Đo độ sâu dòng nước

Ch−ơng III Đo độ sâu dòng n−ớc Đ 3-1 Độ sâu dòng n−ớc vμ ứng dụng I- Khái niệm: Độ sâu dòng n−ớc tại một điểm nào đó là khoảng cách theo ph−ơng thẳng đứng từ mặt n−ớc tới đáy sông tại điểm đó (1). Theo ý nghĩa vật lý thì độ sâu là khoảng cách theo ph−ơng vuông góc với h−ớng chảy bình quân từ mặt n−ớc tới đáy sông (2), nh−ng trong thực tế độ sâu đ−ợc xác định theo khái niệm (1). Độ sâu ký hiệu là h đơn vị hay dùng là m. II- ứng dụng: Trong đo đạc thuỷ văn độ sâu dùng để tính diện tích mặt cắt −ớt, từ đó tính l−u l−ợng n−ớc, l−u l−ợng bùn cát và các đặc tr−ng khác có liên quan tới chiều sâu dòng chảy. Từ độ sâu ứng với mực n−ớc tính toán có thể xác định đ−ợc cao trình đáy sông tại các điểm đo sâu, từ đó có thể có đ−ợc mặt cắt ngang, mặt cắt dọc, lập bình đồ đoạn sông. Việc đo địa hình lòng sông phần d−ới n−ớc đ−ợc gắn với phần đo đạc trên cạn bằng các tuyến dẫn hoặc toạ độ các tiêu hoặc tọa độ điểm đặt máy đo góc ...Để hiểu rõ hơn về việc đo địa hình lòng sông xin xem thêm “giáo trình đo đạc phổ thông”. Nội dung chủ yếu của ch−ơng trình này chỉ đề cập tới các ph−ơng pháp đo sâu để phục vụ cho việc khảo sát chọn vị trí đặt trạm, cung cấp độ sâu cho đo đạc và tính toán số liệu ở các trạm thuỷ văn. Đ 3-2. Dụng cụ vμ máy móc đo sâu I- Dụng cụ đo sâu từng điểm 1. Th−ớc sắt và sào Th−ớc làm bằng nhôm hoặc bằng hợp kim nhẹ không gỉ có dạng hình trụ rỗng, dài 2ữ2.5 m, đ−ờng kính 2ữ2.5 cm đ−ợc khắc vạch cm. Chân th−ớc có đế để khi đo th−ớc không ngập sâu trong bùn. Th−ớc sắt có −u điểm là đo nhanh, độ chính xác cao, nh−ng nó chỉ đ−ợc dùng để đo ở nơi có độ sâu nhỏ hơn 2m, l−u tốc nhỏ hơn 1,5 m/s. Đối với nơi có độ sâu từ 3ữ5 m và l−u tốc nhỏ hơn 1.5 m/s thì dùng sào đo sâu. Sào có thể làm bằng tre, nứa, gỗ thẳng, đ−ờng kính từ 4ữ5 cm, dài 6ữ7 m.Trên thân sào có khắc khoảng cách 5 cm, 10 cm một, chân sào có lắp đế sắt nặng từ 0.5ữ1.5 kg để dễ dìm sào xuống n−ớc. Dùng sào để đo sâu cho độ chính xác khá cao, nh−ng chỉ dùng đ−ợc ở nơi có độ sâu và l−u tốc nhỏ. 2. Tời và tải trọng Tải trọng đo sâu có tác dụng giữ căng dây cáp và đo đúng vị trí điểm cần đo. Tải trọng đ−ợc làm bằng các vật liệu có trọng l−ợng riêng lớn (sắt, gang, chì...), tải trọng phải có dạng 32 sao cho khi làm việc trong n−ớc ổn định nhất. Trong đo đạc thuỷ văn tải trọng th−ờng có hình dạng con cá và đ−ợc gọi là “cá sắt”. Tuỳ theo điều kiện dòng chảy tại vị trí đo mà lựa chọn cá sắt có tải trọng cho thích hợp. Cá sắt có các loại: 25kg, 35kg, 50kg, 75kg, 100kg, 120kg... Tời là ph−ơng tiện nâng tải trọng và treo các dụng cụ máy móc đo đạc. Các bộ phận chính của tời gồm có: bàn tời (1), cần tời (2), trục quấn cáp (3), tay quay (4), dây cáp (5), hộp số (7), ngoài ra còn các bộ phận phụ nh− ròng rọc (6), phanh v.v.. (Xem hình 3-1). Hình 3-1. Tời Nêva Hình 3-2. a) Tr−ờng hợp a ≤1m; b) tr−ờng hợp a>1m Tời và tải trọng