1590

–ость прогноза следует считать тем выше:

–чем надежнее исходные планы и их совмещение;

–чем подробнее освещен русловыми съемками предыдущий ход развития излучины;

–чем меньше вариации интенсивности планового перемещения излучины за период совмещения съемок и прогнозируемый период;

–чем продолжительнее по сравнению с периодом колебаний водности срок прогноза и промежутки времени между следующими друг за другом исходными русловыми съемками.

Более надёжную информацию о величине обрушения берега и движений оползней дают стационарные наблюдения. Для этого необходимо иметь опорные репера. Для их установки выбирают места легко доступные, с хорошей видимостью, расположенные на устойчивых участках. При размещении опорных реперов следует также учитывать будущую схему наблюдений, в частности, предварительно назначить расположение створов, определить, где должны находиться оползневые знаки, чтобы обеспечить надлежащие условия видимости и т.д. При организации геодезических работ необходимо стремиться к минимальным затратам средств, сил и времени.

Измерения плановой береговой деформации выполняются способами створных измерений, отдельных направлений и засечек, микротриангуляции, полигонометрии и теодолитно–дальномерных ходов, стереофотограмметрической съёмки. Используя способ створных измерений, наблюдаемые точки располагаются в створе двух опорных реперов. Обычно вдоль створа располагают ось абсцисс, тогда измеряемые настворности будут ординатами. Измеряя угловые отклонения от створа каждой из наблюдаемых точек, по

вычисленным угловым отклонениям βi и расстояниям li до этих то-

чек определяют линейные величины поперечных смещений [23]:

Так как при образовании створа стремятся наблюдаемые точки расположить в плане по одной прямой, допуская отклонение не более нескольких сантиметров, то при измерении расстояний между ними даже простой лентой влияние ошибки этого измерения на точность настворности будет выражаться в сотых долях миллиметра

20

и ею можно пренебречь, вычисляя среднюю квадратическую ошибку по формуле

Способ направлений используется при отсутствии возможности закрепления створа и когда число наблюдаемых точек невелико – три – пять.

Величина сдвига d наблюдаемой точки с каждого опорного пункта определяется по расстоянию и измерению ориентированного направления

где l – расстояние от опорного знака до наблюдаемой точки ;

– изменение направления на наблюдаемую точку между циклами измерения.

Микротриангуляцию и угловые засечки большей частью используют для определения деформации в пересеченной местности.

Средняя квадратическая ошибка md подсчитывается по форму-

ординат.

При работе в стесненных условиях иногда целесообразно горизонтальные деформации определять из повторных полигонометрических измерений.

Поперечная ошибка в середине хода с координатной привязкой определяется по формуле

При измерении примычных углов на конечных пунктах поперечная ошибка в середине хода, уравненного за координатные и азимутальные условия, равна

21

где t – время наблюдений, выраженное в годах.

При расчете временного интервала между циклами наблюдений можно воспользоваться формулой (1.12).

Оценку точности наблюдений рассчитываем по формуле

где mhст – средняя квадратическая ошибка измеренного превышения

на станции;

n – общее число станций в ходе или полигоне.

По формуле (1.13) можно определить класс нивелирования для определения вертикальных смещений в зависимости от заданной точности определения смещения и схемы сети.

Изучение деформации берегов в местах водосборов, водовыпусков и там, где инженерные сооружения расположены вблизи реки, является не временным мероприятием, а важнейшей государственной задачей, направленной на сохранение и правильную эксплуатацию этих сооружений. Успешное ее решение должно базироваться на четком инженерно-экономическом расчете, чему во многом способствуют приемы и методы геодезии.

1.4. Определение высотной деформации береговых склонов

Формирование склонов определяется перемещением веществ литосферы вследствие действия составляющей силы тяжести. На склонах развертывается деятельность и других экзогенных агентов рельефообразования – действие ветра. В связи с этим мы хотим обратить внимание на одно интересное явление – аномально высокое положение бровки правого коренного берега р.Иртыша, что имеет существенное значение при прогнозировании устойчивости и оказывает определенное влияние на развитие овражной сети и обрушение коренного берега.

Прииртышное поднятие, которое отделяет Обь-Иртышское междуречье от долины Иртыша, коротким и пологим склоном обращено к р. Иртышу. Для района севернее г. Омска бровка коренного

23

берега характеризуется отметками 106 – 108 м. В трех километрах от берега высота возрастает до 125 м. Высокий берег возвышается над меженным уровнем реки на 25 – 60 м.

На фоне общего уклона поверхности к Иртышу удивительным и неожиданным является изменение направления уклона, появление обратного уклона и, как следствие, возвышение бровки над прилегающим склоном (рис.1.2), превышение бровки не велико и редко достигает 0,6 м, и этот “бруствер” узкой полосой шириной 50 м тянется вдоль берега на значительное расстояние [3].

