Đõy là dụng cụđo sõu phổ biến nhất hiện nay. Tớnh ưu việt của dụng cụ này là đo được với bất kỳđộ sõu nào và vận tốc dũng chảy nào.
Tời: Hiện nay cú nhiều loại tời, cú loại gắn thẳng vào thuyền đo sõu chuyờn dụng, cú loại rời để cú thể di chuyển thuận tiện. Nguyờn tắc cấu tạo chung của cỏc loại tời là cú cỏc bộ phận sau: 1.Dõy cỏp: Làm bằng sắt hoặc dõy nhựa tổng hợp cú độ dài tuỳ ý theo độ sõu của
điểm đo được cuốn vào một trục cuốn cỏp, 2. Rũng rọc: để điều khiển tời khi thả và kộo tải trọng và cốđịnh phương thẳng đứng của thuỷ trực đo, 3.Hộp số: Để quan sỏt độ dài của dõy đó tời ra khỏi trục cuốn cỏp, 4. Giỏ đỡ: để giữ cõn bằng của dụng cụ
Tải trọng: Làm bằng sỏt cú khối lượng từ10 - 100 kg dựng gắn vào đầu dõy sắt của cỏp đo với mục đớch để cho dõy
cỏp được giữ theo phương thẳng đứng lỳc đo độ sõu. Tuỳ thuộc vào độ sõu và vận tốc dũng chảy mà chọn loại tải trọng cho phự hợp. Vỡ hỡnh dạng tải trọng thường được mụ phỏng theo
hỡnh dạng con cỏ nờn nú cũn được gọi là cỏ sắt.(H.3.1 và H.3.2) Hỡnh 3.2 Cỏ sắt đo sõu
Đo sõu bằng tời và tải trọng là dụng cụ phổ biến nhất. Tuy nhiờn khi thả cỏ sắt cú thể đoạn dõy từ rũng rọc (H.3.3) đến mặt nước nghiờng đi một gúc nào đú nờn khi đọc sốđo trờn hộp số cần phải hiệu chỉnh. + Trường hợp a < 1m thỡ độ sõu h phải hiệu chỉnh theo cụng thức sau: h = l - a - Δ2 (3.1) Với l - Chiều dài dõy cỏp được tải ra. a- Khoảng cỏch từ đầu rũng rọc đến mặt nước. Δ Hỡnh 3.3 Rũng rọc và giỏ đỡ 2- Hệ số hiệu chỉnh độ uốn khỳc của đoạn dõy cỏp. + Nếu a > 1 m thỡ cụng thức tớnh h sẽ là: Δ1 =⎛⎝⎜ 1 −1⎞⎠⎟ cosα a ( 3.2) Thứ tự hiệu chỉnh gồm: - Xỏc định khoảng cỏch a = AD - Thả cỏ sắt chạm mặt nước và đỏy súng để xỏc định l1= BB1C -Đo gúc lệch ∝
- Tớnh Δ1 theo (3.2) - Xỏc định l2 - đoạn dõy ngập nước l2 = l1 - Δ1, sau đú xỏc định Δ2. - Tớnh độ sõu h thực tế theo cụng thức h = l2 - Δ2 3.1.4 Mỏy hồi õm Mỏy hồi õm là dụng cụ cú thểđo độ sõu từng điểm hoặc liờn tục tại tuyến đo. Nú đảm bảo độ chớnh xỏc cao, đo đạc nhanh và thuận tiện. Hỡnh 3.4 Sơđồ hiệu chỉnh độ sõu đo bằng tời và tải trọng
Nguyờn lý mỏy hồi õm:
Dựa vào nguyờn lý truyền õm trong nước kể từ lỳc mỏy phỏt súng đến lỳc súng õm gặp đỏy sụng phản hồi lại mà tớnh được độ sõu qua quóng đường truyền õm. Vỡ súng õm truyền trong nước khỏ nhanh nờn việc xỏc định thời gian thường gặp khú khăn khi thu, phỏt súng, để khắc phục người ta sử dụng cỏc loại đồng hồ chạy được nhiều vũng trong một giõy để xỏc định thời gian. Muốn cho õm thanh cú cường độ mạnh
phải khuyếch đại õm, và để giảm hiện tượng khuyếch tỏn súng cần phải thu ngắn bước súng bằng cỏch tăng tần số phỏt súng.
