающийся тем, что при невозможности выполнить фотосъемку выполняют маркирование линии водораздела в период стока и переносят ее на схему или на топоплан, топокарту, фотоснимок .

7.Способ по п.1, отличающийся тем, что, если водосбор ложбины выражен в горизонталях, то его границы определяют по картам масштаба 1:25000, 1:10000, 1:5000 и крупнее или по топопланам путем проведения их по окраинным наивысшим /точкам водосбора,

8.Способ по п.1, отличающийся тем, что характерные участки продольного профиля тальвега ложбины стока определяют путем его аппроксимации длинными линиями - 1 - 3 или несколько более так, чтобы наибольшие отклонения высот от аппроксимирующей линии не превышали 1%.

9.Способ по п.1, отличающийся тем, что характерные участки поперечного профиля склона ложбины стока определяют путем его аппроксимации по возможности длинными линиями - 1-3 или несколько более, так чтобы среднее отклонение высот профиля от аппроксимирующей линии не превышало 1%.

10.Способ по п.1, отличающийся тем, что , оценки характеристик преобразования потенциальной энергии в кинетическую по длине тальвега ложбины стока на характерном участке продольного, профиля ложбины в ручье типа I, определяют участок измерений при впадении ручья типа I в ручей типа II и выполняют его маркировку и устанавливают оборудование.

11.Способ по пп. 1, 8 и 10, о т- личающийся тем, что для оценки характеристик преобразования потенциальной энергии в кинетическую на характерном участке продольного профиля ложбины в ручье типа II, определяют участок измерений при впа

10

(5

20

25

0

5 i

0

5

0

5

детши ручья типа II в ручей типа III, выполняют его маркировку и устанавливают оборудование.

12.Способ по пп.1, 8, 10 и 11, отли чающигся тем, что для оценки характеристик :1 преобразования потенциальной энергии в кинетическую на характерном участке продольного профиля ложбины в ручье типа III, определяют участок измерений при впадении ручья типа III в ручей типа

IV или более высокого порядка и выполняют его маркировку и устанавливают оборудование.

13.Способ по пп. 1 и 9, о т л и - чающийся тем, что оценки характеристик преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую

в ручьях типа I, сформированных на характерном участке поперечного профиля левого склона при его уклоне более 0,5°, когда проявляется влияние экспозиции, определяют участок измерений при впадении ручья типа I в ручей типа II, выполняют его маркировку и устанавливают оборудование.

14.Способ по пп.1, 9 и 13, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что для опенки характеристик преобразования потенциальной энергии потока в кинетическую в ручьях типа II,сформированных на характерном участке поперечного профиля левого склона при его уклоне более 0,5°, когда влияет экспозиция, определяют участок измерений при впадении ручья типа II в ручей типа III и выполняют его маркировку и устанавливают оборудование.

15.Способ по пп.1, 9, 13 и 14, отличающийся тем, что для оценки характеристик преобразования потенциальной энергии в кинетическую в ручьях типа I, сформированных на характерном участке поперечного профиля правого склона водосбора ложбины при его уклоне более 0,5°, когда проявляет влияние экспозиция склона, определяют участок измерений на правом склоне при впадении ручья типа I

в ручей типа II, выполняют его мар- кировку и устанавливают оборудование.

16. Способ по пп.1, 9, 13, 14 и 15, отличающийся тем, |Что для оценки характеристик преобразования потенциальной энергии в кинетическую в ручьях типа II, сформированных на характерном участке поперечного профиля правого склона водосбора ложбины при его уклоне более 0,5, когда проявляет влияние экспозиция, определяют участок измерений на правом склоне при впадении ручья типа II в ручей типа Т11 и выполняют его маркировку и устанавливают оборудование.

17.СпОСОб ПОПП.1, 8и 10, ОТ-

личающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклона на скорость стекания воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточ- ного хода водности, выполняют измере- ния скорости течения на. участке измерений в соответствии с внутрисуточным ходом водности,а сроки измерений устанавливают так, чтобы измерить скорость в начале стока и на всех его макси- мумах и минимумах.

18.Способ по пп.1, 8, 10 и 11, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклона склона на скорость стенания воды в ручьях типа II в условиях вну- трисуточного хода водности выполняют измерения скорости течения на участке измерений в соответствии с внут-. рисуточным ходом водности, а сроки измерений устанавливают так,чтобы измерить скорость в начале стока и на всех его максимумах и минимумах..