Возвышение бровки бывает заметным и на глаз.

С целью проверки указанного явления от с.Чернолучье до с. Бещаула были построены 25 нивелирных профилей отрезками длиной по 50 м.

Судя по общему уклону рельефа к Иртышу и учитывая экзогенные процессы, проявляющиеся на склонах, можно было бы ожидать по профилям господство отрицательных превышений. В действительности, в двадцати случаях проявилось влияние “бруствера”, превышения оказались положительными, и только в пяти случаях сохранилось влияние общего уклона местности.

Общая сумма положительных превышений +4232 мм. Общая сумма отрицательных превышений – 132 мм. Средняя высота “бруствера” из положительных превышений +212 мм.

Пока не удалось подметить закономерных связей и конкретной зависимости величины “бруствера” от элементов физикогеографической среды. Высокой бровке сопутствуют крутые и пологие берега, открытые и заросшие лесом участки, имеющие циркообразную или прямолинейную форму. В какой объем и в каком виде проявляется влияние каждого аргумента еще не известно. По физи- ко-географическим условиям береговой полосы мы еще не можем предсказать и рассчитать превышение бровки. Однако имеется возможность дать вполне убедительное объяснение причины возникновения аномально высокой бровки.

Для Омского Прииртышья характерно господство западных ветров, в общем перпендикулярных долине Иртыша. Собранные нами данные за ряд лет для различных пунктов показывают господство ветров западного направления: направление ЮЗ и СЗ составляют почти 60 %.

24

Нами подмечено, что и ветры, дующие под острым углом к берегу, встречая вертикальную стену обрыва, в пределах бровки меняют направление на перпендикулярное.

Находясь на высоком берегу, чаще всего наблюдаешь ветер, дующий с Иртыша. Дневное нагревание воздуха на обращенных к солнцу склонах вызывает местные ветры, аналогичные бризам. На краю обрыва сила ветра всегда больше. В удалении 5–10 м от бровки ветер заметно слабеет.

Большая скорость господствующих ветров при сухости поверхности и наличии рыхлой породы приводит к захвату ветром материала со склонов. С вертикальной стенки обнаженный материал выдувается и отлагается на поверхности бровки. Растительность, даже низкие травы, сильно снижают скорость ветра, задерживают поступающий рыхлый материал и аккумулируют его среди травяной растительности. Так, на бровке намечаются параллельные берегу гряды, пологий склон которых обращен по ветру.

Развеивание приводит к тому, что часто на Иртыше в обнажениях под слоем суглинка встречаются погребенные слои почвы темно-серого цвета. Так, в Бещауле на большом протяжении хорошо прослеживается под слоем суглинков мощностью около 1м слой почвы мощностью 0,5 м. Контакты этих слоев отчетливо выражены. Горизонтально залегающий погребенный слой почвы мы наблюдали и южнее Омска на окраине с. Соленое. Здесь мощность наносов снижается заметно и “на глаз” от 0,4 м на бровке до 0,2 м на расстоянии 20 м от нее. Все эти геологические образования связаны с эоловыми процессами.

Ниже с.Пяторыжское р.Иртыша подмывает правый берег, и бровка возвышается на 1 м над прилегающим склоном. Во многих местах хорошо прослеживаются погребенные почвы. Выше с. Ольховка во многих местах наблюдается высокая бровка и почвы, погребенные над более светлыми породами.

Можно считать, что геологические образования, связанные с эоловыми процессами, наблюдаются на коренном берегу Иртыша в той или иной мере повсеместно. Поступление эолового материала не всегда приводит к возвышению бровки над прилегающим участком склона к Иртышу. Так, в с. Пустынное мы встречаем погребенные почвы при ровной или даже наклонной к Иртышу площадке коренного берега.

25

Поступление нового материала на бровку начинается сразу же после обрушения берега и заканчивается после закрепления склонов растительностью. Естественно, не во всех случаях эоловые процессы приводят к образованию положительной бровки. В иных случаях они только выравнивают, “смягчают” уклон к Иртышу.

Прибрежный рельеф склона сложен. Встречаются участки с резко выраженным уклоном к реке, имеются даже куполообразные формы, где подъем бровки мог и не появиться. Поэтому при построении профилей мы старались выбирать участки ровные, и направленность уклона определялась уверенно только при помощи нивелира. Нужно считаться и с тем, что к моменту наблюдений именно в данном месте высокая бровка могла обрушиться. Поэтому появление в ряде наблюдений отрицательных превышений бровки вполне объяснимо. Наблюдаемые случаи захоронения почвы отвечают обстановке наиболее усиленной и продуктивной ветровой деятельности.

