„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Grzegorz Pośpiech
Wykonywanie pomiarów związanych z robotami
hydrotechnicznymi
712[03].Z1.02
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
1
Recenzenci:
mgr inŜ. Kacper Stępień
mgr inŜ. Mirosław Michalczyk
Opracowanie redakcyjne:
mgr inŜ. Grzegorz Pośpiech
Konsultacja:
mgr inŜ. Krzysztof Wojewoda
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 712[03].Z1.02
,,Wykonywanie pomiarów związanych z robotami hydrotechnicznymi”, zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu monter budownictwa wodnego.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
3
2. Wymagania wstępne
5
3. Cele kształcenia
6
4. Materiał nauczania
7
4.1 Pomiary poziome
7
4.1.1. Materiał nauczania
7
4.1.2. Pytania sprawdzające
13
4.1.3. Ćwiczenia
13
4.1.4. Sprawdzian postępów
17
4.2 Pomiary wysokościowe i pionowanie
18
4.2.1. Materiał nauczania
18
4.2.2. Pytania sprawdzające
23
4.2.3. Ćwiczenia
23
4.2.4. Sprawdzian postępów
24
4.3 Pomiary hydrometryczne
25
4.3.1. Materiał nauczania
25
4.3.2. Pytania sprawdzające
34
4.3.3. Ćwiczenia
34
4.3.4. Sprawdzian postępów
35
5. Sprawdzian osiągnięć
36
6. Literatura
42
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o wykonywaniu pomiarów
związanych z robotami hydrometrycznymi.
W poradniku zmaieszczono:
1.
Wymagania wstępne, czyli wykaz niezbędnych umiejętności i wiedzy, które powinieneś
mieć opanowane, aby przystąpić do realizacji tej jednostki modułowej.
2.
Cele kształcenia tej jednostki modułowej.
3.
Materiał nauczania (rozdział 4) umoŜliwia samodzielne przygotowanie się do wykonania
ćwiczeń i zaliczenia sprawdzianów. Wykorzystaj do poszerzenia wiedzy wskazaną
literaturę oraz inne źródła informacji. Obejmuje on równieŜ:
–
pytania sprawdzające wiedzę niezbędną do wykonania ćwiczeń,
–
ćwiczenia zawierające polecenie, sposób wykonania oraz wyposaŜenie stanowiska
pracy,
–
sprawdzian postępów, sprawdzający poziom wiedzy po wykonaniu ćwiczeń.
Wykonując sprawdzian postępów powinieneś odpowiadać na pytanie tak lub nie, co
oznacza, Ŝe opanowałeś materiał albo nie. Zaliczenie ćwiczeń jest dowodem osiągnięcia
umiejętności określonych w tej jednostce modułowej. JeŜeli masz trudności ze zrozumieniem
tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela lub instruktora o wyjaśnienie i ewentualne
sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
4.
Zestaw pytań sprawdzających Twoje opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej
jednostki. Po przerobieniu materiału spróbuj zaliczyć sprawdzian z zakresu jednostki
modułowej.
Jednostka
modułowa:
wykonywanie
pomiarów
związanych
z
robotami
hydrometrycznymi, której treści teraz poznasz jest częścią modułu „Technologia robót
hydrotechnicznych”.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bhp oraz
instrukcji przeciwpoŜarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te
poznasz podczas trwania nauki.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
4
Schemat układu jednostek modułowych
712[03].Z1
Technologia robót hydrotechnicznych
712[03].Z1.01
Organizowanie stanowiska pracy
712[03].Z1.02
Wykonywanie pomiarów związanych z robotami hydrotechnicznymi
712[03].Z1.03
Wykonywanie robót melioracyjnych
712[03].Z1.04
Wykonywanie robót ziemnych
i pogłębiarskich
712[03].Z1.05
Wykonywanie budowli regulacyjnych
712[03].Z1.06
Zabudowa potoków górskich
712[03].Z1.07
Wykonywanie budowli piętrzących
712[03].Z1.08
Wykonywanie zabezpieczeń przeciwpowodziowych
712[03].Z1.09
Wykonywanie sieci wodociągowych i kanalizacyjnych
712[03].Z1.10
Obsługa urządzeń i obiektów
hydrotechnicznych
712[03].Z1.11
Wykonywanie konserwacji
i naprawy budowli wodnych
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej, powinieneś umieć:
−
organizować stanowisko pracy zgodnie z wymogami ergonomii i przepisami bhp,
−
stosować terminologię budowlaną,
−
odczytywać i interpretować rysunki budowlane,
−
posługiwać się dokumentacją budowlaną,
−
organizować i składować materiały budowlane.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
−
scharakteryzować podstawowe pomiary w robotach hydrotechnicznych,
−
dobrać sprzęt pomiarowy,
−
posłuŜyć się podstawowym sprzętem mierniczym i przeprowadzać jego konserwację,
−
wytyczyć linie proste i prostopadłe w terenie,
−
zmierzyć poziom zwierciadła wody,
−
odczytywać wskazana wodowskazu i limnigrafu,
−
wykonywać pomiary hydrometryczne,
−
przedstawiać na rysunkach wyniki inwentaryzacji rzek, wałów przeciwpowodziowych
i budowli wodnych,
−
wykonać pomiary realizacyjne na podstawie sporządzonej dokumentacji projektowej, ze
szczególnym uwzględnieniem obiektów hydrotechnicznych,
−
scharakteryzować zastosowanie technik komputerowych w technikach pomiarów
sytuacyjnych, przy zbieraniu i przetwarzaniu danych (GPS).
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Pomiary poziome (sytuacyjne)
4.1.1. Materiał nauczania
Punkty stabilizuje się w sposób trwały, np. za pomocą słupów betonowych, pali
drewnianych, rurek Ŝeliwnych lub kołków (palików), albo w sposób chwilowy — za pomocą
tyczek mierniczych. DłuŜsze odcinki, wyznaczone przez ustabilizowane dwa punkty A i B,
muszą być przed pomiarem wytyczone. Znaczy to, Ŝe naleŜy dodatkowo poza punktami
końcowymi A i B oznaczyć na gruncie za pomocą tyczek połoŜenie szeregu punktów
pośrednich (np. 1,2,3, ... itp.) leŜących w linii danego odcinka, dla ułatwienia jego pomiaru.
Tyczenie odcinka wykonuje się w sposób następujący. Po ustawieniu w punktach końcowych
A i B tyczonego odcinka dwóch tyczek jeden pomiarowy staje w odległości kilku kroków za
tyczką, np. za tyczką ustawioną w punkcie A, i patrząc w kierunku odcinka AB ustawia się
tak, aby tyczki A i B wzrokowo „pokrywały” się ze sobą. W tym czasie drugi pomiarowy
bierze do ręki trzecią tyczkę i staje pomiędzy tyczkami A i B. Następnie pierwszy pomiarowy
nakierowuje ruchami rąk ustawienie tyczki na linię odcinka AB, doprowadzając ją do
pokrycia się z obu tyczkami końcowymi. Tyczenie rozpoczynamy od tyczki końcowej
w stronę kierującego.
Rys. 1. Tyczenie odcinka: a) rzut, b) widok [8, s. 74]
W podobny sposób wykonuje się wytyczenie przedłuŜenia odcinka AB. W tym przypadku
trzecią tyczkę C ustawia się zgodnie ze wskazaniami pierwszego pomiarowego (kierującego
tyczeniem) za tyczką B, doprowadzając ją do pokrycia się z obu tyczkami końcowymi.
Tyczenie odcinków nie przekraczających 300 m wykonuje się „na oko”. Przy odcinkach
dłuŜszych naleŜy uŜywać do tyczenia lunety instrumentu geodezyjnego.
Gdy nie ma widoczności między punktami: początkowym i końcowym, a odcinek AB
znajduje się na terenie dostępnym, wykonujemy tyczenie metodą kolejnych przybliŜeń.
Zadanie takie przeprowadza dwóch pomiarowych. Jeden z pomiarowych ustawia się
z tyczką w punkcie C
o
tak, aby widoczny był z niego punkt A. Tyczenie rozpoczyna
pomiarowy C przesuwając pomiarowego D z tyczką tak, aby znalazł się na prostej C
o
A
w punkcie D
1
. Po tej czynności pomiarowy D obserwuje prostą D
1
B i przesuwa
pomiarowego C z tyczką tak, aby znalazł się na prostej D
1
B w punkcie C
1
. Następnie
pomiarowy C przesuwa pomiarowego D na prostą C
1
A ustawiając go w punkcie D
2
.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
8
Postępując w ten sposób obaj pomiarowi przesuwają się nawzajem do momentu, w którym
jednocześnie pomiarowy C będzie widział tyczkę D na prostej CA, a pomiarowy D tyczkę C,
na prostej DB.
Rys. 2. Tyczenie linii na wzniesieniu [8, s. 74]
Przy tyczeniu linii w zagłębieniu terenu postępujemy podobnie, a sposób jej tyczenia
ilustruje rysunek 3.
Rys. 3. Tyczenie linii w zagłębieniu [8, s. 74]
Pomiary liniowe to wszelkie pomiary odległości między określonymi punktami,
realizowane bezpośrednio na danym odcinku przy wzajemnej widoczności punktów
końcowych.
Podstawową jednostką miary długości jest metr. W pomiarach uŜywa się często
wielokrotności i podwielokrotności metra:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
9
−
kilometr = 1000 metrów,
−
hektometr = 100 metrów,
−
decymetr = 1/10 metra,
−
centymetr = 1/100 metra,
−
milimetr = 1/1000 metra.
