Усі книги і методички

вертикали от поверхности до дна, выраженную в единицах длины. Нижняя граница слоя воды — речное дно — достаточно стабильна, а верхняя непрерывно перемещается по вертикали под воздействием различных причин. Следовательно, глубины, измеренные в одной и той же точке реки, но в различное время, не будут равны друг другу. Какие же из этих глубин следует помещать на карте? Очевидно, для этой цели необходимо условиться о положении некоторой воображаемой уровенной поверхности, служащей постоянным началом отсчета.

При производстве гидрографических работ на море за такую поверхность принимают средний многолетний уровень моря или наинизший теоретический уровень (см. § 16), а высотное положение мгновенного уровня фиксируют с помощью заранее развернутой системы уровенных постов. Разность высот мгновенного уровня и нуля глубин представляет собой поправку, с помощью которой глубины, измеренные в различное время, приводятся к единой системе отсчета.

В такой общей формулировке отыскание поправок глубин для приведения их к установленной отсчетной поверхности нуля глубин свойственно и съемке на реках. Однако несмотря на общность задач приведения глубин к уровню, их решение на реках требует отыскания специфических приемов, что связано с геоморфологическими и гидрологическими особенностями рек.

Особенности эти следующие:

1) в отличие от уровенной поверхности моря, которая в спокойном состоянии во всех своих точках нормальна к отвесной линии, уровенная поверхность реки всегда наклонена и поэтому нормаль к ней везде составляет некоторый непостоянный угол с линией отвеса. Уклон уровенной поверхности реки связан с непрерывным снижением речной долины от истоков к устью, изменяется от участка к участку, а иногда различен даже на противоположных берегах.

Уклон i русла реки определяется по формуле

где h — разность высот двух смежных точек;

S — длина участка реки между этими точками.

Уклон выражается в метрах на километр или в промилле (о/оо)-Так например, Обь имеет средний уклон 0,04; Волга 0,07; Амур 0,11; Енисей 0,37; Кубань 1,46; Терек

4,77о/оо;

2)уровень реки вообще и уклон уровня в частности претерпевают существенные изменения в различные времена года в зависимости от количества воды, поступающей в реку из питающих ее источников;

3)изменение уровня происходит обычно не одновременно по всей: длине русла и зависит от местных особенностей и условий питания реки;

4)в приустьевых участках на колебания речного уровня накладываются колебания уровня моря, приводя к заметным осложнениям уровенного режима.

Учитывая отмеченные особенности колебаний уровня на реках, рассмотрим конкретные приемы, используемые для решения основных задач установления нуля

глубин и приведения глубин к уровню при производстве съемки на реках.

2. Установление нуля глубин Поверхность уровня реки, принимаемого в качестве нуля глубин, должна

отвечать определенным требованиям, главными среди которых следует считать требования картографирования и удобства навигационного использования речных карт. По условиям картографирования нуль глубин должен быть близким к наиболее повторяющемуся уровню реки и соответствовать природным условиям. В целях навигационного использования речных карт нуль глубин должен обеспечивать безопасность плавания и обладать определенной продолжительностью стояния

Большое многообразие уровенных режимов рек не позволяет всегда выбирать такой уровень, который отвечал бы указанным требованиям. В известной степени названные требования даже противоречивы. В связи с этим в практике гидрографических работ в качестве нуля глубин принимают различные по характеру уровни, из которых в каждом конкретном случае выбирают наиболее соответствующий основным требованиям при данном гидрологическом режиме реки.

В качестве таких уровней используются:

1)проектный уровень;

2)средненизкий навигационный уровень;

3)условный уровень.

Проектный уровень задается по результатам технико-экономических расчетов при обосновании проектов улучшения судоходных условий на реке, а сведения о нем могут быть получены в организациях Министерства речного флота.

Средненизкий навигационный уровень вычисляется как средний из самых низких летних уровней за многолетний период. Он назначается на реках, которые имеют половодье в весенний период. К таким рекам относятся почти все реки европейской части СССР и Сибири за небольшим исключением.