Hỡnh 3.5 Mỏy hồi õm IREL
Vận tốc truyền õm trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và độ mặn (với t0 =+140C trong nước ngọt õm truyền với vận tốc 1462m/s).
Sơ đồ cấu tạo: Gồm 1 bộ phận tự ghi, một bộ phận phúng đại, một bộ phận điện và một bộ phận phỏt, thu súng õm. 1 - Bộ phận tự ghi. 2 - Bộ phận khuyếch đại. 3 - Nguồn điện 4 - Bộ phận thu phỏt.
Khi làm việc mỏy được gắn vào thuyền hoặc canụ di chuyển với vận tốc đều trờn tuyến cần đo độ sõu. Bộ phận thu, phỏt súng õm đặt ở độ sõu 0,40 - 0,50 m dưới mặt nước.
Khi làm việc trong đường dõy thu phỏt súng rung động và phỏt súng õm , súng õm gặp vật cản (đỏy sụng) phản xạ lại truyền toàn bộ rung động này đưa tới mỏy biến thành điện năng và phúng đại - truyền tới bỳt tự ghi, nhờ cỏc bước " cỏc bon hoỏ " với tỷ lệđó cú cho ta độ nụng sõu tại mọi điểm của tuyến đo.
- Độ sõu được tớnh theo cụng thức:
h = ⎛⎝⎜ Δt c⎞⎠⎟ − ⎛⎝⎜ L⎞⎠⎟ + d 2 2 2 2 (3.3) Trong đú: - h - độ sõu tại điểm do. 0
- Δt - Thời gian đo súng õm trong nước (14 C = 1462 m/s)
- L - Khoảng cỏch giữa bộ phận thu và phỏt súng
- d - Khoảng cỏch từ mặt nước tới bộ phận thu - phỏt súng õm.
Như vậy, bộ phõn tự ghi sẽ ghi lại hỡnh dạng của đỏy sụng trờn tuyến chuyển động của mỏy hồi õm.
Dựng mỏy hồi õm đo độ sõu đạt tới độ chớnh xỏc cao ( sai số núi chung khụng quỏ 2% ) nhưng sử dụng phức tạp, nhất là phương tiện di chuyển mỏy ( tàu, thuyền,
canụ... ) khú giữđược tốc độ đều. Mặt khỏc, nhiệt độ nước và độ mặn cú thể thay đổi vượt quỏ ra ngoài điều kiện của mỏy tạo nờn sai số vềđộ sõu. Do đú, nếu nhiệt độ và độ mặn khỏc sai nhiều với điều kiện của mỏy khi thiết kế thỡ cần nghiờn cứu hoàn chỉnh kết quảđó đo.
Giả sử canụ cú gắn mỏy hồi õm di chuyển đều trờn tuyến đo với tốc độ đều thỡ cần xỏc định khoảng cỏch giữa 2 điểm bắt đầu và kết thỳc đo;
Vớ dụ: Xỏc định tỷ lệ trục hoành:
Từđiểm n trờn tuyến đo sõu dựng NC vuụng gúc với R1 R3 (NC lấy bằng chiều rộng sụng).
Tại điểm 1 - bắt đầu đo cho ta gúc b1 Tại điểm 2 - kết thỳc cho ta gúc b2
Trờn mỏy kinh vĩ khoảng cỏch thực từ 1 - 2 là:
B* = NC(tgb2 - tgb1) (3.4)
Khoảng cỏch đo trờn biểu đồ từ 1 - 2 là b cho ta tỷ lệ trục hoành là b/B*.
Trong thực tế người ta xỏc định tỷ lệ này cho từng đoạn đo. Theo vớ dụ đó trỡnh bày ở trờn từ tỷ lệ trục tung và tại mọi điểm đó vào biểu đồ tự ghi ta đều cú thể xỏc định được độ sõu của chỳng.
3.2. CHẾĐỘĐO SÂU
Việc quy định chế độ đo sõu tuỳ thuộc vào tỡnh hỡnh thay đổi của lũng sụng, yờu cầu phục vụ của tài liệu và sai số cho phộp trong đo đạc. Về mặt lý thuyết thỡ đo càng dày thỡ càng phản ỏnh chớnh xỏc sự thay đổi của lũng sụng, song khụng tiết kiệm được chi phớ. Do đú cần cõn đối giữa kỹ thuật và kinh tế mà quy định chế độ đo sõu cho phự hợp (tức là đảm bảo độ chớnh xỏc cho phộp với số lần đo đạc ớt nhất).