Elementarnym instrumentem do pomiarów liniowych jest taśma miernicza lub tzw.
ruletka (przymiar wstęgowy). Przymiar wstęgowy wykonany jest z materiału o duŜej
odporności mechanicznej na rozciąganie i o małej wraŜliwości na zmianę temperatury. Aby
sprzęt ten mógł być wykorzystywany do pomiarów geodezyjnych, musi mieć certyfikat
jakości oraz świadectwo komparacji. Komparacja jest to proces porównania przymiaru
badanego ze wzorcem długości. W wyniku takiego badania otrzymuje się poprawkę
komparacyjną do wskazań konkretnej taśmy, którą naleŜy uwzględniać w pomiarach
wykonanych tym narzędziem. Przy precyzyjnych pomiarach taśmą jest wymagane
uwzględnianie odpowiedniej poprawki komparacyjnej i termicznej.
Rys. 4. Taśmy miernicze [7, s. 87]
W pracach budowlanych do rozmierzania krótkich odcinków musi być wykorzystywana
taśma stalowa z podziałem milimetrowym.
Pomiar długości wytyczonego odcinka połoŜonego w terenie płaskim wykonuje się
w następujący sposób. Dwóch pomiarowych, trzymając taśmę za dwa uchwyty, rozwija ją
i układa wzdłuŜ kierunku mierzonego odcinka. W tym celu pomiarowy pierwszy, trzymający
taśmę za uchwyt, przykłada zero podziału w punkcie początkowym odcinka, a następnie
kierując się tyczkami ustawionymi na linii odcinka nakierowuje drugiego pomiarowego tak,
aby ułoŜył on taśmę moŜliwie dokładnie wzdłuŜ mierzonego odcinka. Po naciągnięciu taśmy
wbija się na jej końcu szpilkę, oznaczając w ten sposób odmierzona długość taśmy
mierniczej. Następnie obaj pomiarowi przesuwają się do przodu tak, aby pierwszy pomiarowy
przyłoŜył zero taśmy obok szpilki, po czym drugi pomiarowy układa ponownie taśmę wzdłuŜ
mierzonego odcinka i po jej naciągnięciu wbija w grunt drugą szpilkę, oznaczając w ten
sposób drugie przyłoŜenie taśmy. Czynność tę powtarza się aŜ do momentu osiągnięcia
punktu końcowego, z tym Ŝe po ostatnim przyłoŜeniu taśmy koniec jej musi znaleźć się za
tym punktem. Następnie z podziału taśmy odczytuje się w punkcie końcowym, odcinek
końcowy pomiaru, czyli tzw., końcówkę mierzonej długości, szacując ją z dokładnością do
centymetrów. Liczba całkowitych przyłoŜeń taśmy pomnoŜona przez jej długość plus tzw.
końcówka daje nam długość mierzonego odcinka.
Do wykonywania precyzyjnych pomiarów wykorzystuje się taśmy i druty inwarowe
zaopatrzone w elementy ustalające siłę naciągu oraz systemy odczytowe pozwalające mierzyć
standardowe odcinki długości z dokładnością nawet do setnych części milimetra. Druty
inwarowe wykonane są niskowęglowej stali stopowej charakteryzującej się bardzo małym
współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. Instrumenty te stosuje się w precyzyjnych
pomiarach odcinków bazowych oraz przy badaniu przemieszczeń. Do pomiarów bardzo
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
10
krótkich odległości, np. szerokości szczelin dylatacyjnych lub zmian wielkości szczelin
i spękań, stosuje się urządzenia zwane szczelinomierzami lub sensory mechaniczne.
Ze względu na to, Ŝe pomiary odnosi się do płaszczyzny poziomej, jest konieczne
zwracanie uwagi na ułoŜenie przymiaru względem tzw. poziomu. Wykonywanie pomiarów
taśmą na poziomych powierzchniach obiektu jest proste, trudniej jest w terenie pochyłym.
NaleŜy tu wykorzystać naturalne lokalne elementy orientacyjne, jakimi są kierunki poziomy
czy pionowy. MoŜna w takim przypadku zastosować tzw. sposób schodkowy. Pomiar metodą
schodkową polega na tym, Ŝe taśmę układaną wzdłuŜ linii mierzonego odcinka układa się nie
po terenie, jak w przypadku terenów płaskich, a doprowadzając kaŜde przyłoŜenie taśmy do
połoŜenia poziomego. W tym celu na końcu taśmy zawiesza się pion, czyli cięŜarek na
sznurku, i po ułoŜeniu i naciągnięciu taśmy wzdłuŜ linii mierzonego odcinka przesuwa się jej
koniec na przemian w górę i w dół, szukając takiego połoŜenia, przy którym pion, (który
dotyka terenu) jest wysunięty najdalej w kierunku końca odcinka, co oznacza, Ŝe taśma
znajduje się dokładnie w połoŜeniu poziomym. Suma poszczególnych odcinków poziomych
stanowi długość całego odcinka.
Rys. 5. Pomiar długości metodą schodkową [8, s. 77]
Wykorzystując fale elektromagnetyczne, moŜna pomierzyć odległości między
nadajnikiem a tzw. reflektorem zwrotnym. Instrumenty, którymi dokonuje się takich
pomiarów, nazywają się dalmierzami. Pozwalają one określić długość drogi, jaką przebywa
fala pomiarowa, przez pomiar czasu jej wędrówki z nadajnika do reflektora i z powrotem oraz
znajomość prędkości rozchodzenia się tej fali.
Rys. 6. Dalmierz elektrooptyczny [7, s. 88]
Oprócz dalmierzy elektrooptycznych w pracach geodezyjnych wykorzystuje się takŜe
dalmierze impulsowe (laserowe). Nowe dalmierze laserowe pozwalają mierzyć nie tylko do
reflektorów, ale równieŜ do dowolnego elementu powierzchni obiektu.
W konstrukcjach geometrycznych oprócz długości waŜnym elementem jest kąt jako miara
rozchylenia dwóch płaszczyzn. Do pomiaru wartości kąta uŜywa się urządzeń kątomierczych
zwanych teodolitami. W korpusie instrumentu jest umieszczone koło pionowe oraz
urządzenia odczytowe pozwalające na określenie wartości kierunków poziomego
i pionowego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
11
W pomiarach geodezyjnych wartość kątów moŜemy przedstawić w mierze łukowej,
stopniowej i gradowej.
Jednostką
miary
łukowej
jest
radian
(rd).
Radian
jest
kątem
płaskim
o wierzchołku
w środku pola, wycinającym z obwodu tego koła łuk o długości równej
promieniowi.
Jednostka miary stopniowej jest jeden stopień (1°). Stopniem nazywamy kąt środkowy
oparty na łuku o długości równej 1/360 obwodu koła. Jeden stopień dzieli się na 60 minut
(1° = 60'), a jedna minuta (1') na 60 sekund (1' = 60").
Jednostką miary gradowej jest grad (1
g
). Gradem nazywamy kąt środkowy oparty łuku
o długości równej 1/400 obwodu koła. Jeden stopień gradowy (1
g
) dzieli się na 100 minut
gradowych (1
g
= 100
c
), a jedna minuta gradowa (1
c
) na 100 sekund gradowych (1
c
= 100
cc
).
Dzięki zastosowanym układom osiowym instrumentu oraz urządzeniom pomocniczym jak
libele, jest moŜliwe ustalanie wartości miar odpowiednich kątów kierunkowych określających
przestrzenne skierowanie osi lunety w lokalnym układzie na stanowisku pomiarowym.
Warunkiem podstawowym pracy teodolitu jest jego spoziomowanie oraz ustawienie nad
stanowiskiem tzw. scentrowanie instrumentu. Poziomowanie odbywa się przy uŜyciu libel
instrumentu, natomiast scentrowanie przy wykorzystaniu pionów mechanicznych, optycznych
lub laserowych.
Współczesne instrumenty są wyposaŜone w automatyczny system kompensatorów oraz
cyfrowy system odczytowy. Dzięki kompensatorom pomiarowy nie musi precyzyjnie
poziomować instrumentu. Kompensatory określają szczątkowe wartości nachyleń we
wzajemnie prostopadłych kierunkach i wprowadzają korektę rezultatów pomiaru.
Rys. 7. Teodolit elektroniczny [7, s. 90]
Pomiaru kątów poziomych moŜna dokonać równieŜ przy pomocy niwelatora –
instrumentu geodezyjnego przeznaczonego głównie do pomiarów wysokościowych.
Przy wykonywaniu podstawowych pomiarów często mamy do czynienia z prostymi
elementami pomiarowymi ograniczającymi się do warunków równoległości czy
prostopadłości. Pomiar kąta prostego w przypadkach niewymagającej wysokiej dokładności
moŜe być wykonywane metodami tradycyjnymi, np. przy uŜyciu węgielnicy bądź teŜ
w oparciu o proste konstrukcje geometryczne. Typowa węgielnica jest urządzeniem
mechaniczno-optycznym składającym się z dwóch pryzmatów oraz okna przeziernika
umoŜliwiającego jednoczesną obserwację trzech kierunków wzajemnie prostopadłych.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
12
Rys. 8. Węgielnice pryzmatyczne [7, s. 90]
Praca węgielnicą polega na takim korygowaniu połoŜenia punktu obserwacji, aby uzyskać
koincydencję, czyli zgranie w jednej linii pionowej obrazów tyczek, które mają spełnić
warunek odpowiedniej prostopadłości kierunków na stanowisku obserwacji. Dokładność tych
prac jest w zakresie 3÷4 minut kątowych, czyli jest dostosowana do dokładności wymaganej
przy robotach ziemnych.
Rys. 9. Tyczenie prostopadłej węgielnicą [3, s. 13]
Wytyczenie kąta prostego moŜemy dokonać w prosty sposób taśmą mierniczą
wykorzystując tzw. trójkąt egipski o stosunku boków 3:4:5. Tworząc taśmą mierniczą trójkąt
o takim stosunku boków między dwoma krótszymi bokami otrzymujemy kąt prosty.