Условный уровень назначается в тех случаях, когда над колебаниями уровня данной реки не было длительных наблюдений. В таком случае за нуль глубин принимают: средний низкий уровень за период наблюдений; самый низкий уровень, наблюдавшийся в данном году; самый низкий уровень за период работ или просто мгновенный уровень реки в период работ, зарегистрированный однодневной нивелировкой.

На устьевых участках рек неприливных морей, а также в озерах в качестве нуля глубин принимается средний многолетний уровень моря (озера). На устьевых участках рек приливных морей за нуль глубин принимается условный продольный профиль уроненной поверхности, крайними точками которого служат абсолютная отметка наинизшего теоретического уровня моря и высота уровня, принятого в качестве нуля глубин на реке у верхней границы приливного участка.

На водохранилищах в качестве нуля глубин принимается уровень наинизшей навигационной сработки.

Процесс определения высотного положения поверхности нуля глубин реки начинается с установления отсчетов нуля глубин на постоянных уровенных постах. Постоянными уровенными постами называются такие пункты постоянного наблюдения над колебаниями уровня воды в реке, которые имеют:

—длительный, не менее установленного, период наблюдений;

—надежно определенное высотное положение нуля поста;

—надежное постовое оборудование, обеспечивающее длительную сохранность нуля поста;

—устойчивое русло в районе поста.

Минимальный расчетный период для надежного установления нуля глубин на постоянных уровенных постах для рек с устойчивым гидрологическим режимом составляет 15 - 25 лет.

Обычно в качестве постоянных уровенных постов используются действующие постоянные водомерные посты ГМС и других ведомств. Они располагаются на характерных в гидрографическом отношении участках реки, а именно:

—ниже устьев крупных притоков;

—в местах непосредственно ниже и выше подпорных сооружений;

—вблизи от портов и сложных перекатов;

—на спокойных участках рек не реже чем через 150 - 200км. На каждом постоянном уровенном посту устанавливается не менее двух высотных реперов: один

— основной, закладывается с расчетом обеспечения его долговременной сохранности, другой — рабочий, располагается вблизи поста, но вне зоны затопления высокими водами. Рейки и сваи поста должны быть привязаны к реперу нивелировкой, которая повторяется не менее двух раз в год, а также в случае повреждения поста. Все уровенные посты должны быть связаны двойным нивелирным ходом с марками или реперами государственной нивелирной сети, а значит — нули таких постов имеют абсолютные высотные отметки в Балтийской системе высот.

Наблюдения за колебаниями уровня на постоянных уровенных постах ведутся ежедневно в 0, 6, 12 и 18 ч всемирного времени, а в период производства съемки в зоне действия поста или в период однодневной связки - ежечасно. Отсчеты производятся с точностью до 1см. По результатам длительного ряда наблюдений производится вычисление высоты нуля глубин на каждом постоянном уровенном посту относительно нуля поста и в системе абсолютных высот.

Установленные на постоянных уровенных постах высоты нуля глубин характеризуют положение уровенной поверхности лишь на небольших участках реки в районах постов. Сами же постоянные посты располагаются сравнительно редко и, естественно, не могут определять положение поверхности нуля глубин на всем протяжении реки. В связи с этим на период производства гидрографических работ организуются дополнительные посты, которые устанавливают на участках реки, имеющих местные особенности колебаний уровня. Обычно такие посты устанавливаются в местах:

—резкого расширения или сужения русла;

—выше и ниже значительных порогов, перекатов и разветвлений русла;

—на участках, подверженных действию ветровых сгонов и нагонов;

—на судоходных протоках;

—не реже чем через 50 - 60км на спокойных участках реки.

Период наблюдений на дополнительных уровенных постах непродолжителен, и,

следовательно, получить нуль глубин по данным непосредственных наблюдений на них не представляется возможным. Передать нуль глубин на дополнительный пост геометрическим нивелированием тоже нельзя по той простой причине, что неизвестна величина уклона реки, а отсюда и величина падения высоты уровня между постоянным и временным постами.

Таким образом, возникает новая задача - отыскание иного способа передачи нуля глубин на дополнительные уровенные посты.

3. Передача нуля глубин с постоянных на дополнительные посты Пусть на дополнительном посту произведен ряд наблюдений, синхронных с

наблюдениями на соседних, постоянных постах, расположенных выше и ниже по течению реки. Построим совмещенные графики колебаний уровня на дополнительном и постоянных постах за весь период совместных одновременных наблюдений.