có thể đo sâu cho mọi tr−ờng hợp, thích hợp nhất là khi độ sâu và l−u tốc lớn. Khi lực tác dụng của dòng n−ớc vào cá sắt và cáp lớn sẽ làm cho dây cáp lệch khỏi ph−ơng thẳng đứng một góc α. Khi α ≥100 thì phải hiệu chỉnh độ sâu đo đ−ợc. Tr−ờng hợp α > 300 thì phải thay cá sắt có trọng l−ợng lớn hơn và đo lại. Có thể chia ra hai tr−ờng hợp sau đây khi cần phải hiệu chỉnh độ sâu: + Tr−ờng hợp a ≤ 1m (hình 3-2a). Tr−ờng hợp này độ sâu hiệu chỉnh đ−ợc tính theo công thức sau: h = 1- a - Δ2 (3-1) Trong đó: h- độ sâu đã hiệu chỉnh l- chiều dài của dây cáp kể từ ròng rọc đỡ cáp đầu cần tới bụng cá sắt đặt trên đáy sông. a- khoảng cách từ ròng rọc tới mặt n−ớc. 33 Δ2- số hiệu chỉnh phụ thuộc vào góc lệch α và chiều dài dây cáp ngập trong n−ớc, nh− trong bảng 3-1. Bảng 3 - 1. Trị số hiệu chỉnh độ sâu Δ2 (m) Góc lệch của dây cáp (độ) Chiều dài cáp ngập l1 (m) 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 1. 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 2. 0,02 0,03 0,01 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09 0,11 0,12 0,14 0,16 0,18 3. 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,19 0,23 0,26 4. 0,03 0,01 0,03 0,08 0,10 0,12 0,14 0,17 0,19 0,22 0,24 0,28 0,32 5. 0,01 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,17 0,20 0,21 0,27 0,29 0,35 0,40 6. 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,25 0,25 0,30 0,35 0,10 0,45 7. 0,05 0,05 0,10 0,10 0,15 0,18 0,25 0,25 0,30 0,35 0,40 0,50 0,55 8. 0,05 0,10 0,10 0,15 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,55 0,60 9. 0,05 0,10 0,10 0,15 0,20 0,23 0,30 0,35 0,10 0,45 0,50 0,60 0,70 10. 0,5 0,10 0,15 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,45 0,50 0,56 0,65 0,75 11. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,20 0,27 0,30 0,40 0,50 0,60 0,61 0,70 0,80 12. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,29 0,40 0,40 0,50 0,60 0,66 0,80 0,90 13. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,32 0,40 0,50 0,60 0,70 0,71 0,90 1,00 14. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,34 0,40 0,50 0,60 0,70 0,77 0,90 1,00 15. 0,10 0,10 0,20 0,20 0,30 0,36 0,50 0,50 0,60 0,70 0,82 1,00 1,10 16. 0,10 0,10 0,20 0,30 0,30 0,39 0,50 0,60 0,70 0,80 0,87 1,10 1,20 17. 0,10 0,20 0,20 0,30 0,30 0,41 0,50 0,60 0,70 0,80 0,92 1,10 1,20 18. 0,11 0,20 0,20 0,30 0,40 0,43 0,60 0,70 0,80 0,90 0,97 1,250 1,30 19. 0,11 0,20 0,20 0,30 0,40 0,45 0,60 0,70 0,80 0,90 1,03 1,20 1,40 20. 