Rys. 10. Trójkąt egipski [7, s. 91]
W celu jednoznacznego określenia połoŜenia pewnego kierunku w terenie ustala się jego
połoŜenie w stosunku do stron świata. Czynność tę nazywa się orientowaniem danego
odcinka. Polega ono na znalezieniu wielkości kąta zawartego między kierunkiem północnym
południka a danym kierunkiem, licząc od kierunku północy do kierunku danego zgodnie
z ruchem wskazówek zegara.
Kąt ten nazywa się azymutem geograficznym danego kierunku. Prostymi metodami nie
moŜna jednak wyznaczyć azymutu geograficznego. Wykonuje się tylko pomiar azymutu
magnetycznego za pomocą busoli.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
13
Azymut magnetyczny jest to kąt zawarty między kierunkiem północy magnetycznej
a kierunkiem, liczonym zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Azymut magnetyczny danego
kierunku róŜni się od wielkości azymutu geograficznego, gdyŜ biegun magnetyczny nie
pokrywa się z biegunem geograficznym. Z uwagi na to, Ŝe róŜnica ta jest bardzo mała,
w praktyce wyznaczenie azymutu magnetycznego wystarcza do opracowania planu.
Pomiar azymutu magnetycznego wykonuje się przyrządem zwanym busolą. Buso1a jest
to płaskie walcowate pudełko z poziomą tarczą z podziałką stopniową lub gradową, najlepiej
lewą. W osi tarczy znajduje się swobodnie zawieszona igła magnetyczna. Na zewnątrz busoli
znajdują się dwa przezierniki: oczny (tzw. szczerbinka) i przedmiotowy (tzw. muszka).
W celu zmierzenia azymutu A danego kierunku AB naleŜy busolę ustawić na trójnogu
w punkcie początkowym A, a w punkcie końcowym B - tyczkę. Następnie skierowuje się
przezierniki wzdłuŜ kierunku AB i odczytuje A na, północnym końcu igły magnetycznej.
Rys. 11. Pomiar azymutu magnetycznego [7, s. 113]
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jaki sprzęt i narzędzia wykorzystywane są w pracach mierniczych?
2.
W jaki sposób wytycza się linię prostą w terenie płaskim?
3.
W jaki sposób wytycza się linię prostą między punktami rozdzielonymi wzniesieniem?
4.
W jaki sposób wytycza się linię prostą między punktami rozdzielonymi zagłębieniem?
5.
W jaki sposób wykonuje się pomiary odcinka w terenie płaskim?
6.
W jaki sposób wykonuje się pomiary odcinka w terenie pochyłym?
7.
W jaki sposób wyznacza się azymut za pomocą busoli?
8.
Do czego słuŜą węgielnice?
9.
Jakie są sposoby tyczenia prostopadłych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wytycz linię prostą w terenie płaskim, okiem nieuzbrojonym, posługując się tyczkami
geodezyjnymi, zgodnie z zasadami miernictwa budowlanego.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
14
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady tyczenia linii prostych w terenie (materiał nauczania rozdz. 4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
pobrać narzędzia do wykonania tyczenia,
4)
ustawić tyczki na końcach tyczonego odcinka,
5)
ustawić się za pierwszą tyczką i naprowadzać mierniczego z tyczkami do momentu
pokrycia wszystkich tyczek,
6)
dokonać oceny wykonanego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
tyczki geodezyjne,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Wytycz linię prostą okiem nieuzbrojonym w terenie, między punktami rozdzielonymi
wzniesieniem, posługując się tyczkami geodezyjnymi, zgodnie z zasadami miernictwa
budowlanego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady tyczenia linii prostych w terenie (materiał nauczania rozdz. 4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
ustawić tyczki na końcach tyczonego odcinka,
4)
nawzajem z drugim pomiarowym naprowadzać pośrednie tyczki do jednej linii
wykorzystując tyczki na początku i końcu tyczonego odcinka,
5)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
tyczki geodezyjne,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 3
Wytycz linię prostą okiem nieuzbrojonym w terenie, między punktami rozdzielonymi
zagłębieniem, posługując się tyczkami geodezyjnymi, zgodnie z zasadami miernictwa
budowlanego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady tyczenia linii prostych w terenie (materiał nauczania rozdz. 4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
ustawić tyczki na końcach tyczonego odcinka,
4)
nawzajem z drugim pomiarowym naprowadzać pośrednie tyczki do jednej linii
wykorzystując tyczki na początku i końcu tyczonego odcinka,
5)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
15
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
tyczki geodezyjne,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 4
Wykonaj pomiar długości odcinków w terenie płaskim taśmą stalową. Swoje pomiary
wpisz do dziennika pomiaru długości.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady wykonywania pomiarów w terenie (materiał nauczania rozdz.
4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
ustawić tyczki na początku i końcu mierzonego pierwszego odcinka,
4)
rozwinąć taśmę wzdłuŜ mierzonego odcinka,
5)
nakierować drugiego mierniczego z końcem taśmy aby ułoŜył taśmę wzdłuŜ mierzonego
odcinka wykorzystując tyczki i aby zaznaczył wbijając szpilkę koniec taśmy mierniczej,
6)
przesuwać się do przodu wykonując analogicznie następne pomiary,
7)
określić długość mierzonego odcinka,
8)
wpisać pomiar do dziennika pomiarów,
9)
zmierzyć w analogiczny sposób następne odcinki,
10)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
tyczki geodezyjne,
–
taśma miernicza,
–
szpilki stalowe,
–
dziennik pomiarów,
–
przybory do pisania,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 5
Wykonaj pomiar długości odcinka w terenie pochyłym taśmą stalową. Swoje pomiary
wpisz do dziennika pomiaru długości.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady wykonywania pomiarów w terenie (materiał nauczania rozdz.
4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
ustawić tyczki na początku i końcu mierzonego odcinka,
4)
rozwinąć taśmę wzdłuŜ mierzonego odcinka,
5)
zaczepić na końcu taśmy pion,
6)
nakierować drugiego mierniczego z końcem taśmy aby naciągnął taśmę poziomo wzdłuŜ
mierzonego odcinka wykorzystując tyczki i aby zaznaczył wbijając szpilkę koniec taśmy
mierniczej w miejscu najdalszego wychylenia pionu,
7)
przesuwać się do przodu wykonując analogicznie następne pomiary,
8)
określić długość mierzonego odcinka,
9)
wpisać pomiar do dziennika pomiarów,
10)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
16
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
tyczki geodezyjne,
–
taśma miernicza,
–
szpilki stalowe,
–
pion,
–
dziennik pomiarów,
–
przybory do piasania,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 6
Wytycz linię prostopadłą za pomocą taśmy wykorzystując trójkąt egipski.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady tyczenia kątów prostych w terenie (materiał nauczania rozdz.
4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
odmierzyć wzdłuŜ prostej do której tyczymy prostopadłą odcinek równy 3 m i zaznaczyć
ustawiając tyczki,
4)
przyłoŜyć wraz z drugim pomiarowym na początku i końcu odmierzonego odcinka, końce
odcinka taśmy równego 9 m,
5)
ustawić trzeciego pomiarowego który z dziewięciometrowego odcinka taśmy odkłada 4 m
w kierunku prostopadłym tworząc trójkąt prostokątny,
6)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
taśma miernicza,
–
tyczki geodezyjne,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 7
Wytycz linię prostopadłą posługując się węgielnicą pentagonalną i tyczkami
geodezyjnymi, zgodnie z zasadami miernictwa budowlanego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady tyczenia kątów prostych w terenie (materiał nauczania rozdz.
4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
ustawić tyczki na linii do której ma być tyczona prostopadła
4)
zaczepić pion do węgielnicy,
5)
ustawić się z węgielnicą na linii do której ma być tyczona prostopadła,
6)
ustawić pion nad punktem z którego naleŜy wytyczyć prostopadłą,
7)
ustawić mierniczego z tyczką tak aby obrazy trzech tyczek w węgielnicy były w jednej
linii,
8)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
17
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
węgielnica,
–
tyczki geodezyjne,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 8
Określ azymut magnetyczny za pomocą busoli na zadanych kierunków. Swoje odczyty
wpisz do dziennika pomiarów.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować zasady określania azymutów magnetycznych (materiał nauczania rozdz.
4.1.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
ustawić busolę na trójnogu w punkcie początkowym,
4)
ustawić tyczkę w punkcie końcowym,
5)
skierować przezierniki wzdłuŜ kierunku,
6)
wykonać odczyt,
7)
wpisać pomiar do dziennika pomiarów
8)
dokonać oceny poprawności wykonanego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
busola z trójnogiem,
–
tyczki geodezyjne,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
wytyczyć prostą w terenie płaskim?
2)
wytyczyć prostą w terenie między punktami rozdzielonymi
wzniesieniem?
3)
wytyczyć prostą w terenie między punktami rozdzielonymi
zagłębieniem?
4)
wykonać pomiar odcinka taśmą stalową w terenie płaskim?
5)
wykonać pomiar odcinka taśmą stalową w terenie pochyłym?
6)
wytyczyć linię prostopadłą za pomocą taśmy?
7)
określić azymut magnetyczny dla zadanego kierunku?
8)
wytyczyć linię prostopadłą posługując się węgielnicą?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
18
4.2. Pomiary wysokościowe i pionowanie
4.2.1. Materiał nauczania
Linia pionu stanowi waŜny element orientacji budowli w przestrzeni, zatem pionowanie
ma istotne znaczenie podczas realizacji budowy.
Instrumenty pomiarowe stosowane do pionowania, nazywamy pionami. Obecnie stosuje
się: piony mechaniczne (sznurkowe, drąŜkowe), optyczne i laserowe. Pionowanie pionami
mechanicznymi polega na przesuwaniu instrumentu z jednoczesnym śledzeniem pozycji
pionu względem punktu właściwego.