Используя характерные точки кривых колебания уровня, вычертим, графики связи соответственных уровней, взяв за ординаты значения высот уровня характерных точек кривой постоянного поста, а в качестве абсцисс — значения соответствующих точек кривой дополнительного поста. При наличии устойчивой связи все точки, полученные таким путем, на графике связи сгруппируются вдоль прямой линии.

Теперь снимем с графика абсциссу такой точки на линии связи, ордината которой равна высоте нуля глубин постоянного уровенного поста. Снятый отсчет будет соответствовать высоте нуля глубин на дополнительном уровенном посту. Эта задача может быть решена также аналитически составлением уравнения регрессии по методике, изложенной в § 18.

Если разность высот нулей глубин дополнительного поста, определенных указанным способом по верхнему и нижнему постоянным постам, не превышает 10см, то за окончательное значение принимают среднее арифметическое. В противном случае в качестве нуля глубин дополнительного поста принимают значение, полученное по графику одного поста, имеющего более надежную связь.

Надежность связи обусловливается отсутствием между постами крупных притоков, подпоров воды и других факторов, влияющих на гидрологический режим. Очень ненадежна связь в устьевых участках рек, где имеют место сложные колебания уровня, зависящие от изменения расходов воды, приливов, ветрового волнения, сгоннонагонных явлений и т.д. Для таких районов соответственные уровни определяются либо из вывода средних уровней за короткий период, либо путем сравнения наблюдений при спокойном состоянии моря.

4. Определение продольного профиля нуля глубин реки Наличие постоянных и дополнительных постов не позволяет учесть все

особенности уровенного режима различных участков и правильно воссоздать продольный профиль реки, который свойствен натуре в тот момент, когда на этих постах уровень соответствует нулю глубин.

Сделаем допущение, что продольный профиль поверхности нуля глубин на реке очень близко повторяет основные черты мгновенного уровня. Очевидно, такое

допущение будет тем ближе, чем меньше разность высот мгновенного уровня и уровня, принятого за нуль глубин. На устьевых участках рек, например приливных морей, более близкой к нулю глубин будет поверхность, наблюдаемая при малой воде.

Следовательно, если бы удалось зафиксировать положение какого-•либо мгновенного уровня воды в реке, достаточно близкого к поверхности нуля глубин, то задачу определения продольного профиля реки, соответствующего нулю глубин, можно было бы решить, используя, например, способ передачи уровня с постоянных постов на дополнительные или другие приемы. Будем решать нашу задачу в два этапа: сначала отыщем способ определения мгновенного продольного профиля реки, а затем найдем способ согласования высот мгновенного профиля с принятым нулем глубин.

Первый этап состоит в производстве так называемой связки уровней. Сущность связки заключается в определении продольного профиля реки путем фиксирования ее мгновенного уровня в различных точках, расположенных по всей длине реки, с последующим нивелированием зафиксированных точек.

С этой целью в один и тот же момент на всем участке реки, где выполняются гидрографические работы, в назначенных заранее местах забивают так называемые урезовые колья вровень с мгновенным уровнем воды. Точки забивки урезовых кольев намечают в характерных местах продольного профиля, а на спокойном течении не реже чем через 3 - 5км. Вблизи этих точек заранее устанавливают береговые реперы, связав их между собой продольным нивелирным ходом.

Все урезовые колья, забитые вровень с мгновенным уровнем реки, привязывают нивелированием к ближайшему реперу продольного нивелирного хода и получают, таким образом, мгновенный продольный профиль уровня воды в реке.

Связка уровней, при которой урезовые колья на всем участке производится в один и тот же момент, называется одновременной. Иногда участки реки, где выполняется связка уровней, имеют большое протяжение и не удается выделить такое количество исполнителей, чтобы, забивка кольев везде производилась в один и тот же момент. Тогда каждый исполнитель забивает урезовые колья в течение одного (иногда двух-трех) дней и обязательно фиксирует точное время забивки. Такая связка уровней называется однодневной. Для правильного отображения мгновенной поверхности реки в этом случае на всех основных и дополнительных постах ведутся ежечасные наблюдения, а результаты нивелирования приводятся к одному моменту.