0,12 0,20 0,20 0,30 0,40 0,47 0,60 0,70 0,80 1,00 1,08 1,30 1,50 + Tr−ờng hợp a>1m (hình 3-2b) tr−ờng hợp này độ sâu hiệu chỉnh đ−ợc xác định theo công thức : h = l2 - Δ2 = l1 - Δ1 - Δ2 (3-2) Trong đó: l1- chiều dài của dây cáp ngập trong n−ớc không thực tế (độ sâu giả). l2- chiều dài của dây cáp ngập trong n−ớc thực tế. l2 = l 1 - Δ1 Δ1- Hệ số hiệu chỉnh đ−ợc tính theo công thức. Δ1 = a ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −1 cos 1 α (3-3) Với α là góc lệch của dây cáp so với ph−ơng thẳng đứng. Để hiệu chỉnh độ sâu ta tiến hành nh− sau: 34 - Xác định khoảng cách a. - Thả cá sát chạm mặt n−ớc, sau đó thả cá sắt chạm đáy sông, xác định chiều dài cáp ngập trong n−ớc l1. - Đo góc lệch α - Tính Δ1 theo (3-3) - Độ sâu hiệu chỉnh đ−ợc tính theo (3-2) II- Máy hồi âm đo sâu Máy hồi âm đo sâu là dụng cụ có thể đo đ−ợc độ sâu từng điểm hoặc đo độ sâu liên tục trên tuyến đo. 1. Nguyên lý chung của máy hồi âm đo sâu: Dựa vào thời gian truyền âm trong n−ớc kể từ lúc phát sóng âm tới lúc sóng âm gặp đáy sông và phản hồi trở lại mà máy tính đ−ợc độ sâu. Theo nguyên lý đó độ sâu đ−ợc tính nh− sau (công thức lý thuyết). d 2 LC. 2 th 22 +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ Δ= (3-4) Trong đó: h - Độ sâu tại điểm đo. Δt - Thời gian từ khi phát sóng âm tới khi thu đ−ợc sóng âm phản hồi. C - Tốc độ truyền âm trong n−ớc. C phụ thuộc vào nhiệt độ và độ mặn của n−ớc. Khi nhiệt độ n−ớc từ 0 ữ30°C và độ mặn từ 0 ữ35%o thì C=1400-1550 m/s L - Khoảng cách giữa bộ phận thu và phát sóng ở đầu dò. d - Khoảng cách từ mặt n−ớc xuống tới đầu dò. Độ sâu này tuỳ thuộc trạng thái mặt n−ớc lúc đo mà đặt. Tr−ờng hợp mặt n−ớc t−ơng đối yên lặng có thể chọn d từ 20ữ30 cm, khi có sóng to, thuyền chòng chành mạnh có thể đặt độ sâu d lớn hơn. 2. Các bộ phận cơ bản của máy hồi âm. a. Máy chủ có các chức năng sau: - Tạo ra siêu âm với tần số nhất định (50, 150, 200...HZ) khuyếch đại và truyền tới đầu dò khi vận hành. - Nhận năng l−ợng âm phản xạ từ đầu dò. - Xác định thời gian từ lúc phát tới lúc thu sóng âm. - Tự động xác định độ sâu và truyền kết quả tới bộ phận tự ghi hoặc màn hình hiển thị. b. Đầu dò (transducer) có chức năng: Sau khi sóng siêu âm đ−ợc khuếch đại truyền tới bộ phận phát của đầu dò. ở đây năng l−ợng sóng siêu âm đ−ợc phát vào n−ớc d−ới dạng chùm tia hình nón. Khi sóng âm gặp đáy sông (hoặc vật rắn trong dòng chảy) sẽ phản hồi trở lại bộ phận thu của đầu dò, năng l−ợng sóng phản hồi sẽ đ−ợc truyền tới máy chủ. 35 Bộ phận thu, phát sóng của đầu dò đ−ợc lắp đặt gần nhau trên cùng 1 giá khi vận hành đầu dò đ−ợc đặt ở độ sâu ngập hoàn toàn trong n−ớc. c. Bộ phận tự ghi và hiển thị: Độ sâu đo liên tục trên tuyến đo hoặc từng điểm sẽ đ−ợc máy chủ tính toán và truyền tới bộ phận tự ghi d−ới dạng điện. Kim tự ghi sẽ ghi độ sâu đã đo lên băng giấy chuyên dùng theo tỷ lệ nhất định. Riêng loại máy thế hệ giữa và sau còn có màn hình (L- CD Window) để hiển thị độ sâu và các thông số khác khi cần thiết. Loại máy hiện đại hơn có thể kết nối với máy tính và định vị đ−ợc điểm đo. Việc vận hành máy nhờ các phím điều khiển lắp đặt trên mặt máy. (Hình 3-3) d. Nguồn điện: Máy đ−ợc cung cấp bởi nguồn điện 11-15V DC khi vận hành. 3. Một số loại máy hồi âm đo