Podczas prowadzenia prac wymagających bardzo duŜej dokładność stosuje się
instrumenty zwane pionownikami, które słuŜą do precyzyjnego przenoszenia kierunku pionu
na znaczne wysokości w górę (pionowniki zenitalne) lub w dół (pionowniki nadirowe).
Rys. 12. Pionowniki optyczne [7, s. 91]
Nową grupą instrumentów stosowanych w budownictwie są projektory płaszczyzn
pozwalające generować m.in. pionową wiązkę laserową, która moŜe stanowić element
tyczenia. Instrumenty te są całkowicie zautomatyzowane, dzięki czemu mogą z nich korzystać
wszyscy pracownicy na budowie. Ustawiony i uruchomiony na stanowisku instrument
samoczynnie dokonuje spoziomowania i moŜe być zdalnie sterowany za pomocą pilota.
Rys. 13. Projektory płaszczyzn [7, s. 92]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
19
Podczas wznoszenia budowli bardzo waŜne jest zachowanie odpowiedniego połoŜenia
wysokościowego poszczególnych elementów konstrukcji. Ustalanie róŜnic wysokości między
punktami nazywa się niwelacją. Spośród znanych metod niwelacji w pracach budowlanych
wykorzystuje się niwelację: geometryczną, trygonometryczną i hydrostatyczną. Podstawą
niwelacji jest tzw. poziom. W niwelacji hydrostatycznej mamy tu do czynienia z zasadą
działania naczyń połączonych, w których poziom wody wskazuje identyczną wysokość. Jest
to metoda stosowana od dawna przy róŜnych robotach budowlanych.
Rys. 14. Schemat niwelacji hydrostatycznej [7, s. 92]
Obecnie urządzenia do niwelacji metodą hydrostatyczną składają się nie tylko z rurek ale
równieŜ elektronicznych systemów odczytowych.
W wyniku niwelacji jest moŜliwe określenie wysokości dowolnej grupy punktów
(reperów) w przyjętym układzie wysokościowym.
Do niwelacji geometrycznej wykorzystuje niwelatory. Składają się one z systemu
celowniczego (lunety) oraz libeli funkcjonujących w odpowiednim układzie mechanicznym.
Rys. 15. Niwelatory: a) libelowy, b) samopoziomujący, c) laserowy [7, s. 93]
Istotą więc pomiaru niwelacyjnego jest pomiar róŜnic wysokości oraz nawiązanie pomiaru
przynajmniej do jednego punktu o znanej rzędnej. Punkt taki nazywa się reperem
niwelacyjnym, a teren kaŜdego kraju ma sieć reperów niwelacyjnych, tworzących geodezyjną
osnowę wysokościową.
Reper niwelacyjny jest to punkt w terenie ustabilizowany w sposób trwały za pomocą
znaku pomiarowego.
Znaki pomiarowe, za pomocą, których stabilizuje się repery niwelacyjne, są róŜnego
rodzaju. Przykładowe repery niwelacyjne, pokazuje rysunek.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
20
Rys. 16. Repery niwelacyjne [8, s. 87]
Pomiar róŜnic wysokości metodą niwelacji geometrycznej wymaga zastosowania
niwelatora oraz listwy drewnianej lub metalowej z podziałką (łaty).
Pomiar róŜnic wysokości przy zastosowaniu niwelacji geometrycznej moŜna wykonywać:
−−−−
metodą niwelacji ze środka,
−−−−
metodą niwelacji z końca, zwaną inaczej niwelacją w przód.
Przy niwelacji ze środka niwelątor ustawia się pomiędzy punktami A i B, których róŜnicę
wysokości chcemy zmierzyć, zaś na tych punktach ustawia się łaty. Odczytując wysokość
płaszczyzny celowej nad punktem A równą N
A
i nad punktem B równą N
B
, moŜemy obliczyć
róŜnicę wysokości
∆h
AB
= N
A
- N
B
. Odczyt N
A
nazywamy odczytem wstecz, zaś odczyt N
B
odczytem w przód.
Rys. 17. Metoda niwelacji ze środka [8, s. 87]
Przy niwelacji metodą z końca ustawia się niwelator przy punkcie A, zaś na punkcie B
łatę niwelacyjną. Po odczytaniu wysokości płaszczyzny poziomej nad punktem A, jako
równej i
A
wysokości instrumentu, oraz po wykonaniu pomiaru odległości N
B
tej płaszczyzny
od punktu B, jako odczytu na łacie, moŜemy obliczyć róŜnicę wysokości.
∆h
AB
= i
A
- N
B
Wykonując pomiar niwelacyjny naleŜy ograniczać do 100 m odległości między punktami
niwelowanymi. MoŜna wówczas pominąć wpływ zakrzywienia powierzchni kuli ziemskiej na
dokładność otrzymywanych wyników.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
21
Rys. 18. Metoda niwelacji w przód [8, s. 87]
Do wielu prac montaŜowych wystarczające jest uŜycie prostych urządzeń pomiarowych
zapewniających sprawne wykonanie zadania. Do urządzeń tych zaliczyć moŜna poziomnice
libelowe, hydrostatyczne i laserowe, projektory kierunków, pochyłomierze, piony, krzyŜe
niwelacyjne.
Poziomnica budowlana libelowa składa się z rurki szklanej wypełnionej cieczą,
z
pęcherzykiem powietrza wewnątrz, umieszczona w obudowie, która jest zamocowana do
liniału. PołoŜenie pęcherzyka w punkcie środkowym rurki oznacza, Ŝe jej oś i podstawa są
poziome.
Rys. 19. Poziomnice: a) libelowe, b) hydrostatyczne, c) laserowe [7, s. 95]
KrzyŜe niwelacyjne to drewniane szablony składające się z dwóch zbitych ze sobą
prostopadle desek.
Wyznaczanie połoŜenia punktów za pomocą systemu GPS
Nowoczesnym narzędziem stosowanym w geodezji i nawigacji do lokalizacji punktów
jest system GPS (Global Positioning System). Pomiary w systemie GPS są całkowicie
zautomatyzowane, a współrzędne punktów otrzymuje się w sposób cyfrowy.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
22
System GPS - tworzony w USA dla potrzeb militarnych od 1974 r. - działa w pełnej
konfiguracji od 1995 r. Składa się on z:
–
minimum 24 satelitów, okrąŜających Ziemię 2 razy na dobę, rozmieszczonych
równomiernie wokół naszej planety na 6 orbitach nachylonych pod kątem 55° względem
płaszczyzny równika,
–
stacji satelitarnych śledzących z Ziemi wszystkie satelity i obliczających z ogromną
dokładnością ich orbity oraz poprawki dla pokładowych zegarów atomowych, by kilka
razy na dobę przekazywać wyniki tych obliczeń komputerom na satelitach,
–
centrum dowodzenia wspólnego dla wszystkich stacji satelitarnych,
–
urządzeń odbiorczych GPS, naleŜących do uŜytkowników systemu.
Parametry orbit satelitów systemu są tak dobrane, Ŝe w kaŜdej chwili w dowolnym
miejscu na Ziemi w zasięgu anteny odbiornika GPS znajdują się minimum 4 satelity. Jest to
niezbędne do dokładnego wyznaczenia połoŜenia anteny odbiornika GPS ustawionego
dokładnie nad punktem, którego połoŜenie trzeba wyznaczyć.
Pomiary w systemie GPS dotyczą odległości od minimum 4 satelitów do odbiornika.
Współrzędne połoŜenia satelitów w momencie pomiarów są znane systemowi i udostępnione
uŜytkownikowi. Punkt, którego połoŜenie trzeba wyznaczyć, znajduje się na przecięciu
powierzchni trzech kul. Środki kul są tam, gdzie nadajniki na satelitach, a promienie są równe
zmierzonym przez odbiorniki GPS odległościom od satelitów.
W odróŜnieniu od klasycznych technik pomiarowych w pomiarach GPS nie jest
wymagana widoczność między kolejnymi punktami mierzonymi w terenie. WaŜna jest
natomiast bezpośrednia widoczność satelitów z kaŜdego stanowiska pomiarowego. Pomiary
GPS mogą być wykonane trzema metodami: kodową, fazową i kodowo-fazową.
Pomiary kodowe, wykorzystywane w celach nawigacyjnych polegają na określeniu
opóźnienia, z jakim specjalny kod emitowany równocześnie przez satelitę i odbiornik dociera
do odbiornika. Iloczyn tego opóźnienia i prędkości fal elektromagnetycznych to odległość od
satelity, wyznaczona z dokładnością do kilku metrów. Pomiary kodowe są wykonywane
w tzw. czasie rzeczywistym, co oznacza, Ŝe współrzędne określające pozycję odbiornika są
znane natychmiast w terenie.
W pomiarach fazowych odległość odbiornika od satelity jest obliczana jako iloczyn
długości fali emitowanej przez satelitę oraz sumy całkowitej liczby pełnych cykli tej fali i jej
fazy, tzn. długości ostatniego, niepełnego cyklu fali. Liczbę pełnych cykli fali na drodze od
satelity do odbiornika GPS ustawionego na stanowisku pomiarowym ustala się podczas tzw.
inicjalizacji pomiaru.
Dokładność prawidłowo wykonanych pomiarów fazowych jest znacznie większa niŜ
pomiarów kodowych pod warunkiem uŜycia, co najmniej dwóch nieruchomych odbiorników
GPS i odpowiednio długiego czasu pomiaru. Stosując kilka odbiorników, wyznacza się juŜ
nie współrzędne pojedynczych punktów, lecz róŜnice ich współrzędnych (stąd nazwa:
pomiary względne), co zmniejsza moŜliwość błędów. W geodezji stosuje się właśnie takie
pomiary statyczne, a uzyskane wyniki są opracowywane komputerowo — zwykle po
zakończeniu całego cyklu obserwacji, czyli w tzw. postprocessingu. Dzięki temu uzyskuje się
milimetrową dokładność wyników.
