Предлагаемая методика может быть использована для измерения максимальных значений скоростей (за период между наблюдениями) как постоянных, так и временных водотоков пещер.

В качестве исходного материала для получения рабочих фракций лучше всего использовать водно-механические отложения данной карстовой полости. Это позволит в дальнейших наблюдениях пещерных водно-механических отложений уверенно использовать полученные результаты для определения максимальных значений скоростей водных потоков на любом другом участке пещеры. Ведь физико-механические свойства, минералогический и гранулометрический состав отложений играют не последнюю роль в процессах размыва, транспортировки и отложения нерастворимого минерального материала.

Исходный материал с помощью стандартных сит сортируется по фракциям в соответствии с общепринятой в практической геологии классификацией. Мы в своих исследованиях использовали следующую шкалу фракций:

После получения необходимого количества рабочего материала необходимо заняться оборудованием водомерных постов, где устанавливаются водомерные рейки с фиксатором максимального уровня подтопления и площадки смыва.

Площадка смыва – это жёстко закреплённая горизонтальная пластина (10см х 20см) из гладкого пластика. Материал каждой фракции (не все, но несколько фракций – в соответствии с ожидаемым порядком скоростей) насыпается на площадку небольшими кучками в ряд – перпендикулярно оси хода. После прохождения паводковой волны площадка осматривается и описывается состояние фракций в ней. (Например: смыты полностью фракции 5,6; 4,7 – размыты; 1,2,3 – без изменений).

Получив подобную информацию, можно легко определить максимальную скорость потока в данной точке, пользуясь известной диаграммой ("Путешествия под землёй" – 1981г. – В.Н.Дублянский, В.В.Илюхин). При этом следует учитывать то, что частицы фракций на площадке смыва лежат менее плотно, чем в реальных пещерных условиях, и для их размыва, естественно, требуется меньшая энергия потока.

Если расположить несколько площадок смыва одну над другой (в виде "этажерки"), то можно получить сразу несколько замеров максимальных скоростей на разных уровнях подтопления (для временных водотоков) или на разных глубинах (для постоянных).

"Этажерка" с тремя площадками смыва в зале Платформа пещеры Кулогорская-2. Фото: Н.Франц, апрель 1986 г.

Далее, зная площади сечения потока для каждого уровня подтопления (для чего необходимо предварительно сделать точную съёмку сечения хода пещеры в створе водомерного поста), не составит большого труда определить максимальные значения расходов водотока для каждого уровня. Несколько площадок смыва в сечении постоянного водотока позволят определить "среднюю максимальную" скорость течения воды за период между наблюдениями, и, соответственно, максимальный расход водотока. Это особенно интересно для паводков, когда невозможно произвести непосредственные наблюдения и измерения по традиционным методикам.

Ещё одним отличием предлагаемой методики от общепринятой (по характеру и состоянию водно-механических отложений участка) является то, что она позволяет определять максимальные значения скоростей в любой точке сечения водного потока, а не только в его придонной части.

Использованный нами набор рабочих фракций позволяет определять скорости потоков в пределах от 0,1 до 3,0 м/сек. Возможны и другие варианты шкалы фракций – в соответствии с реальными условиями конкретных карстовых полостей.

Изложенная выше методика основана на процессе водной эрозии (размыва) рабочего материала. Можно также определять скорость водного потока, опираясь на процессы транспортировки и отложения взвешенных частиц. Для этого водомерный пост оборудуется специальными ловушками. Ловушка для частиц, выпадающих в осадок, - это пластмассовая пластина (площадь – 1кв. дм), устанавливаемая в придонной части сечения, на которой аккумулируется весь нерастворимый осадок, выпавший из потока за время между наблюдениями. Тщательно собрав осадок и произведя необходимые анализы, можно получить данные, как о гидродинамическом режиме водотока, так и о процессе осадконакопления.

Ловушка для взвешенных частиц, транспортируемых потоком (транзит), может быть устроена несколько иначе: горизонтальная площадка перегораживается в средней части (перпендикулярно направлению течения) вертикальной "перегородкой" (Н = 2-3 см) – для создания турбулентных завихрений и "зоны покоя" в водном потоке. За перегородкой будут аккумулироваться транспортируемые частицы. Собрав выпавший осадок и сделав анализы, получим данные для расчёта максимальной скорости водотока. Ловушки могут быть установлены в любой точке створного сечения водотока, что позволит получить детальную картину распределения скоростей в этом сечении.

Измерения интенсивности испарения

Хроника спелеоисследований в 2005 г