sâu: Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, máy hồi âm đo sâu ngày nay đã có nhiều cải tiến quan trọng nh− kết cấu gọn nhẹ, tiêu thụ ít năng l−ợng, đo đạc thuận lợi và có độ chính xác ngày càng cao. Máy có thể đo đ−ợc độ sâu liên tục trên tuyến đo. Số liệu có thể đ−ợc ghi vào băng, l−u giữ vào đĩa từ hoặc kết nối với máy tính. Sau đây sẽ giới thiệu một số loại máy FURUNO do Nhật Bản sản xuất đang đ−ợc dùng rộng rãi ở n−ớc ta và máy Bathy-1500 của Tổ hợp sản xuất thiết bị khảo sát đại d−ơng, Mỹ. Bảng 3-2. Giới thiệu một số loại máy hồi âm đo sâu Độ sâu đo đ−ợc (m)TT Loại máy Độ rộng băng ghi (inches) Hmax hmin Màn hình CD. Window Số liệu ra đĩa từ, băng Thế hệ máy 1 FE 400A 4 180 1.8 Không Băng giấy Đầu 2 FE 600A 6 320 1.8 Không nt Đầu 3 FE 4300 4 640 0.7 Có nt Trung 4 FE 6300 6 640 0.7 Có nt Trung 5 Bathy-1500 8,5 5000 <5,0 Có Băng, đĩa từ Sau (a) (b) Hình 3-3. a) Máy hồi âm đo sâu (FURUNO FE 6300) b) Băng tự ghi của máy hồi âm 36 Đ 3-3 Chế độ đo sâu Việc quy định chế độ đo sâu tuỳ thuộc vào tình hình thay đổi của lòng sông, yêu cầu phục vụ của tài liệu và sai số cho phép trong đo đạc. Nói chung đo càng dày thì càng phản ánh chính xác sự thay đổi của lòng sông nh−ng tốn kém. Do vậy cần căn cứ vào yêu cầu và mục đích sử dụng mà quy định chế độ đo sâu sao cho đảm bảo yêu cầu với số lần đo đạc ít nhất. - Đo sâu để phục vụ cho công tác lập bình đồ đoạn sông, nghiên cứu sự diễn biến dòng sông thì trong một năm có thể chỉ đo đạc một số lần vào những thời kỳ lòng sông có bồi, xói lớn (tr−ớc và sau mùa lũ). - Khi đo sâu phục vụ cho việc lập qui hoạch hoặc thiết kế công trình trên sông thì chế độ đo tuỳ thuộc yêu cầu mà định cho phù hợp. - Việc đo sâu để tính l−u l−ợng n−ớc và l−u l−ợng bùn cát tại các trạm thuỷ văn thì yêu cầu số lần đo nhiều hơn. Số lần đo trong từng thời kỳ tuỳ thuộc vào hình thức và mức độ bồi xói của mặt cắt ngang tại tuyến đo mà định. • ở các trạm thuỷ văn thuộc vùng không ảnh h−ởng triều chế độ đo sâu khái quát nh− sau: Đối với thời kỳ lòng sông ổn định thì cứ 5 ữ 10 lần đo l−u l−ợng đo độ sâu 1 lần. Về mùa kiệt khoảng 2-3 tháng đo sâu một lần. • ở các trạm thuộc sông ảnh h−ởng triều : Thời kỳ lũ, khi diện tích thay đổi v−ợt quá 5% (cùng cấp mực n−ớc) thì cần bố trí đo sâu. Về mùa kiệt cứ 2-3 tháng đo sâu 1 lần. Riêng khi đo chi tiết thì mỗi lần đo l−u l−ợng đều đồng thời đo sâu. Đ 3-4 Các ph−ơng pháp đo sâu I- Đo sâu theo mặt cắt ngang Số liệu đo sâu theo mặt cắt ngang đ−ợc sử dụng để tính các yếu tố l−u l−ợng, bùn cát, lập bình đồ đoạn sông... 1. Chọn vị trí mặt cắt ngang Số l−ợng mặt cắt và số điểm đo trên mỗi mặt cắt quyết định bởi yêu cầu về độ chính xác của tài liệu. Càng nhiều mặt cắt và điểm đo thì địa hình đáy sông sẽ đ−ợc phản ánh càng chính xác. Vị trí mặt cắt và điểm đo đ−ợc chọn ở những chỗ địa hình có sự thay đổi đột biến. Khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp có thể căn cứ vào chỉ tiêu sau: Khi độ rộng sông B ≈ 100m, khoảng cách giữa 2 mặt cắt ngang chọn trong khoảng ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ữ 3 1 2 1 B, khi B ≈ 1000m, thì khoảng cách đó bằng ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ ữ 4 1 3 1 B. 2. Xác định điểm đo trên mặt cắt ngang (đo địa hình) Số điểm đo sâu trên mỗi mặt cắt ngang phụ thuộc vào chiều rộng sông và địa hình của đáy sông mà bố trí. Nói chung chỗ ít thay đổi thì bố trí th−a điểm đo, chỗ địa hình đáy sông 37 thay đổi lớn thì bố trí dày, những chỗ địa hình đáy sông có thay đổi đột ngột cần có điểm đo, số điểm đo trên mặt cắt có thể tham khảo bảng (3-3). Bảng 3-3. Khoảng cách giữa các điểm đo sâu trên mặt cắt Chiều rộng sông (m) <100 100 ữ 200 200 ữ 500 500 ữ 1000 Khoảng cách giữa các điểm đo (m) 5 5 ữ10 10 ữ 20 20 ữ 50 3. Đo sâu mặt cắt ngang ở trạm thuỷ văn Độ sâu trên tuyến đo (mặt cắt ngang) dùng để tính l−u l−ợng n−ớc, l−u l−ợng bùn cát và các yếu tố thuỷ văn khác có liên quan tới độ sâu. a. Thuỷ trực∗ đo sâu ở trạm mới thành lập Vị trí thuỷ trực đo sâu quyết định phần lớn độ chính xác của tài liệu. Vị trí đ−ờng thủy trực ngoài việc phản ánh đ−ợc địa hình đáy sông còn cần chú ý tới việc thuận lợi trong đo đạc và tính toán. Do đó khoảng cách giữa các thuỷ trực nên chọn là bội số 2, 5, 10 đối với sông có độ rộng lớn và bội số của 0,2; 0,5 khi chiều rộng sông nhỏ (B <10m). Đối với trạm mới thành lập số đ−ờng thuỷ trực đ−ợc bố trí nh− bảng (3-4). Bảng 3-4. Bố trí thuỷ trực đo sâu đối với trạm mới Độ rộng mặt n−ớc B (m) < 50 50-100 100-300 300-1000 1000-3000 Số đ−ờng thuỷ trực đo sâu 20 20-30 30-40 40-50 50-60 b. Thuỷ trực đo sâu ở trạm đ∙ qua trên 3 năm đo đạc Đối với trạm đã hoạt động trên 3 năm thì nghiên cứu và có thể giảm số đ−ờng thuỷ trực, nh−ng không đ−ợc giảm d−ới một nửa số đ−ờng thuỷ trực quy định ở bảng (3-4). Số đ−ờng thuỷ trực còn lại tr−ớc hết cần −u tiên cho các vị trí có địa hình đáy sông thay đổi đột biến 4. Xác định vị trí điểm đo trên mặt cắt ngang a. Ph−ơng pháp căng dây: Khi sông có chiều rộng không lớn (B<200m) ít tàu thuyền qua lại, l−u tốc nhỏ thì có thể dùng dây (cáp, điện, ni lông...) có đánh dấu khoảng cách căng qua sông để xác định vị trí điểm đo. (Hình 3-5) ở các trạm thuỷ văn việc xác định vị trí của thuỷ trực th−ờng dựa vào công trình cáp định vị hoặc hệ thống tiêu cố định. ∗ Thuỷ trực là đ−ờng thẳng đứng t−ởng t−ợng thuộc mặt cắt ngang sông, trên đó đ−ợc bố trí các điểm đo đạc các yếu tố thuỷ văn 38 b. Dùng mia và máy kinh vĩ: Trong điều kiện không áp dụng đ−ợc ph−ơng pháp căng dây thì có thể dùng máy kinh vĩ để xác định vị trí điểm đo. Theo ph−ơng pháp này trên tuyến ngang dựng 4 sào tiêu R1, R2,R3,R4. (Hình 3-6), đặt máy kinh vĩ ở điểm A (gần mép sông), cố định h−ớng ngắm về sào tiêu R3. Mia đ−ợc dựng trên thuyền và đọc khoảng cách trực