W geodezji czas pomiaru pojedynczego punktu metodą fazową wynosi od ok. 30 min do
6 dni i zaleŜy od rozległości mierzonej sieci punktów, wymaganej dokładności wyników,
nowoczesności odbiorników GPS oraz usytuowania miejsca pomiaru względem stacji
referencyjnych śledzących satelity.
System stacji referencyjnych spełnia funkcje państwowej osnowy poziomej i umoŜliwia
dowiązanie terenowych pomiarów satelitarnych GPS.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
23
W pomiarach kodowo-fazowych uŜywa się dwuczęstotliwościowych odbiorników GPS ze
specjalnym oprogramowaniem, które skracają czas inicjalizacji pomiaru, dzięki
równoczesnemu stosowaniu pomiarów fazowych i kodowych na obu częstotliwościach.
W 2003 r. uruchomiono w Polsce aktywną sieć geodezyjną ASG-PL, umoŜliwiającą
wyznaczenie pozycji pojedynczych punktów, w których wykonano pomiary satelitarne GPS.
Dzięki istnieniu sieci stacji satelitarnych (tzw. stacji referencyjnych) uczestniczących w tym
przedsięwzięciu uŜytkownik wykonuje obserwacje jedynie w wyznaczanych przez siebie
punktach, uŜywając jednego odbiornika GPS. Dane, których dostarczyłyby drugi i następne
odbiorniki uŜytkownika, są zastępowane znacznie bardziej dokładnymi danymi ze stacji
satelitarnych sytemu. Stacje te gromadzą bez przerwy i przechowują w centralnej bazie
danych systemu informacje dotyczące połoŜenia satelitów, a ponadto potrafią określić swoje
połoŜenie z dokładnością niemoŜliwą do uzyskania w pomiarach terenowych. Po zakończeniu
wszystkich pomiarów w terenie uŜytkownik musi przenieść dane do komputera, połączyć się
za pomocą internetu z serwisem systemu i po zalogowaniu się podać przybliŜone współrzędne
miejsca pomiarów. W odpowiedzi system wyświetla listę stacji referencyjnych usytuowanych
najbliŜej miejsca pomiarów, czyli listę tzw. punktów nawiązania. UŜytkownik moŜe ściągnąć
przez internet niezbędne dane i wykonać obliczenia samodzielnie lub wysłać do centrum
zarządzania systemem wyniki swoich pomiarów terenowych i zlecić wykonanie obliczeń
w centrum obliczeniowym. Wyniki są udostępnione uŜytkownikowi na stronie internetowej
systemu.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1.
Jakich przyrządów uŜywamy do pomiarów niwelacyjnych i pionowania?
2.
W jaki sposób wyznaczamy punkty o jednakowym poziomie poziomicą węŜową?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj przeniesienie rzędnej punktu o zadanej wysokości zaznaczonego na ścianie sali
na ścianę przeciwległą korzystając z poziomicy węŜowej (hydrostatycznej).
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować sposoby pomiarów niwelacyjnych (materiał nauczania rozdz. 4.2.1),
2)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
3)
sprawdzić poziomicę węŜową przykładają do siebie rurki wypełnione wodą,
4)
przyłoŜyć korzystając z pomocy kolegi do ścian rurki poziomicy w taki sposób aby
poziom wody w rurce ustabilizował się na punkcie zaznaczonym na ścianie,
5)
zaznaczyć punkt na ścianie przeciwległej na tym samym poziomie wyznaczonym przez
poziom w rurce poziomicy.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
poziomica węŜowa,
–
ołówek stolarski,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
24
Ćwiczenie 2
Wpisz nazwy i przeznaczenie przedstawionych na rysunkach przez nauczyciela urządzeń
pomiarowych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
wpisać nazwy urządzeń,
2)
określić przeznaczenie przedstawionych urządzeń pomiarowych,
3)
przedstawić ćwiczenie nauczycielowi.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
rysunki lub zdjęcia urządzeń pomiarowych,
–
przybory do pisania,
–
arkusze papieru,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
wymienić urządzenia do pomiarów niwelacyjnych i pionowania?
2)
posługiwać się poziomicą węŜową (hydrostatyczną)?
3)
posługiwać się poziomicą budowlaną?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
25
4.3. Pomiary hydrometryczne
4.3.1. Materiał nauczania
Pomiary hydrometryczne polegają na mierzeniu poziomów stanów wody, prędkości,
przepływów, temperatury, stopnia zanieczyszczenia wody itp. Ze względu na znaną juŜ nam
zmienność zjawisk hydrologicznych prowadzone są ciągłe obserwacje pozwalające na
odtworzenie przebiegu badanego zjawiska w czasie.
Stanem wody w cieku lub zbiorniku wodnym nazywamy poziom wzniesienia zwierciadła
wody w miejscu pomiaru.
NaleŜy wyjaśnić, dlaczego uŜywamy nazwy stan wody, a nie poziom. Poziom terenu
liczymy od przyjętego przez państwową sieć niwelacyjną „poziomu morza”, dlatego
wyraŜamy pomiary w metrach (i centymetrach) dodając litery n.p.m. (nad poziomem morza).
Państwowa sieć wodowskazowa w Polsce odniesiona jest obecnie do poziomu morza
bałtyckiego.
Dla uproszczenia zapisu wzniesienie zwierciadła wody liczymy od ustalonego „zera”
wodowskazu, a dla odróŜnienia od poziomów liczonych od przyjętego zera niwelacji
państwowej nazywamy je stanami wody. Zera wodowskazów ustalone są poniŜej najniŜszego
moŜliwego stanu wody, tak, aby nie było odczytów ujemnych oraz na tyle wysoko, aby
odczyty w centymetrach wyraŜane były co najwyŜej liczbami trzycyfrowymi.
Rzędna zera kaŜdego wodowskazu określona jest w odniesieniu do państwowej sieci
niwelacyjnej, dlatego teŜ, w razie potrzeby, moŜemy przeliczyć stan na poziom odniesiony do
przyjętego zera niwelacji przez dodanie stanu do rzędnej „zera wodowskazu”.
Do pomiaru stanów wód słuŜą wodowskazy. Najbardziej rozpowszechnionym typem
wodowskazu są łaty wodowskazowe. Są to pionowe, drewniane łaty podobne do łat
niwelacyjnych, uŜywanych do pomiarów geodezyjnych. Odczyty na łacie wodowskazowej
dokonywane są z dokładnością do 1 cm, chociaŜ łaty te mają zazwyczaj podziałki
dwucentymetrowe. Odczyt z dokładnością do 1 cm uzyskuje się przez określenie „,na oko”
części działki dwucentymetrowej. Podziałki na łatach powinny być na tyle wyraźne, aby
z pewnej odległości (niekiedy nawet znacznej, przy uŜyciu lornetki) moŜna było odczytać, do
której podziałki sięga zwierciadło wody.
Podziałki na łacie mogą być wprost namalowane farbą olejną na listwie drewnianej.
PoniewaŜ jednak farba łatwo niszczeje (ciągłe zwilŜanie i wysychanie, zmiany temperatury
otoczenia, mróz), to najczęściej stosuje się podziałki z blachy aluminiowej wycięte w formie
tabliczek o wysokości 10 cm z dwoma otworami po 2 cm wysokości. Tabliczki te przybijane
są do łaty mijankowo, a obok nich umieszcza się cyfry wyraŜające liczbę pełnych
decymetrów od zera wodowskazu.
Rys. 20. Łata wodowskazowa: a) widok z przodu, b) przekrój poprzeczny łaty, c) dziesięciocentymetrowa
tabliczka podziałki łaty [2, s. 93]
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
26
Łaty wodowskazowe powinny być umocowywane w sposób trwały. Często umieszcza się
je przy filarach mostowych. Stanowią one bardzo dobrą podstawę do trwałego umocowania
łaty, ale przy filarze następuje pewne zakłócenie poziomu zwierciadła wody, co wprowadza
niepoŜądaną zmianę stanów. Najlepiej umocowywać łaty przy odpowiednio wbitych
mocnych palach. Łatę umocowuje się przy palu po stronie „odpływu” dla zabezpieczenia jej
przed uszkodzeniami przez płynące przedmioty. Łata powinna być tak umieszczona, aby
znajdowała się stale w wodzie i dostęp do niej był łatwy. Przy płaskich brzegach i duŜych
wahaniach zwierciadła wody umieszcza się dwie łaty: jedną w korycie stale wypełnionym
wodą, drugą a obszarze zalewowym.
Rys. 21. Wodowskaz łatowy sprzęŜony [2, s. 94]
Podziałki obu łat powinny być tak umieszczone, aby odczyty na nich były równoznaczne,
tzn. aby odpowiadające sobie liczby skali były na tym samym poziomie. Wobec powiązania
ze sobą poziomów podziałek dwie takie części wodowskazu nazywane są wodowskazami
sprzęŜonymi.
Czasem podziałki wodowskazowe umieszczane są na pochyłych skarpach (najczęściej są
to malowane prowizoryczne wodowskazy, np. na placu budowy). Wówczas wymiary
podziałek wodowskazu usytuowanego na skarpie są tak dobrane, aby odczyty na nich
odpowiadały centymetrowym (dwucentymetrowym) wzniesieniom zwierciadła wody
w pionie. Wodowskazy takie noszą nazwę wodowskazów skarpowych.
Rys. 22. Wodowskaz skarpowy [2, s. 94]
Stan wody zawsze określamy jako rzeczywiste wzniesienie zwierciadła wody, tzn. Ŝe np.
w czasie, gdy rzeka pokryte jest pokrywą lodową, stan mierzymy według połoŜenia wody
w przerębli wyrąbanej przy łacie wodowskazowej.
