1. Wstęp
Pomiar lustra wody w rzekach i jeziorach ma znaczenie w gospodarce i w państwowych służbach meteorologiczno-hydrologicznych. Z pomiarów tych tworzone są komunikaty hydrologiczne dla rzek, wykresy stanów wód w dłuższych okresach, informujące o stanie wód głównych rzek w kraju i ich ogólnej kondycji. Pomiary prowadzone są n bieżąco i ich wyniki publikowane i ogólnie dostępne w sieci. Pomiar prowadzony jest z dokładnością do jednego centymetra. Przyrządami pomiarowymi są tutaj:
- wodowskazy – informujące o aktualnym stanie wód
- limnigrafy – rejestrujące stan wód w dłuższym okresie czasu
- mareografy – urządzenia stosowane do rejestracji stanu morza
Poniżej omówię rozwiązania wszystkich powyższych urządzeń.
2. Wodowskazy
Przyrząd służący do pomiaru stanu wody nazywamy wodowskazem, zaś miejsce, w którym wodowskaz się znajduje, stacją wodowskazową. Integralną częścią każdego wodowskazu jest podziałka, na której stan wody odczytujemy, jej początek nazywamy zerem wodowskazu.
Gdzie montuje się wodowskazy?
Wodowskaz ma w sposób obiektywny pokazać stan zwierciadła wody. W zbiorniku o wodzie stojącej, stan ten jest jednakowy na całej powierzchni zbiornika, stąd wystarczy jeden wodowskaz np. na całe jezioro. W rzekach stan zwierciadła zmienia sie wraz z biegiem rzeki i związany jest z opadami na danej zlewni, czy jej dopływami. Ilość wodowskazów musi być więc adekwatna do wszystkich zmian zachodzących w przekroju. Na odcinkach prostych, bez dopływów, wystarczy jeden wodowskaz. Jeśli odległość między dopływami jest znaczna, umieszczamy wodowskaz na początku i na końcu odcinka.
Wodowskazy umieszcza się też zwyczajowo na każdym dopływie. jeśli dopływ ma dużą wydajność względem głównej rzeki, w ujściu umieszcza się aż trzy wodowskazy. Przed i za dopływem na głównej rzece, oraz jeden na dopływie.
Jeżeli odcinki między dopływami są zbyt długie, to umieszczamy stacje pośrednie, wielka ilość bowiem małych ścieków może wpłynąć w sumie na znaczną zmianę w objętości przepływów. Poza tym mogą być cele specjalne, które wymagają umieszczenia stacji wodowskazowych. Do takich należą:
- Stacje potrzebne do sygnalizacji wezbrań
- Stacje wynikające z potrzeb żeglugi, np. stacje przy portach i przy śluzach komorowych
- Stacje związane z istniejącym lub zamierzonym wyzyskaniem sił wodnych, zwłaszcza przy
zakładach zbiornikowych - Stacje badawcze, np. dla ruchu rumowiska
Łaty wodowskazowe
To nadal najpopularniejsze wodowskazy. Wykonywane są jako wolnostojące, lub zamocowane na konstrukcjach mostów. Mogą być też malowane specjalnymi, wodoodpornymi farbami na betonowych konstrukcjach mostów lub nabrzeży. Dawniej wykonane głównie z drewna, obecnie aluminiowe lub ze stali nierdzewnej.
Łaty wodowskazowe należy umieszczać w miejscach o spokojnym przepływie wody, nie narażonych na zjawiska lodowe, płynące rzeką gałęzie, itp. Przy montażu na moście najlepszym miejscem jest bok po stronie odpływu. Łaty powinny być mocowane dwoma mutrami, a jeśli ich długość jest znaczna, uchwytami w odległości nie większej niż 2m.
Widoczna podziałka wyskalowana jest co 10cm. Łaty na palach osobno w tym celu wbitych należy podziałką umieszczać od strony odpływu, ale tak aby odczyt był możliwy z brzegu i z płynących statków. Pale takie zabezpiecza się przed uderzeniami przedmiotów płynących wodą za pomocą specjalnej izbicy.
Może w tym celu wystarczyć jeden pal wbity ukośnie i zabezpieczony szyną żelazną.
Rys. Rodzaje łat wodowskazowych: a) z podziałką jednostronną, b) z podziałka dwustronną, (wykonanie z segmentów decymetrowych) c) łata z segmentów 60cm
Istotnym elementem wodowskazu jest poziom zera podziałki wodowskazowej. Poziom ten, ustalany jest niwelacyjnie i jest w zasadzie dowolny. W praktyce poziom zera wodowskazu przyjmuje się poniżej najniższego stanu wody w rzece z uwagi na erozję denną powodującą pogłębianie dna rzeki (w ten sposób unika się odczytów ujemnych).
Rys. Przykład umieszczenia poziomu zerowego łaty wodowskazowej.
Jeśli wahania wody w rzece są niewielkie, wystarczy jedna łata. Takie rozwiązania stosowane są np. na północy Polski. Przy rzekach narażonych na mocne wezbrania stosuje się kilka łat, tzw. wodowskaz grupowy (rys.)
Jeśli brzeg rzeki jest zorganizowany, wyposażony w betonową skarpę, lub schodki, łaty mogą mieć rozwiązania dopasowane do kształtu skarp. Popularne i bardzo dokładne w odczycie są w takich przypadkach łaty schodkowe, jak i łaty skośne.
Wszystkie powyższe łaty wodowskazowe wymagają bezpośredniego odczytu. W praktyce produkowane są też wodowskazy cyfrowe. W tym rozwiązaniu łata wodowskazowa wykonana jest w postaci rury wewnątrz której porusza się pływak z magnesem. Na powierzchni laty umieszcza się kontaktrony, które zamykają obwód pola magnetycznego. Pod wpływem zmian poziomu wody – pływak przesuwa się i powoduje zamknięcie obwodu w kontaktorze umieszczonym na odpowiedniej wysokości. Po zamknięciu obwodu impuls elektryczny przekazywany jest do rejestratora.
Wodowskaz pływakowy
Składa się z pływaka połączonego liną z przeciwwagą. Lina zawieszona jest na kole sprzężonym z mechanizmem wskazującym poziom wody. Dla [oprawnego działania, pływak musi być umieszczony w miejscu o swobodnym zwierciadle wody, nienarażonym na pływające po powierzchni gałęzie, trawy itp. Zwykle umieszcza się go w specjalnie wykonanej do tego celu studni połączonej hydraulicznie z ciekiem.
Rys. Po prawej – wodowskaz pływakowy
Wodowskazy pływakowe bardzo często wykorzystywane są do wykonywania tzw. wodowskazów optycznych, których odczyt może się odbywać na odległość. Rozwiązania takie są szczególnie cenne dla żeglarzy, czy kapitanów statków rzecznych. W wodowskazie optycznym tarcza wskaźnikowa, lub łata, wyniesione są wysoko ponad poziom terenu. Służą do tego wieżyczki, lub słupy.