tiếp. Ph−ơng pháp này có thể áp dụng tốt khi mặt sông lặng sóng, và l−u tốc nhỏ. Hình 3-5. Xác định điểm đo bằng ph−ơng pháp căng dây ngang sông c. Dùng máy kinh vĩ và sào tiêu đo góc: Theo ph−ơng pháp này trên mặt cắt ngang dựng 4 sào tiêu R1, R2, R3, R4. Từ điểm A ở trên bờ (nằm trên mặt cắt ngang) lấy một đoạn AC vuông góc với R1, R2, AC lấy gần bằng chiều rộng sông. Đặt máy kinh vĩ ở C (Hình 3-7). Khi đo sâu tại điểm nào đó ta đọc góc β (hợp bởi h−ớng CA và sào tiêu trên thuyền). Khoảng cách từ thuyền (điểm M) tới điểm A sẽ là: AM = AC. tgβ Hình 3-6. Xác định điểm đo bằng Hình 3-7. Xác định khoảng cách bằng máy kinh vĩ kinh vĩ và sào tiêu d. Dùng hai máy kinh vĩ giao hội: Vị trí điểm đo có thể xác định bằng các tia ngắm do hai máy kinh vĩ đặt trên bờ (không trùng với mặt cắt ngang). Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng cả khi không đo sâu theo mặt cắt ngang; thuận lợi khi lập bình đồ đáy sông. 39 Ngoài các ph−ơng pháp đã nêu ở trên còn có thể dùng tời (hình 3-8) hoặc cọc tiêu (hình 3-9) để xác định vị trí điểm đo. Hình 3-8 Hình 3-9 a) Hệ thống tiêu ngoài; b) Hệ thống tiêu trong Ph−ơng pháp này đ−ợc áp dụng đo sâu ở mặt cắt và điểm đo cố định nh− ở các trạm thuỷ văn. e. Dùng máy Xếch tăng (Sextant) đặt trên thuyền: Cấu tạo của máy Xêch tăng dựa trên nguyên lý quang học sau đây: Một tia sáng sau khi phản xạ 2 lần qua 2 g−ơng phẳng sẽ tạo với tia tới đầu tiên một góc bằng hai lần trị số góc hợp bởi hai g−ơng phẳng đó. b α ảnh sáo A δ 3 εε δ a sáo B 1 β g−ơng 3 2 P Hình 3-10. Sơ đồ làm việc của máy Xếchtăng Theo nguyên lý đó thì góc hợp bởi tia phản xạ lần thứ 2 ở g−ơng (3) và tia tới đầu tiên (h−ớng AP) là bằng 2 lần góc hợp bởi hai g−ơng (2) và (3) - γ. Vậy β = 2γ 40 Các bộ phận chính của máy xêchtăng gồm: ống kính ngắm (1), g−ơng phẳng di động (2), g−ơng phẳng cố định(3), g−ơng (3) gồm nửa trên là kính trong suốt, nửa d−ới là g−ơng phẳng; vành độ và du tiêu để xác định góc β kẹp bởi hai h−ớng cần đo. (Hình 3-10) Dùng máy xêchtăng có thể đo đ−ợc những góc d−ới 1250. Độ chính xác của máy là 1 phút, nếu −ớc l−ợng bằng mắt th−ờng thì độ chính xác có thể đạt 1/10phút. Hình 3-11. Xác định vị trí điểm đo bằng máy Xếchtăng Muốn đo góc kẹp giữa hai sào tiêu A-B nào đó (Hình 3-11) thì ngắm qua ống kính h−ớng về sào tiêu B và đo góc β1. Sau đó quay du tiêu cho g−ơng phẳng (2) di động đến A, khi thấy ảnh của sào tiêu A trùng với sào B trên g−ơng 3 thì đọc góc β2. Trị số góc kẹp giữa 2 h−ớng A và B là: β = β2 - β1 Và khoảng cách BM sẽ đ−ợc tính: BM = AB.Cotg β II- Đo sâu theo h−ớng dọc sông Khi cần khảo sát địa hình đáy sông ở nơi sông rộng, l−u tốc lớn thì có thể đo sâu theo h−ớng dọc sông. 1. Đo theo h−ớng dòng chảy: Trên bờ đoạn sông cần đo bố trí những điểm khống chế các tuyến dẫn T1, T2, T3... (hình 3-12). Tại các điểm khống chế đó đặt các máy kinh vĩ; dùng ph−ơng pháp giao