Łaty wodowskazowe pozwa1ają na odczytywanie stanów wody istniejących w chwili
pomiaru, a o przebiegu wahań stanów moŜemy sądzić z zestawień poszczególnych pomiarów
dokonywanych w określonych odstępach czasu. Dokładny przebieg zmian (wahań) stanów
w czasie moŜemy uzyskać przy zastosowaniu, wodowskazów samopiszących tzw.
limnigrafów.
Dla ochrony pływaka zawieszonego na lince i całego przyrządu limnigrafy umieszczane
są w budkach limnigraficznych, których dolna część stanowi pionową studnię połączoną rurą
z korytem rzeki (lub jeziorem). W ten sposób poziomy wody w studni budki zawsze
odpowiadają poziomom wody w rzece. Wlot końca rury dochodzący do koryta rzeki
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
27
zabezpieczony jest przed zatykaniem odpowiednią obudową. Dzięki umieszczeniu pływaka
limnigrafu nie bezpośrednio w rzece, lecz w studni, zabezpieczony jest on przed wpływem
falowania otwartego zwierciadła wody w rzece. Wskazania limnigrafów, przez odpowiednie
przekaźniki elektryczne, mogą być przesyłane na odległość, dzięki czemu moŜemy
urządzenie samopiszące umieścić np. w biurze stacji pomiarowej.
Rys. 23. Schemat budki limnigraficznej [2, s. 97]
Ruchy pływaka wodowskazowego mogą być równieŜ (mechanicznie lub elektrycznie)
przekazywane na wskazówkę o duŜych wymiarach umieszczoną na tarczy wystawionej na
zewnątrz budki i widocznej z daleka (podobnie jak zegar na wieŜy). Takie widoczne z daleka
wodowskazy nazywane są wodowskazami optycznymi.
Rys. 24. Schemat wodowskazu optycznego [2, s. 98]
Ułatwiają one orientację, co do aktualnego stanu wody kapitanom statków rzecznych
i flisakom.
Miejsce do umieszczenia wodowskazu przeznaczonego do obserwacji stanów wód na
rzece, dla scharakteryzowania jej przebiegu, powinno odpowiadać następującym warunkom:
a)
koryto rzeki powinno być zwarte i jednolite,
b)
zwierciadło wody nie powinno być zakłócone wpływem budowli hydrotechnicznych
(spiętrzenia, depresje).
Do precyzyjnych pomiarów poziomów zwierciadła wody w laboratoriach wodnych
stosowane są często wodowskazy szpilkowe.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
28
Rys. 25. Ostrza prętów wodowskazowych: a) proste, b) zakrzywione [2, s. 98]
Zaopatrzone są one w szpilkę prostą lub zakrzywioną w postaci haczyka, umieszczoną na
pionowym pręcie z podziałką milimetrową Przy uŜyciu noniusza moŜna odczytywać
połoŜenie szpilki z dokładnością do 0,1 mm. Proste szpilki słuŜą do pomiaru poziomu wody
stojącej i płynącej. Pręt ze szpilką opuszcza się powoli w dół do chwili zetknięcia wody
niezakłóconej wpływem budowli hydrotechnicznych (spiętrzenia, szpilki ze zwierciadłem
wody). W wodzie stojącej moment zetknięcia się moŜna zaobserwować, gdyŜ w chwili tej
przy samej szpilce powstaje malutkie podniesienie się zwierciadła wody. Przy wodzie
płynącej daje się łatwo zaobserwować „draśnięcie” gładkiego zwierciadła wody końcem
szpilki. PołoŜenie szpilki po zetknięciu się ze zwierciadłem wody odczytuje się na podziałce
pręta. Szpilki zakrzywione są bardzo wygodne do pomiaru poziomu zwierciadła wody
stojącej wówczas, gdy moŜemy go obserwować przez szybę „od spodu”. Widoczny jest
koniec spi1ki i jego lustrzane odbicie w zwierciadle wody; łatwo jest zauwaŜyć chwilę
pozornego zetknięcia się końca szpilki z jego odbiciem.
Pomiary zwierciadła wody gruntowej
Poziom wody gruntowej moŜna zaobserwować w pionowej rurze wpuszczonej w grunt.
W wąskiej rurze nie moŜemy go jednak obserwować bezpośrednio. Pomiaru poziomu wody
gruntowej dokonujemy posługując się cienkim prętem pianowym i obserwując po wyjęciu
pręta, do którego miejsca został on zwilŜony. Dla ułatwienia tej obserwacji koniec pręta
powieka się czasami kredą.
Wygodniejszy do pomiaru poziomu wody gruntowej jest przyrząd talerzykowy. Składa
się on z szeregu „talerzyków”, których krawędzie odległe są od siebie o 0,5 cm, i zawieszony
jest na taśmie z podziałką. Pomiaru dokonujemy opuszczając taśmę do rury wprowadzonej
w grunt aŜ do częściowego zanurzenia przyrządu w wodę. Część talerzyków zaczerpnie
wodę. Po wyjęciu widzimy, w ilu talerzykach znajduje się woda, co określa zanurzenie
przyrządu, a tym samym daje moŜność odczytania połoŜenia poziomu wody.
Rys. 26. Przyrząd talerzykowy do pomiaru zwierciadła wody gruntowej [2, s. 99]
Przy pomiarach na większych głębokościach na końcu przyrządu umieszcza się gwizdek,
który sygnalizuje dojście do poziomu wody.
Najdokładniej moŜna uchwycić poziom wody gruntowej posługując się przyrządami
przekazującymi sygnał elektryczny z chwilą zetknięcia się ze zwierciadłem wody.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
29
Zestawienie wyników pomiarów stanów wody
Systematyczne pomiary stanów wody na rzekach prowadzone są na licznych
posterunkach wodowskazowych obsługiwanych przez słuŜbę hydrologiczną Instytutu
Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Posterunki wodowskazowe rozmieszczone są tak, aby
moŜna było uzyskać przejrzysty obraz przebiegu wahań stanów na wszystkich ciekach
mających znaczenie gospodarcze oraz dla oceny całości stosunków hydrologicznych w kraju.
Są to najbardziej systematycznie prowadzone obserwacje na rzekach. Pomiary stanów wody
pozwalają równieŜ na określenie przebiegu przepływów. Prowadzenie obserwacji powierzane
jest obserwatorom mieszkającym w pobliŜu wodowskazu. Wyniki obserwacji przesyłane są
okresowo do oddziałów IMiGW, a zbiorcze zestawienia znajdują się w archiwach IMIGW.
Stany wody notowane są codziennie o godz. 7 rano, a przy wyŜszych stanach częściej,
zgodnie z odpowiednimi instrukcjami dla poszczególnych posterunków. W miejscach
szczególnie interesujących np. ze względu na prognozy hydrologiczne lub waŜne obiekty
hydrotechniczne instalowane są limnigrafy.
Pomiar prędkości wody
Przyrządy słuŜące do pomiaru prędkości wody moŜna podzielić na cztery grupy,
a mianowicie:
–
pływaki,
–
młynki hydrometryczne,
–
dynamometry,
–
batymetry.
Do pływaków zalicza się przyrządy płynące wraz z wodą z taką samą jak ona prędkością.
Pomiar prędkości wody polega na pomiarze czasu, w ciągu którego pływak przebywa odcinek
o znanej długości.
Pomiar prędkości wody za pomocą młynków hydrometrycznych sprowadza się do
pomiaru prędkości obrotów skrzydełek młynka poruszanych przez płynącą wodę.
Dynamometry mierzą bezpośrednio nacisk prądu wody na przyrząd lub odpowiednią jego
część składową.
Batymetry są to przyrządy słuŜące do pobierania próbek wody. Niektóre typy batymetrów
mogą równocześnie słuŜyć do określenia prędkości wody.
Pływaki stosuje się do pomiaru prędkości strug wody bliskich powierzchni, czyli
prędkości powierzchniowej, najczęściej w nurcie rzeki. W zasadzie pływakiem moŜe być
dowolny przedmiot płynący wraz z wodą, np. kawałek drewna. Po to jednak, aby pływak nie
był znoszony przez wiatr, nie powinien on zbytnio wystawać z wody, ale równocześnie
powinien być dobrze widoczny z daleka. Trzy typy często stosowanych pływaków: butelkę
częściowo wypełnioną wodą, krąŜek drewniany i krzyŜak drewniany ilustruje rysunek.
Rys. 27. Pływaki: a) butelka częściowo wypełniona wodą, b) krąŜek drewniany, c) krzyŜak drewniany [2, s. 123]
Dla lepszej widoczności do pływaków przyczepione są chorągiewki. Pomiar dokonywany
jest w sposób następujący: Obieramy moŜliwie prosty odcinek rzeki. W odległości 20 do
40 m od siebie zaznacza się dwa przekroje poprzeczne, kaŜdy za pomocą tyczek ustawionych
na jednym brzegu albo przy węŜszych rzekach jednej na jednym, a drugiej na drugim brzegu.
Przy kaŜdym z wyznaczonych przekrojów stoi obserwator tak, aby kierując wzrok wzdłuŜ
kierunku wyznaczonego przez tyczki mógł zaobserwować chwilę, kiedy pływak przepływa
przez wyznaczony przekrój. W chwili przejścia przez pierwszy przekrój obserwator stojący
przy nim naciska stoper, a potem patrzy na obserwatora stojącego przy drugim przekroju.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
30
Obserwator stojący przy drugim przekroju obserwuje, kiedy pływak przechodzi przez drugi
przekrój i daje znak, np. przez machnięcie ręką, i wówczas pierwszy obserwator zatrzymuje
stoper. W ten sposób mamy zmierzony czas przepływu odległości między przekrojami.
Znając odległość między przekrojami i czas, obliczamy prędkość. Po to, Ŝeby w chwili
dojścia pływaka do pierwszego przekroju nabrał on juŜ prędkości równej prędkości wody,
pływak naleŜy wrzucić o 5+10 m powyŜej górnego przekroju. Pływak najwygodniej jest
wrzucać z łódki, a miejsce nurtu określa się „na oko”.