19.Способ по пп.1, 8, 10, 11 и

12, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклона на скорость стекания воды в ручьях типа III в условиях вну- трисуточного хода водности, выполняют (измерения скорости течения на участ- ке измерений в соответствии с внутри- суточным ходом водности, а сроки измерений устанавливают так,чтобы изме- рить скорость в начале стока и на всех его максимумах и минимумах.

20.Способ по пп.1, 9 и 13, отличающийся тем, что, с це- лью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на левом склоне водосбора ложбины на скорость стекания воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности, выполняют измерения скорости течения на участке измерений в соответствии с внутрисуточным ходом водности, а сроки измерений устанавливают так, чтобы измерить скорость в начале стока

и на всех его максимумах и минимумах.

21.Способ по пп.1, 9, 14 и 16, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния .экспозиции и поперечного уклона склона на левом склоне водосбора ложбины на скорость стекания воды в ручьях типа II в ус- ловиях внутрисуточного хода водности, выполняют измерения скорости течения на участке измерений в соответствии с внутрисуточным ходом водности,а сроки измерений устанавливают ,так,чтобы измерить скорость в начале стока и на всех его максимумах и минимумах.

22.Способ по пп.1, 9 и 15, о т - личающийся тем, что, с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на правом склоне водосбора ложбины на скорость стекания воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности, выполняют измерения скорости течения на участке измерения в соответствии с внутрисуточным ходом водности, а сроки измерений устанавливают так, чтобы измерить скорость

в начале стока и на всех его максимумах и минимумах

23.Способ по пп.1, 9 и 16, о т - личаюцийся тем, что, с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на правом Склоне водосбора ложбины на скорость стекания воды в ручья типа II в условиях внутрисуточного хода водности выполняют измерения скорости течения на участке измерений в соответствии с внутрисуточным ходом водно-, сти, а сроки измерений устанавливают так, чтобы измерить скорость в начале стока и на всех его максимумах и минимумах.

24.Способ по пп.1, 8, 10 и 17, отличающийся тем, что, с целью влияния продольного уклона склона на характеристики водного сечения ручьев - глубины, ширины и площади поперечного сечения в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности, выполняют их измерения на участке и в срок измерения скорости течения в ручье типа I.

25.Способ по пп.1, 8, 11 и 18, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклона склона на характеристики водного сечения ручьев - глубины, ширины и площади поперечного сечения в ручьях типа II в условиях внутрису- точного хода водности, выполняют их измерения на участке и в срок измерения скорости течения в ручье типа II.

26.Способ по пп.1, 8, 12 и 19, отличающийся тем, что,

с целью влияния продольного уклона склона на характеристики водного сечения ручьев - глубины, ширины и площади поперечного сечения в ручьях типа III в условиях внутрису- точного хода водности, выполняют их измерения на участке и в срок измерения скорости течения в ручье типа III.

27.Способ по пп.1, 9, 13 и 22, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния Экспозиции и поперечного уклона склона на левом склоне водосбора ложбины на характеристики водного сечения ручьев типа

I, в условиях внутрисуточного хода водности, выполняют их измерения на участке и в срок измерений скорости и в ручье типа I.

28.Способ по пп.1, 14 и 23, о т- личающийся тем, что, с це- лью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на лев.ом склоне водосбора ложбины на характеристики водного сечения ручьев типа II, в условиях внутрисуточного

хода водности, выполняют их измерения на участке и в срок измерений скорости в ручье типа II.

29.Способ по пп.1, 9, 15 и 20, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на правом склоне водосбора ложбины на скорость стекания воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водно- сти, выполняют измерения на участке

и в срок измерений скорости течения в ручье типа I.

30.Способ по пп.1, 9, 16 и 21, отличающийся тем, что

с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на правом склоне водосбора ложбины на скорость стекания воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности, выполняют измерения на участке и в срок измерений скорости течения в ручье типа II.

31.Способ по ип.1, 17 и 24, о т л и чающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклон склона на массу стекающей воды в ручьях типа I в условиях внутрнсу- точного хода водности, определяют массу воды в ручье типа I на участке и в срок измерения скорости течения.

32.Способ по пп.1, 18 и 25, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклон склона на массу стекающей воды в ручьях типа II в условиях внутрисуточного хода водности, определяют массу воды в ручье типа II на участке и в срок измерения скорости.

33.Способ по пп.1, 19 и 26, о т- личающийся тем, что, с целью оценки влияния продольного уклона склона на массу стекающий воды

в ручьях типа III в условиях внутрисуточного хода водности, определяют массу воды в ручье типа III на участке и в срок измерения скорости.

34.Способ по пп.1, 22 и 27, о т - личающийся тем, что, с це- ;лью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на левом скло не ложбины стока на массу стекающей воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности, определяют массу воды в ручье типа I на участке и в срок измерения скорости.