hội để xác định vị trí từng điểm đo sâu trên các tuyến theo h−ớng dòng chảy. Hình 3-12 Khoảng cách giữa các điểm đo trên mỗi tuyến tuỳ theo yêu cầu của tài liệu mà quy định, thông th−ờng khoảng cách đó từ 10 1 20 1 ữ độ rộng sông. 2. Đo sâu theo h−ớng chéo dòng chảy: Để đo theo ph−ơng pháp này trên bờ sông cũng đ−ợc bố trí tuyến dẫn và đặt máy kinh vĩ nh− ph−ơng pháp 1. Khi đo cho thuyền di chuyển trên các tuyến hợp với h−ớng chảy một góc từ 15-300. Các tuyến đo chọn cách nhau từ 1/4 ữ 1/2 chiều rộng sông. Vị trí điểm đo trên mỗi tuyến đ−ợc xác định bằng ph−ơng pháp giao hội (hình 3-13). Khi đo có thể cho thuyền di chuyển theo các tuyến ABCD... (theo mũi tên) 41 Hình 3-13 III- Đo sâu theo ô vuông Ph−ơng pháp này đ−ợc dùng để đo sâu ở lòng hồ, kho n−ớc, bãi chìm... Dựa vào bản đồ địa hình chia mặt hồ hoặc bãi cần đo thành các ô (hình 3-14). Khoảng cách giữa các tuyến dày hay th−a là tuỳ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của tài liệu và địa hình đáy hồ, sông. Thông th−ờng 2 điểm đo kề nhau trên mỗi tuyến cách nhau 5ữ10m. Vị trí các điểm đo có thể đ−ợc đánh dấu bằng phao nổi, tiêu trên bờ hoặc ph−ơng pháp giao hội nh− đã trình bày. Ngoài các ph−ơng pháp định vị điểm đo đã nêu khi đo sâu lòng hồ rộng, hoặc biển có thể sử dụng máy định vị qua vệ tinh. Ph−ơng pháp này khá thuận lợi khi đ−ợc trang bị máy định vị bảo đảm độ chính xác cần thiết. Hình 3-14 Đ 3-5. Chỉnh lý vμ tính toán tμi liệu đo sâu Công tác chỉnh lý và tính toán tài liệu đo sâu nhằm phát hiện những sai sót trong đo đạc, ghi chép, tính toán ban đầu để nâng cao độ chính xác của tài liệu và hệ thống tài liệu d−ới dạng gọn nhất giúp cho việc sử dụng và l−u trữ tài liệu thuận lợi. I- Nội dung chỉnh lý số liệu đo sâu Tr−ớc khi chỉnh lý tài liệu cần thu thập các loại tài liệu nh− mực n−ớc, độ sâu, góc lệch dây cáp, tọa độ điểm đo, l−u tốc dòng n−ớc (nếu có) và các loại tài liệu khác có liên quan tới tài liệu đo sâu nh− sóng, gió, tình hình thời tiết và tài liệu đo sâu của các lần đo tr−ớc đó. Nội dung công tác chỉnh lý, kiểm tra số liệu bao gồm: • Kiểm tra sự hợp lý của việc bố trí tuyến đo và điểm đo. Nếu thấy cần thiết thì có thể tổ chức đo bổ sung. • Kiểm tra việc ghi chép độ sâu và tài liệu xác định vị trí điểm đo. • Dựa vào tài liệu đã đo tính độ sâu đã hiệu chỉnh. 42 • Tr−ờng hợp có tài liệu đo sâu cũ, cần tiến hành so sánh độ sâu của các lần đo để phát hiện những sai sót trong đo đạc, ghi chép. • Dựa vào các kết quả đo đạc, thiết lập mặt cắt dọc, mặt cắt ngang sông, lập bình đồ, tính toán các đặc tr−ng của mặt cắt. • Thống kê tài liệu d−ới dạng bảng biểu và bản vẽ... Cuối cùng là đánh gía mức độ tin cậy của tài liệu, những kiến nghị khi sử dụng tài liệu. II- Tính toán tài liệu độ sâu và các đặc tr−ng mặt cắt 1. Độ sâu của điểm đo Độ sâu của điểm đo là độ sâu đo tại các điểm bằng các ph−ơng tiện và máy móc đã nêu, sau khi đã hiệu chỉnh (nếu có) 2. Mực n−ớc tính toán Để sử dụng đ−ợc tài liệu độ sâu trong tính toán thuỷ văn, trong việc lập bình đồ đoạn sông... độ sâu của một lần đo tại mỗi vị trí cần đ−ợc gắn liền với một mực n−ớc nhất định. Mực n−ớc đó gọi là mực n−ớc tính toán (HTT) hoặc mực n−ớc t−ơng ứng (HT.