Młynki hydrometryczne
Młynki hydrometryczne są najczęściej stosowanymi przyrządami do przeprowadzania
dokładniejszych pomiarów prędkości. Przy ich uŜyciu dokonuje się pomiarów prędkości
wody w róŜnych pionach i na róŜnych głębokościach w poprzecznym przekroju rzeki.
Rys. 28. Schemat młynka hydrometrycznego [2, s. 124]
Młynek składa się on ze śruby (skrzydełek) obracającej się osi poziomej, przekładni
z urządzeniem kontaktowym i urządzenia sygnalizacyjnego. Młynek przekazuje sygnały
(najczęściej dzwonek elektryczny) co pewną liczbę obrotów - zwykle co 50 lub 100 obrotów
śruby.
Stoperem mierzymy czas między poszczególnymi sygnałami i w ten sposób moŜemy
określić liczbę obrotów na minutę n. Prędkość wody v obliczamy ze wzoru v = α + βn,
współczynniki α i β określane są doświadczalnie oddzielnie dla kaŜdego przyrządu. Takie
cechowanie młynków (tarowanie młynków) dokonywane jest na stacji tarowniczej IMIGW.
Młynki są róŜnych wielkości i najrozmaitszych typów. Młynki mogą być umieszczane na
pręcie (przesuwnie ustawione na róŜnych głębokościach) lub zawieszane na lince. Młynki
zawieszane na lince zaopatrzone są w ster ustawiający je pod prąd oraz cięŜszą obudowę
(a nawet dodatkowo doczepiane obciąŜenia), aby ich prąd wody zbytnio nie znosił.
Rys. 29. Schemat urządzenia do zawieszania młynków hydrometrycznych [2, s. 125]
Pomiary młynkiem dokonywane są w róŜnych pionach przekroju poprzecznego cieku i na
róŜnych głębokościach w kaŜdym pionie (szczegółowe określenie liczby pionów i pomiarów
podają specjalne instrukcje).
1 – obwód elektryczny z baterią
i dzwonkiem,
2 – oś pozioma ze ślimakiem,
3 – kółka zębate i linka ze sztyfcikiem
kontaktowym,
4 – spręŜyna kontaktowa,
5 – skrzydełka,
6 – pręt na którym młynek jest umocowany
i przesuwny
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
31
Dynamometry
Dynamometry rzadko są stosowane do pomiarów terenowych. Najprostszym
dynamometrem z przyrządów terenowych jest kula zawieszona na lince. Urządzenie jest,
łatwe w uŜyciu i stosowane do kontrolnych pomiarów prędkości powierzchniowej.
Rys. 30. Kula na lince do omiaru prędkości wody [2, s. 126]
Kulę średnicy 150 nim opuszcza się na lince tak, aby była zanurzona 20 cm pod
zwierciadłem wody. Zanurzenie kuli moŜna poznać dzięki małemu pływakowi
przyczepionemu do kuli. Prąd wody znosi kulę, a tym samym odchyla linkę. Mierząc kąt
odchylenia linki β od pionu moŜemy obliczyć prędkość wody ze wzoru doświadczalnego:
V = C tg 0,67 β
Wartości współczynnika C zaleŜnego od masy kuli podaje tabela poniŜej.
Tabela 1. Wartości współczynnika C [2, s. 126]
Pomiary prędkości za pomocą kuli są mniej dokładne niŜ pomiary pływakowe lub za
pomocą młynków hydrometrycznych, ale mogą być szybko wykonane, np. dokonuje się ich
z mostu.
Bezpośrednie pomiary przepływów
Bezpośrednie pomiary przepływu przeprowadza się za pomocą pomiarów w naczyniach
o znanej pojemności oraz pomiarów przy uŜyciu przelewów. Pomiary objętości przepływu
w naczyniach o znanej pojemności są najdokładniejsze. Łatwe są one do przeprowadzenia
przy małych przepływach w laboratorium, ale rzadko mogą być zastosowane w terenie.
Polegają one na zmierzeniu czasu t napełnienia się zbiornika o znanej objętości V. Dzieląc tę
objętość przez t otrzymujemy przepływ Q. Niekiedy moŜemy tę metodę stosować w terenie,
gdy np. ciek wpada do zbiornika (stawu), z którego moŜemy na pewien czas zamknąć
odpływ. Mierzymy stan zwierciadła wody w zbiorniku w pewnej chwili. Stan ten będzie się
oczywiście podnosił wobec braku odpływu. Po określonym, zmierzonym czasie mierzymy
znów stan wody w zbiorniku. Otrzymujemy w ten sposób grubość warstwy wody, a znając
powierzchnię zbiornika obliczamy objętość wody V, która dopłynęła w zmierzonym czasie,
a stąd przepływ w cieku dopływającym do zbiornika Q = V/t [m
3
/s].
Pomiarów objętości przepływu w małych ciekach moŜna dokonywać metodami
polegającymi na pomiarze rozcieńczenia roztworów o znanym stęŜeniu; są to metody
chemiczna, kolorymetryczna i izotopowa.
Istota tych metod polega na wprowadzeniu do cieku soli, barwnika, lub substancji
promieniotwórczej o znanym stęŜeniu w miejscu, gdzie roztwór moŜe być dokładnie
zmieszany z wodą cieku (burzliwy potok górski, przed siłownią wodną i wymieszanie przy
przejściu przez turbiny), a następnie pobraniu próbki mieszaniny. Badając stopień stęŜenia
mieszaniny cieku z roztworem moŜemy określić objętość przepływu. Przykładowo
Masa kuli w kg
4
6
12
Współczynnik C 3,09 4,61 10,57
1 – kula,
2 – linka
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
32
rozpatrzmy jeden z najprostszych pomiarów za pomocą roztworu soli (NaCl). Roztwór soli
o znanym stęŜeniu (zawartości soli w roztworze) k wprowadzamy do cieku (rzeki)
strumieniem o stałym natęŜeniu przepływu q. Po pobraniu próbki naleŜy określić stęŜenie soli
w mieszaninie wprowadzonego roztworu z wodą cieku k
1
. Mające te dane określamy
natęŜenie przepływu w cieku ze wzoru:
−
=
s
m
k
k
k
q
Q
3
1
1
)
(
w którym:
Q – natęŜenie przepływu wody w cieku,
q – natęŜenie przepływu doprowadzanego roztworu,
k – stęŜenie roztworu soli w doprowadzanym roztworze,
k
1
– stęŜenie roztworu soli w wodzie cieku po wymieszaniu z doprowadzonym roztworem.
W podobny sposób przeprowadza się pomiary metodą kolorymetryczną. JeŜeli roztwór
jest „znakowany” barwnikiem, stęŜenie określa się przyrządami zwanymi kolorymetrami.
W metodzie izotopowej „znakowania” wprowadzanego roztworu dokonuje się przez
rozpuszczenie pierwiastka promieniotwórczego, a jego stęŜenie określa się przez pomiar
natęŜenia promieniowania.
Pomiary profilu podłuŜnego rzeki
W regulacji rzek rozróŜniamy dwa typy profilu podłuŜnego: ogólny i szczegółowy. Mogą
być w układzie: oś pionowa - rzędna zwierciadła wody, oś pozioma - km biegu rzeki.
Profil ogólny wykonuje się w celu scharakteryzowania spadków zwierciadła wody wzdłuŜ
całej rzeki i poszczególnych jej odcinków. Na podstawie profilu ogólnego ustalonego
zwierciadła wody moŜemy określać rzędne w pewnych charakterystycznych punktach (ujście
rzek, ujęcie wód), oraz spadki między punktami załomu.
Pomiary wysokościowe (niwelacyjne) wykonuje się w okresie niskich (ustalonych mało
zmiennych) stanów wody.
W profilu szczegółowym oprócz zwierciadła wody niskiej (w dniu niwelacji) podaje się
zwierciadło wody najwyŜszej według śladów (przynajmniej w pewnych punktach w obrębie
wodowskazów, mostów, jazów itp.). W profilu szczegółowym równieŜ nanosi się rzędne dna
w nurcie, brzegów i korony wałów (o ile dolina jest obwałowana) oraz rzędne dolnych
konstrukcji mostów, usytuowanie jazów, progów, śluz, przepustów, a takŜe rzędne zer
wodowskazów, ujść dopływów ujęć wodnych itp.
Roboty regulacyjne z reguły powodują pewne skrócenie trasy naturalnej, dlatego teŜ
często profil szczegółowy jest profilem biegu skróconego i nosi nazwę profilu trasy
regulacyjnej.
W projektach budownictwa wodnego przyjmuje się, Ŝe profil podłuŜny przebiega od lewej
(źródła) ku prawej (ujście) stronie rysunku; kilometruje się natomiast rzeki od ujścia (0 km)
w górę.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
33
Rys. 31. Profil podłuŜny koryta rzeki [1, s. 39]
Pomiary poprzeczne koryt rzecznych
Jak wiadomo, kształt przekrojów poprzecznych rzeki związany jest z jej układem
poziomym. Dlatego teŜ liczba i rozmieszczenie przekrojów poprzecznych wzdłuŜ biegu rzeki
zaleŜne są od charakteru rzeki i jej rozwinięcia. Zwykle im rzeka jest węŜsza, tym gęściej
muszą być rozmieszczone przekroje. Zaleca się, aby w obrębie jednego stanowiska rzeki
wykonane były przynajmniej cztery przekroje, w tym jeden przekrój obejmujący cały teren
zalewowy, przez który płyną wielkie wody.
Rys. 32. Rozmieszczenie przekrojów poprzecznych [1, s. 40]
KaŜdy przekrój „poprzeczny powinien być zaopatrzony w opis podający: nr przekroju, km
biegu rzeki, a takŜe stan wody, przy jakim wykonano pomiar przekroju wg notowań na
najbliŜszym wodowskazie wraz z datą wykonania odczytu stanu wody.