Полученные таким образом высоты мгновенного уровня на всех точках, где забиты урезовые колья, в совокупности с отсчетами высот уровня на всех постоянных и дополнительных уровенных постах на тот же момент достаточно достоверно отображают мгновенный профиль реки на всем участке съемки.

Содержанием второго этапа является согласование высоты полученного мгновенного продольного профиля реки с нулем глубин.

Предположим, что в единый момент нивелирования уровень воды на уровенных постах А и В находился на высотах НА и НВ соответственно (рис. 81).

В связи с тем, что любой уровенный пост отражает характер изменений уровня реки лишь в некоторой ограниченной зоне, этот способ может дать надежные результаты только при наличии хорошо развитой сети постов.

Обычно же количество постоянных и дополнительных уроненных постов недостаточно для надежного определения высоты мгновенного уровня в промежуточных точках между ними. Для правильного учета колебаний уровня непосредственно в районе работ устанавливаются передвижные посты. С помощью каждого передвижного поста обслуживается участок реки протяжением в несколько километров. По окончании съемки на одном участке новый передвижной пост устанавливается на следующем. Для построения непрерывного графика колебаний уровня на весь период работ производится несколько синхронных наблюдений на старом и новом передвижных постах, и только после этого старый пост снимают.

Второй способ определения высоты мгновенного уровня заключается в непосредственном нивелировании уровенной поверхности воды в реке. С этой целью на галсах, проходящих вблизи реперов связки уровней, в момент отхода от берега забиваются в уровень с поверхностью воды урезовые колья. Затем все эти урезовые колья привязываются нивелированием к ближайшим реперам связки уровней.

6. Определение срезки глубин Все измеренные глубины необходимо исправить поправкой за разность высот

мгновенного уровня, при котором производилось измерение глубин, и уровня, принятого в качестве нуля глубин. Эта поправка получила название срезки глубин zf.

Взависимости от способа фиксирования мгновенного уровня срезку глубин вычисляют по данным наблюдений на уровенных постах или по результатам нивелирования.

Впервом случае для глубин, измеренных на галсах, расположенных в непосредственной близости от постоянных или дополнительных постов, срезка глубин вычисляется как разность отсчетов мгновенного уровня и нуля глубин. Для всех галсов, расположенных в промежутке между этими постами, срезки получают с графика колебаний уровня на передвижном посту.

Непрерывный график колебаний уровня по наблюдениям на передвижном посту строится по данным ежечасных наблюдений. По вертикальной оси графика откладывают высоты мгновенного уровня, а по горизонтальной — время наблюдений.

Вмасштабе времени на этот график наносят все галсы по мере продвижения съемки (рис. 82). На этот же график наносят постоянные и дополнительные уровенные посты, оказавшиеся на данном участке промера. Их положение на горизонтальной оси графика определяется временем отсчета уровня в момент начала ближайшего галса, а на вертикальной оси — точкой пересечения этого отсчета с кривой уровня передвижного поста. Тогда, отложив разность высот мгновенного уровня и нуля глубин каждого поста в вертикальном масштабе, получим отметку нуля глубин на непрерывном графике. Соединив прямой линией точки нулей глубин смежных уровенных постов, получим линию нуля глубин на этом графике.

Теперь величина срезки zf для любого галса может быть получена непосредственно с графика как разность ординат мгновенного уровня и нуля глубин в

тот момент, когда прокладывался этот галс (на рис. 82 для галса № 20 zf =-0,32м).

Рис. 82

Во втором случае, когда съемка сопровождается нивелированием мгновенных уровней, во всех точках, где определено положение нуля глубин, срезку получают по разности высот указанных уровней. И здесь наиболее просто и надежно срезка снимается с графиков. Такие графики строят на миллиметровой бумаге в крупном масштабе. По вертикальной оси графика откладывают высоты, а по горизонтальной — расстояния от устья реки (рис. 83).

Рис. 83

Сначала на график наносят продольный профиль нуля глубин реки, а также положение промерных галсов. Затем по результатам нивелирования наносят высоты мгновенного уровня, полученные на соответствующих галсах. Соединяя точки мгновенного уровня, получают ломаную линию, положение которой зависит от уклона реки и колебаний уровня за время съемки.