35.Способ по пп.1, 23 и 28, отличающийся тем, что, с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на левом склоне водосбора ложбины стока на массу стекающей воды в ручьях типа II, определяют массу воды в ручье типа II

на участке и в срок измерения скорости.

36.Способ по пп.1, 20 и 29, о т - личающийся тем, что,- с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на правом склоне водосбора ложбины стока на массу стекающей воды в ручьях типа I в условиях внутрисуточного хода водности, определяют массу воды в ручье типа

I на участке и в срок измерений скорости.

37.Способ по пп.1, 21 и 30, о т- личающийся тем, что, с целью оценки влияния экспозиции и поперечного уклона склона на правом скло39156 359

не водосбора ложбины стока на массу стекающей воды в ручьях типа II в условиях внутрисуточного хода водности, определяют массу воды в ручье типа II на участке и в срок измерения скорости.

Таблица 1

40 Таблица 2

Изобретение относится к гидрологии, гидрографии, почвоведению и геоморфологии и может быть использовано в водном, сельском и лесном хозяйствах для определения скорости стекания воды со склонов, ее массы и характеристик водного сечения русел ручьев, например, для гидрологического обоснования мероприятий по регулированию стока со склонов и оценки путей распространения загрязняющих веществ. Целью изобретения является повышение объективности и достоверности определения за счет расширения состава измеряемых характеристик. Цель достигается тем, что определяют водосбор ложбины стока, являющийся целым элементом гидрографической системы, определяют характерные участки ручьев типа I-III в соответствии с изменением продольного и поперечного уклонов, экспозиции склонов ложбины и выполняют измерения характеристик массы и скорости течения воды, глубины, ширины и поперечного сечения ручьев. 37 з.п. ф-лы, 12 ил., 25 табл.

Ложбина стока Р I, участок W 1

10-40 10-45

12-20 13-05 14-15 17-15 18-25 20-00

Стока воды нет Еле заметное начало стока 11,0 12,88 13,98 9,98

2,00

4,78 5,60 6,08 4,34 0,87

Стока воды нет

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 5

Время измерения, ч-мин

Скорость течения, см/с

VK ,3 20

Ложбина стока № 1, участок № 5

1 1-0-50Начало стока

12-1510,00 4,40

13-0011,00 4,90

14-1012,00 5,00 17-10 9,00 4,10

18-30Сток прекратился

1 2 3 4 5 6

Таблица 6

стока № 1,участок № 6

21,79,43

83,3 36,22

14,46,26

16,87,30

Пррдолжечне табл.6

Таблица 7

Участокизмерений

Время измерений, ч-мин

Скорость течения, см/с

VK .,3

(Р 1, участок 9 1

Стока воды нет

0,900,40

5,002,20

0,090,04

Стока воды нет

Таблица 8

Таблица 10

Т а б л.,и ц а 12

Таблица 13

1 1, участок № 3

Стоки воды нет

1,0 60,0 60,0

3,0 47,0 140

3,7 42,0 155

Продолжение табл.13

5 6 7 8 9 0

14-00 15-00 17-00 18-30 20-00 24-00

3,8 3,4 3,7 2,9

2,1 1,0

Участок р 4

58,0 47,3 65,0 80,0 67,0 80,0

220 162 240 233 140 80,0

Таблица 14

Ложбина Vs 1, створ

45

Т а б л и ц а 15

Ложбина № 1, створ

Таблица 19

Ложбина № 1, участок № 2

110-40

211-35

312-20

Стока

0,47

2,07

50

Ложбина № 1, участок « 5

47 Таблица 22

Ложбина № 1, участок № 6

Таблица 23

Ложбина Ј 1, участок № 7

113-00Стока воды

нет

214-100,00060

Примечание. Qs, и V+ - расходы воды и скорости течения, измеренные

ча участках # 3 и 4 соответственно.

ft/e.f

1565359

48 Продолжение табл.23

i::z::i

Таблица 24

20

Ложбина № 1, участок № 8

Таблица 25

Ф/г2

А

. , VA

- Vfe:bl

си

)6 уw

J

в

V

Q/0

«

V (

у,

I т / I I ч) Л. ч 2

SW. .сЗ

///

Фиг. 9

T% lf 1Л T « IT IT VJ IT U Л l ITJ tn «O

sgsis

infi A/ H vdogyogog vu/awg

1

§

1

§

«:

§i

i

ш

s

§

«

о

lЈ

S3

nr

к. у и

7},5м

59,5 муся

11

4 S

Цбмуы.

bit К