Wielkości charakteryzujące kształt przekrojów poprzecznych koryt rzek noszą nazwę miar
kształtu. Do najprostszych z nich zaliczamy: średnią głębokość, maksymalną głębokość oraz
szerokość zwierciadła wody przy stanach regulacyjnych.
Rys. 33. Przekrój trapezowy koryta rzeki [1, s. 46]
B – szerokość zwierciadła,
h
śr
– głębokość średnia,
h
max
– głębokość maksymalna
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
34
4.3.2. Pytania sprawdzające:
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczenia.
1.
Jakie są sposoby pomiaru prędkości wód?
2.
Do czego słuŜą młynki hydrometryczne?
3.
W jaki sposób wykonuje się pomiary stanu wód?
4.
Jakie wielkości charakteryzują przekroje poprzeczne i pionowe koryt rzek?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Odczytaj wysokość zwierciadła wody na łacie wodowskazowej w najbliŜszym znanym
punkcie pomiarowym.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
odszukać stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
2)
dokonać odczytu „ na oko” okiem nieuzbrojonym, ewentualnie przy uŜyciu lornetki,
3)
stosować przepisy bhp,
4)
zaprezentować wykonane ćwiczenie,
5)
dokonać oceny wykonanego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
stanowisko pomiarowe stanu wody z łatą wodowskazową,
–
lornetka,
–
kartka papieru,
–
ołówek,
–
instrukcje bhp,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 2
Wykonaj pomiar prędkości przepływu wody młynkiem hydrometrycznym.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1)
przeanalizować
zasady
wykonywania
pomiarów
prędkości
wody
młynkiem
hydrometrycznym (materiał nauczania rozdz. 4.3.1),
2)
pobrać narzędzia do wykonania pomiaru,
3)
zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia,
4)
unieruchomić kołowrotek z linką w miejscu pomiaru,
5)
zawiesić młynek do linki kołowrotka,
6)
opuścić młynek do wody,
7)
stoperem dokonać pomiarów czasu między sygnałami młynka,
8)
obliczyć prędkość przepływu wody,
9)
dokonać oceny wykonanego ćwiczenia.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
35
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
kołowrotek z linką,
–
młynek hydrometryczny,
–
stoper,
–
przybory do pisania,
–
instrukcje bhp,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
Ćwiczenie 3
Wypisz nazwy danych na podanym rysunku profilu podłuŜnego trasy regulacyjnej rzeki.
Sposób wykonania ćwiczenia
Nauczyciel przedstawi Ci rysunek profilu trasy regulacyjnej rzeki, na którym będą
wypisane dane. Twoim zadaniem jest nazwanie poszczególnych danych na tym rysunku.
Swoją pracę przedstaw nauczycielowi oraz kolegom z grupy.
Aby wykonać ćwiczenie powinieneś:
1)
wpisać nazwy poszczególnych danych na rysunku,
2)
przedstawić pracę nauczycielowi.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
–
rysunki profilu trasy regulacyjnej rzeki,
–
przybory do pisania,
–
arkusze papieru,
–
literatura z rozdziału 6 poradnika dla ucznia.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak
Nie
1)
odczytać wysokość zwierciadła wody na łacie wodowskazowej?
2)
wykonać
pomiar
prędkości
przepływu
wody
młynkiem
hydrometrycznym?
3)
wypisać nazwy danych na rysunku profilu podłuŜnego trasy
regulacyjnej rzeki?
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
36
5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1.
Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.
2.
Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.
Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.
Test zawiera 20 zadań o róŜnym stopniu trudności. Są to zadania: otwarte, z luką
i wielokrotnego wyboru, prawda – fałsz.
5.
Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej
rubryce znak X lub wpisując prawidłową odpowiedź. W przypadku pomyłki naleŜy
błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź
prawidłową.
6.
Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7.
Kiedy udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny.
8.
Na rozwiązanie testu masz 30 minut.
Powodzenia !
ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH
1.
Punkty w terenie stabilizuje się w sposób chwilowy za pomocą
a)
słupów betonowych.
b)
pali drewnianych.
c)
rurek Ŝeliwnych.
d)
tyczek mierniczych.
2.
Tyczenie odcinków moŜna wykonać „na oko” przy długościach nie przekraczających
a)
100 m.
b)
200 m.
c)
300 m.
d)
400 m.
3.
Elementarnym instrumentem do pomiarów liniowych jest
a)
teodolit.
b)
niwelator.
c)
taśma miernicza.
d)
węgielnica pryzmatyczna.
4.
Aby wytyczyć niewidoczne punkty odcinka w terenie dostępnym potrzeba
a)
1 pomiarowego.
b)
2 pomiarowych.
c)
3 pomiarowych.
d)
4 pomiarowych.
5.
Hektometr to
a)
10 m.
b)
100 m.
c)
1000 m.
d)
10000 m.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
37
6.
Węgielnica słuŜy do
a)
wyznaczania kąta prostego w terenie.
b)
pomiaru odległości.
c)
tyczenia prostych w terenie.
d)
pomiarów niwelacyjnych.
7.
Do pomiarów bardzo krótkich odległości, np. spękań stosuje się
a)
ruletki.
b)
szczelinomierze.
c)
pionowniki.
d)
dalmierze.
8.
Niwelator jest instrumentem geodezyjnym przeznaczonym głównie do pomiarów
a)
wysokościowych.
b)
kątów poziomych.
c)
odległości między punktami.
d)
połoŜenia w stosunku do stron świata.
9.
Rysunek przedstawia
a)
pomiar długości odcinka.
b)
pomiar niwelacyjny metodą „ze środka”.
c)
tyczenie linii prostej.
d)
pomiar niwelacyjny metodą „w przód”.
10.
Stanem wody w cieku lub zbiorniku nazywamy
a.
poziom wody nad poziomem morza.
b.
stan zanieczyszczenia wody.
c.
objętość przepływu wody w cieku.
d.
poziom wzniesienia zwierciadła wody w miejscu pomiaru.
11.
Trójkąt egipski to trójkąt o stosunku boków
a)
1:2:3.
b)
2:3:4.
c)
3:4:5.
d)
4:5:6.
12.
Do pomiaru wartości kątów pionowych i poziomych w terenie uŜywa się urządzeń
kątomierczych zwanych
a)
teodolitami.
b)
niwelatorami.
c)
dalmierzami.
d)
pionownikami.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
38
13.
Odczyty na łacie wodowskazowej dokonywane są z dokładnością do
a)
0,5 cm.
b)
1,0 cm.
c)
1,5 cm.
d)
2,0 cm.
14.
Radian jest kątem płaskim o wierzchołku w środku pola, wycinającym z obwodu koła łuk
o długości równej
a)
1 promieniowi.
b)
2 promieniom.
c)
3 promieniom.
d)
4 promieniom.
15.
Dokładność prac wykonywanych węgielnicami wynosi
a)
1
÷ 2 minut kątowych.
b)
2
÷ 3 minut kątowych.
c)
3
÷ 4 minut kątowych.
d)
4
÷ 5 minut kątowych.
16.
Rysunek przedstawia
a)
pionowniki optyczne.
b)
teodolity.
c)
niwelatory.
d)
dalmierze.
17.
Zera wodowskazów ustalone są na tyle wysoko, aby odczyty w centymetrach wyraŜone
były co najwyŜej liczbami
a)
dwucyfrowymi.
b)
trzycyfrowymi.
c)
czterocyfrowymi.
d)
pięciocyfrowymi.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
39
18.
Rysunek przedstawia schemat
a)
wodowskazu optycznego.
b)
wodowskazu skarpowego.
c)
wodowskazu łatowego sprzęŜonego.
d)
przyrządu talerzykowego.
19.
Na młynka hydrometrycznego numerem 5 oznaczono
a)
spręŜynę kontaktową.
b)
kółka zębate.
c)
obwód elektryczny z baterią i dzwonkiem.
d)
skrzydełka.
20.
Podziałki z blachy aluminiowej na łatach wodowskazowych wycięte w formie tabliczek
mają wysokość
a)
5 cm.
b)
10 cm.
c)
15 cm.
d)
20 cm.
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
40
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko:……………………………………………………..
Wykonywanie pomiarów związanych robotami hydrotechnicznymi
Zakreśl poprawną odpowiedź.
Nr
zadania
Odpowiedzi
Punktacja
1.
a
b
c
b
2.
a
b
c
d
3.
a
b
c
d
4.
a
b
c
d
5.
a
b
c
d
6.
a
b
c
d
7.
a
b
c
d
8.
a
b
c
d
9.
a
b
c
d
10.
a
b
c
d
11.
a
b
c
d
12.
a
b
c
d
13.
a
b
c
d
14.
a
b
c
d
15.
a
b
c
d
16.
a
b
c
d
17.
a
b
c
d
18.
a
b
c
d
19.
a
b
c
d
20.
a
b
c
d
Razem:
„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
41
6. LITERATURA
1.
Ciepielowski A, Kiciński T.: Budownictwo wodne. Cz. 1. WSiP, Warszawa 1990
2.
Czetwertyński E, Szuster A.: Hydrologia i hydraulika. WSiP, Warszawa 1978
3.
Europejskie podstawy budownictwa. Basicon, 2005
4.
Kettler K.: Murarstwo. REA, Warszawa 2002
5.
Mielczarek Z.: Nowoczesne konstrukcje w budownictwie ogólnym. Arkady, Warszawa
2003
6.
Popek M, Wapińska B.: Planowanie elementów środowiska. Cz. 1. WSiP, Warszawa
2004
7.
Poradnik majstra budowlanego. Arkady, Warszawa 2003
8.
Technologia budownictwa. WSiP, Warszawa 1989