Величина срезки zf и в этом случае снимается непосредственно с графика как разность ординат мгновенного и нулевого уровней в точке, где нанесен данный галс. Срезки, снятые для галсов, где положение мгновенного уровня и уровня нуля глубин определено нивелированием, будут безошибочными. Срезки для промежуточных галсов могут содержать погрешности, если на переход с одного галса на другой будет затрачиваться различное время. Поэтому обязательным условием использования графического приема определения срезки глубин в данном случае является равномерное продвижение съемки вдоль реки.

Для приведения промера к нулю глубин на устьевых участках рек приливных морей срезки глубин определяют по мгновенным продольным профилям, построенным на каждый час. С этой целью на график наносят сначала продольный профиль нуля глубин по высотам характерных точек, полученным в процессе одновременной связки. Затем по результатам наблюдений на всех постах наносят точки, соответствующие высотам мгновенного уровня на каждый час, и получают ежечасные продольные профили мгновенного уровня (рис. 84).

Рис. 84

На этом же листе строят плановое изображение участка реки в одинаковом с графиком горизонтальном масштабе и показывают на нем расположение галсов и точек определения места. Затем переносят точки определения места на каждом галсе на график продольных профилей, интерполируя точки по времени между ближайшими ежечасными линиями вдоль вертикали, являющейся проекцией галса на график.

Срезка глубины, измеренной в момент определения места, будет равна отрезку ординаты, заключенной между линией нуля глубин и точкой определения места на данном галсе. Так, например, на рис. 84 показаны величины срезок для определения 1, 2

и 3 на галсе № 1 и для определения 2 на галсе № 2. Для глубин, измерявшихся в промежутках между точками определения места, срезки zf определяют линейным интерполированием по величине изменения срезки на участке эхограммы между смежными оперативными отметками.

Глава 16 ГИДРОГРАФИЧЕСКОЕ ТРАЛЕНИЕ. ПОИСК СОМНИТЕЛЬНЫХ

НАВИГАЦИОННЫХ ОПАСНОСТЕЙ

§ 64. ЗАДАЧИ И СРЕДСТВА ГИДРОГРАФИЧЕСКОГО ТРАЛЕНИЯ

Рассмотренные способы съемки рельефа дна, и особенно промер, даже при большой подробности, не позволяют утверждать, что в районе работ выявлены все навигационные опасности. Гарантию того, что в пределах обследованных акваторий отсутствуют навигационные опасности для кораблей с осадкой, равной или меньшей глубины обследования, дает специальное сплошное обследование акваторий.

Гидрографические работы, имеющие целью выявление навигационных опасностей в слое воды от поверхности до заданной глубины по всей обследуемой акватории, называются гидрографическим тралением. Гидрографическое траление выполняется с помощью специальных устройств, называемых гидрографическими тралами.

Гидрографическое траление осуществляется лишь в ограниченных районах, имеющих важное навигационное значение, и преследует цели:

—установить возможность безопасного плавания судов с определенной осадкой в пределах заданного района или фарватера;

—обнаружить подводные камни, банки, скалы и другие навигационные опасности;

—установить наименьшие глубины в обследуемом районе или на фарватере;

—проконтролировать качество дноуглубительных работ.

Гидрографические тралы по принципу действия являются механическими тралами, в которых обнаружение подводного препятствия происходит в результате механического задевания за препятствие в полосе движения трала. Гарантией отсутствия препятствий является свободное движение трала на заранее установленной и строго удерживаемой глубине.

Основными частями гидрографических тралов являются тралящая и футовая части. Тралящая часть служит для обнаружения подводных препятствий, футовая часть — для установки тралящей части на заданную глубину.

Важнейшим свойством трала является его чувствительность, под которой понимают способность трала отмечать наличие подводных препятствий на глубине, равной глубине траления. Чувствительность гидрографических тралов зависит от степени их жесткости.

По степени жесткости гидрографические тралы подразделяются на жесткие, полужесткие и гибкие. Жестким тралом называется устройство, в котором тралящая и