Chẳng hạn khi đo sõu làm cụng tỏc cho việc lập bỡnh đồ đoạn sụng, nghiờn cứu diễn biến lũng sụng thỡ trong 1 năm chỉ cú thểđo dạc 1 - 2 lần vào những thời kỳ sụng cú bồi, xúi lớn (trước và sau mựa lũ).
Việc đo sõu để phục vụ tớnh lưu lượng nước tại cỏc trạm thuỷ văn yờu cầu số lần đo nhiều hơn, tuỳ thuộc vào hỡnh thức và mức độ bồi xúi của mặt cắt tại tuyến đo.
ở cỏc trạm thuỷ văn thường quy định đo sõu vào trước sau một cơn lũ, khi khụng cú lũ thỡ trong thỏng đo theo số lần đó quy định.
Theo "Tiờu chuẩn ngành - Qui phạm quan trắc" thỡ:
1. Nếu lũng sụng ổn định từng mựa hoặc lõu dài thỡ cứ 5-10 lần đo tốc độ thỡ tiến hành một lần đo sõu. Về mựa kiệt khoảng thời gian giữa hai lần đo sõu khụng vượt quỏ 3 thỏng.
2. Nếu lũng sụng hay biến đổi thỡ cứ 2-3 lần đo tốc độ tiến hành 1 lần đo sõu mặt cắt ngang.
3. Mỗi thuỷ trực đo sõu tiến hành ớt nhất là hai lần với độ sõu chờnh lệch nhau khụng quỏ 5%. Nếu điều đú khụng đảm bảo thỡ phải đo lại. Khi đo lại phải kộo cỏ sắt lờn khỏi mặt nước. Độ sõu chớnh là trung bỡnh của cỏc lần đo.
4. Khi độ sõu lớn, nước chảy mạnh với gúc lệch dõy cỏp lớn hơn 100 thỡ phải tăng trọng lượng cỏ sắt hoặc hiệu chỉnh độ sõu theo gúc lệch của dõy cỏp.
3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO SÂU
3.3.1. Đo sõu theo mặt cắt ngang
Số liệu đo sõu theo mặt cắt ngang được sử dụng để vẽ mặt cắt ngang và bỡnh đồ đoạn sụng để tớnh cỏc yếu tố lưu lượng nước, bựn cỏt. Đõy là phương phỏp đo dễ dàng, kết quả khỏ chớnh xỏc, phự hợp với điều kiện biờn chế, trang bị của cỏc trạm thuỷ văn. song do theo phương phỏp này tốn thời gian, cụng sức nhất là khi sụng rộng, nước chảy mạnh.
3.3.1.1 Chọn mặt cắt ngang: Số lượng mặt cắt và số điểm đo trờn mặt cắt sẽ quy định độ chớnh xỏc của tài liệu. Trong thực tế vị trớ mặt cắt và điểm đo được chọn ở những chỗ cú địa hỡnh thay đổi đột ngột. Khoảng cỏch giữa hai mặt cắt ngang liờn tiếp cú thể dựa vào chỉ tiờu sau:
Khi độ rộng B < 100 m, khoảng cỏch giữa hai mặt cắt ngang chọn trong khoảng (1/2 - 1/3)B ; Khi B>100 m thỡ khoảng cỏch đú bằng (1/3 - 1/4 ) B ; với
B(chiều rộng sụng).
3.3.1.2 Xỏc định điểm đo trờn mặt cắt: Sốđiểm đo sõu trờn mỗi mặt cắt ngang phụ thuộc vào chiều rộng B của sụng và địa hỡnh đỏy ( ghồ ghề, bằng phẳng ) mà bố trớ cho hợp lý Trong điều kiện bỡnh thường cú thể tham khảo bảng qui định sau:
B(m) <100 100-200 200-500 500-1000
Khoảng cỏch cỏch điểm đo 5 5-10 10-20 20-50
Cỏc phương phỏp xỏc định điểm đo trờn thực tế bao gồm: 1.Phương phỏp căng dõy.