−). Mực n−ớc tính toán đ−ợc xác định theo 2 tr−ờng hợp sau đây: • Khi mực n−ớc trong thời gian đo sâu thay đổi ít (Hđ - Hc ≤ 10 cm) thì mực n−ớc tính toán sẽ là: HTT = 2 HH cd + (3-5) • Tr−ờng hợp mực n−ớc trong quá trình đo sâu thay đổi nhanh (Hđ - Hc>10cm) thì mực n−ớc tính toán sẽ là: HTT = B bHbHbH nn+++ ...2211 (3-6) Trong đó: Hd, Hc - mực n−ớc lúc bắt đầu đo và khi kết thúc đo. b1, bn - khoảng cách từ mép n−ớc tới điểm giữa 2 thủy trực đo sâu sát bờ. b2, b3... là khoảng cách điểm giữa hai thuỷ trực đo sâu kề nhau. B - chiều rộng mặt cắt ngang. H1, H2...là mực n−ớc khi đo sâu tại thuỷ trực 1,2... (Xem hình 3-15) Từ mực n−ớc tính toán HTT và độ sâu tại điểm đo (h) có thể tính đ−ợc cao trình đáy sông (Z) nh− sau: Z= HTT - h (3-7) 43 Hình 3-15. Sơ đồ biến thiên mực n−ớc trong thời gian đo 3. Tính các đặc tr−ng của mặt cắt ngang a. Diện tích mặt cắt −ớt: Diện tích mặt cắt −ớt là diện tích mặt cắt ngang lòng sông vuông góc với h−ớng chảy bình quân giới hạn bởi đ−ờng đáy sông và mực n−ớc tính toán. Diện tích mặt cắt −ớt th−ờng ký hiệu là ω (hoặc F, A) đơn vị là m2. Diện tích mặt cắt −ớt có thể gồm có một bộ phận n−ớc không chảy. Diện tích phần n−ớc chảy gọi là “diện tích chảy”; diện tích phần n−ớc không chảy gọi là “diện tích tù”. Tính diện tích mặt cắt −ớt có thể dùng máy đo trực tiếp trên hình vẽ mặt cắt ngang hoặc tính bằng ph−ơng pháp gần đúng. Theo ph−ơng pháp gần đúng thì mặt cắt ngang đ−ợc chia thành các tam giác và hình thang nhỏ giới hạn bởi các đ−ờng thuỷ trực đo sâu (hình 3-16) và khi đó diện tích mặt cắt sẽ bằng: ω = ω0+ω1+ω2+...+ωn-1+ωn ω = nnnnn bhbhhbhhbhhbh 2 1 2 ... 222 1 1 1 2 32 1 21 01 ++++++++ −− (3-8) Trong đó: ωi- diện tích bộ phận thứ i (i=0 ữ n) hj - độ sâu tại thuỷ trực thứ j (j=1 ữ n). bi- khoảng cách giữa hai thuỷ trực đo sâu kề nhau ở bộ phận thứ i b. Độ rộng mặt n−ớc: Độ rộng mặt n−ớc là khoảng cách giữa hai mép n−ớc tại mặt cắt ngang. Độ rộng đ−ợc ký hiệu là B(m). c. Độ sâu bình quân mặt cắt h(m) đ−ợc tính: h = B ω (3-9) 44 Trong đó: h - Độ sâu bình quân mặt cắt. ω - Diện tích mặt cắt ứng với mực n−ớc tính toán. B - Chiều rộng mặt n−ớc ứng với mực n−ớc tính toán Hình 3-16. Sơ đồ tính diện tích mặt cắt ngang 1, 2, 3: Số hiệu thuỷ trực đo sâu. I, II: Số hiệu thuỷ trực đo l−u tốc d. Chu vi v−ớt χ là chiều dài đáy sông giới hạn bởi hai mép n−ớc đ−ợc tính: χ = 22212212120 nn hb...)hh(bhb +++−+++ (3-10) e. Bán kính thủy lực R đ−ợc tính: R = χ ω (3-11) Tr−ờng hợp sông rộng thì χ ≈B, khi đó có thể thay bán kính thuỷ lực bằng độ sâu bình quân trong tính toán. 45