2.Dựng mỏy ngắm gúc đặt trờn bờ 3.Mỏy secxtan đặt trờn thuyền
4.Dựng theo hệ thống tiờu cắm trờn bờ R4
R2 R3
1. Phương phỏp căng dõy: Khi dũng sụng cú chiều rộng khụng lớn lắm ( B < 300 m ), ớt thuyền bố qua lại, lưu tốc nhỏ thỡ cú thể dựng dõy cỏp cú đỏnh dấu khoảng cỏch ( cỏch nhau 1, 2, 5 hoặc 10 m căng ngang theo tuyến đó chọn để xỏc định vị trớ điểm đo. M A R1 v ⎯ →⎯
Khi đo điều kiển thuyền hoặc ca nụ tới cỏc điểm đó xỏc định, cố định thuyền vào dõy, đo lấy độ sõu, ghi khoảng cỏch và độ sõu của điểm đo vào sổ. Trong thời gian đo, nếu mực nước thay đổi ớt ( Hd - Hc < 10 cm ) thỡ chỉ cần đọc mực nước lỳc bắt đầu đo và kết thỳc đo, cũn nếu mực nước H thay đổi nhanh cần phải đọc mực nước cho từng điểm đo.
2. a.Dựng mia và mỏy kinh vĩ: (theo hệ thống cọc tiờu cắm trờn bờ)
Theo sơđồ 3.6 M là điểm cần đo, A là điểm gốc trờn bờ, khoảng cỏch AM xỏc định trực tiếp bằng mỏy đo đặt tại điểm A. Điểm M nằm trờn đường thẳng R1, R2, R3, R4. cỏch điểm A một khoảng nào đú được xỏc định bằng mỏy kinh vĩ.
2.b.Dựng mỏy kinh vĩ và sào tiờu đo gúc: R4 R2 R3 M A R1 v ⎯ →⎯ Vị trớ điểm đo M được xỏc định bởi : AM = AC . tgβ ( 3.5)
Hỡnh 3. 7 Sơđồ lập tuyến đo sõu bằng mỏykinh vĩ và sào tiờu C β A B O α β a b Hỡnh 3.8 Sơđồ xỏc định vị trớ thuỷ trực đo sõu bằng secxtant
Lấy AC gần bằng chiều rộng sụng. β - Gúc A C M
Điều khiển thuyền đi theo tuyến R1, R2, R3, R4, Đặt mỏy tại điểm C đo gúc ACM = β , xỏc định AM theo cụng thức (3.5) với AC là khoảng cỏch đó đo trước.
3. Dựng mỏy Secxtant đặt trờn thuyền:Xỏc định vị trớ điểm đo bằng secxtant đặt trờn thuyền yờu cầu phải cú một điểm mốc đó xỏc định trước trờn bờ (H.3.8). Tại điểm a ta cú gúc α và tại b ta cú gúc β xỏc định bằng secxtant như trờn hỡnh vẽ. Với tuyến đo AB và cỏc gúc α, β cú thể xỏc định vị trớ cỏc thuỷ trực đo sõu.
4. Dựng hệ thống cọc tiờu:
c. Dựng hệthống cọc tiờu song song b. Dựng hệthống cọc tiờu ngoài a. Dựng hệthống cọc tiờu trong Hỡnh 3.9. (a,b,c) Xỏc định vị trớ thuỷ trực bằng cọc tiờu
3.3.1.3 Độ sõu của điểm đo: Trờn thực tế đo đạc thuỷ văn, độ sõu tại điểm đo được coi là khoảng cỏch theo phương thẳng đứng từ mặt nước tới điểm đo. Để tăng độ tin cậy của số liệu thỡ tại mỗi điểm người ta đo 2 lần và độ chớnh xỏc quy định như sau:
Với h < 3m cho phộp sai số là 2 cm h ≤ 5m ± 5 cm
h > 5m ± 10 cm
Trong trường hợp cần cú số liệu về chiều cao đỏy sụng thỡ cần phải biết cao trỡnh mực nước lỳc đo sõu ( mực nước tương ứng và mực nước tớnh toỏn )
+ Khi mực nước thay đổi ớt Hđ - Hc < 10 cm thỡ
Htt = (Hd −Hc)
2 (3.6 )
+ Với mực nước thay đổi nhanh Hđ - Hc > 10 cm ta cú
H H b H b H b
B
tt = ( 1 1 + 2 2+ +... n n)
(3.7)
Trong đú: Hđ, Hc - mực nước lỳc bắt đầu đo và khi kết thỳc đo;
b1,bn - Khoảng cỏch từ mộp nước tới 2 thuỷ trực đo độ sõu sỏt hai bờ trỏi phải.
b2, b3 - Khoảng cỏch giữa hai thuỷ trực đo sõu kề nhau.
B - Chiều rộng mặt cắt ngang
H1, H2 Mực nước tại cỏc thuỷ trực 1 và 2
Từ mực nước tớnh toỏn ( Htt ) ta cú cao trỡnh đỏy sụng (z ) là
z = Htt - h ( 3.8 )
3.3.1.4 Cỏch bố trớ thuỷ trực đo sõu: Bố trớ thuỷ trực đo sõu trờn mặt cắt ngang phải đảm bảo cỏc nguyờn tắc sau:
1. Thuỷ trực đo sõu đảm bảo khống chếđược sự thay đổi địa hỡnh lũng sụng. 2. Số thuỷ trực đo sõu phải lớn hơn hoặc bằng thuỷ trực đo tốc độ.
3. Với lũng sụng ổn định thỡ vị trớ thuỷ trực đo sõu phải cốđịnh.Nếu lũng sụng khụng ổn định cần bố trớ thờm thuỷ trực phụ cho thớch hợp.
4. Cố gắng bố trớ sao cho khoảng cỏch giữa cỏc thuỷ trực đo sõu tương đối bằng nhau và là bội số của 2, 5, 10. Nếu sụng nhỏ hơn 10 m thỡ là bội số của 0,2 , 0,5.
5. Mối quan hệ giữa độ rộng sụng và số thuỷ trực đo sõu như sau. Đối với trạm mới xõy dựng:
Độ rộng mặt nước (m) <50 50-100 100-300 300-1000 1000-3000 Số thuỷ trực đo sõu 20 20-30 30-40 40-50 50-60
Đối với trạm đó ổn định thỡ cú thể giảm số thuỷ trực đo sõu, nhưng khụng quỏ một nửa số qui định ở bảng trờn.
3.3.2. Đo sõu theo hướng dọc sụng.
3.32.1 Đo dọc:Đo sõu dọc theo sụng trong trường hợp cần lập bỡnh đồ đỏy sụng với yờu cầu khoảng cỏch giữa cỏc điểm đo là (1/10 - 1/20) B (độ rộng của sụng)
0 3.3.2.2 Đo chộo Tiến hành đo với gúc so với phương nằm ngang là 15 - 300
với khoảng cỏch cỏc đường chộo khụng vượt quỏ 1/4 - 1/2 B
3.3.2.3 Đo theo ụ vuụng:Thường dựng để đo ở hồ theo phương phỏp giao hội. Kết quảđo sõu cho phộp vẽ bỡnh đồ theo phương phỏp nội suy để thành lập cỏc đường đẳng trị.
3.4 .CHỈNH Lí VÀ TÍNH TOÁN TÀI LIỆU ĐO SÂU
3.4.1 Chỉnh lý sơ bộ
Thu thập kiểm tra cỏc số liệu như sau: mực nước, độ sõu, độ lệch dõy cỏp, toạ độ đo và súng, giờ, tỡnh hỡnh thời tiết.
- Kiểm tra tớnh hợp lý cỳa việc bố trớ tuyến đo và điểm đo. Trong trường hợp cần thiết phải chuẩn bịđo bổ sung.
- Kiểm tra việc ghi chộp độ sõu và cỏc tài liệu xỏc định khoảng cỏch điểm đo. - Tớnh độ sõu đó hoàn chỉnh
- So sỏnh độ sõu với cỏc tài liệu trước để phỏt hiện cỏc sai số trong đo đạc - Dựa vào kết quả đo đạc tớnh toỏn mặt cắt dọc, mặt cắt ngang dũng sụng lập
3.4.2 Tớnh toỏn đặc trựng mặt cắt
3.4.2.1: Diện tớch mặt cắt ướt: Diện tớch mặt cắt ướt là diện tớch mặt cắt ngang lũng sụng vuụng gúc với hướng chảy bỡnh quõn, giới hạn bởi đường đỏy sụng và mực nước tớnh toỏn. Diện tớch mặt cắt thường được ký hiệu là W ( hoặc F, hoặc A ) đơn vị hay dựng là m2. Diện tớch mặt cắt ướt cú thể gồm cả bộ phận nước khụng chảy. Diện