Имеется возможность в первом приближении решить задачу о скорости накопления материала на бровке, зависящей от многих причин, но во всяком случае основным аргументом является время. Так, в с. Серебряное, как известно, катастрофический обвал произошел 129 лет тому назад, в 1878 г. Во время обвала высокая бровка обрушилась. К настоящему времени на склонах под слоем суглинка 0,26 м виден слой почвы. Среднее значение слоя суглинка, деленное на количество лет, прошедших после обрушения, дает скорость накопления материала или скорость роста бровки, равную 2мм в год. Очевидно, можно решать и обратную задачу, т.е. определять возраст склона, равный частному от деления высоты слоя суглинка над почвой, на годовую скорость роста бровки. Исходя из этого, можно считать, что некоторые современные склоны коренного берега Иртыша имеют возраст несколько сотен лет. Склоны обрывистые и незадернованные могут предоставить много материала для образования высокой бровки, но эти склоны сравнительно молодые, и время для формирования бровки было ограниченным. Одновременно постоянный процесс обрушения может сокращать площади именно в той части, где бровка могла быть наиболее высокой. Если склоны залесенные, они более древние и в распоряжении эоловых процессов было больше времени для образования положительной бровки. Склоны с высокой бровкой более старые. Абсолютно “мертвых”, не изменяющихся склонов нет. Положительная

26

бровка как элемент рельефа свидетельствует о длительности времени, в течение которого не наблюдались обвалы, о пассивности процессов обрушения за определенный отрезок времени.

Представляется возможность прогнозирования устойчивости коренного берега Иртыша. Бесспорно, высокие обрывистые берега опасны для размещения здесь строительных объектов, вследствие влияния составляющей силы тяжести по наибольшему уклону поверхности. Но сам по себе уклон еще не определяет опасность. Наличие уклона еще недостаточно, чтобы началось движение. Известно, что сухие крутые склоны развиваются очень медленно. Особое значение имеет увлажненность грунта. При избыточном увлажнении темпы движения изменяются в сотни раз.

В оценке устойчивости коренного берега имеет значение и его форма. Если берег имеет циркообразную форму, то следовательно, он уже прошел стадию разрушения. Прямолинейный берег только созревает для оползневых явлений.

Опасным по устойчивости являются и участки с аномально высокой бровкой, оказывающей определенное влияние на ход экзогенных процессов. Аномальное высокое положение бровки обуславливает сток поверхностных вод в сторону, противоположную Иртышу, и вызывает здесь повышенную увлажненность. Поверхностные воды, стекающие по общему уклону к Иртышу, встречая обратный уклон, также задерживаются здесь, создавая формы западин и отстойники, избыточно увлажняя территорию. Высокая бровка говорит о значительном возрасте склона и, следовательно, о возможном накоплении потенциальной энергии, способствующей обрушению.

Ширина высокой бровки обычно находится в пределах 50 м, следовательно, повышенная увлажненность затрагивает такую же зону. Можно предполагать, что катастрофические обвалы и оползни коренного берега могут захватывать полосу такой же ширины.

1.5. Определение точности нивелирования при гидрологических изысканиях

Точность нивелирных работ регламентирует основную стоимость геодезического обеспечения гидрологических изысканий и поэтому заслуживает особого внимания. Наибольшая точность нивелирных работ при гидрологических изысканиях, особенно на равнинных реках, требуется для определения уклонов водотока.

27

Для определения уклонов водотока производят однодневную связку, т.е. нивелирование водной поверхности реки с определением высот в точках изменения уклонов (на перекатах и плесах) с установкой урезных кольев по возможности одновременно на всем исследуемом участке реки. Для этого сначала прокладывают магистральный нивелирный ход, закладывая реперы вблизи намеченных точек однодневной связки. Затем от этих реперов прокладывают рабочие нивелирные ходы с передачей высот на точки однодневной связки (ТОС). Рассмотрим вопрос о необходимой точности нивелирных работ для определения продольных уклонов водотока, используемых в гидрологических расчетах по формуле Шези. Этот вопрос, особенно для изысканий на реках, несмотря на наличие исследований, изучен, можно сказать, недостаточно. Наиболее полно он исследован проф. Г.Ф.Глотовым в работе [19], где в результате анализа устанавливается допустимая относительная средняя квадратическая ошибка определения уклона в 7,3 % и приводится таблица необходимой точности магистральных и рабочих ходов.

Рис.1.2 Схема нивелирных ходов на участке между соседними ТОС:А и В – реперы магистрального хода;

L – расстояние между ними; l1 и l2 – длины рабочих ходов; S – расстояние между ТОС по фарватеру

Г.Ф.Глотов при установлении точности магистральных ходов влияние ошибок магистрального хода на точность уклона принимает равным 3,6 %, т.е. в два раза меньше установленной общей ошибки, полагая, что рабочие ходы будут прокладываться нивелированием классом ниже и влияние их ошибок будет в два раза

28

больше. Такой ступенчатый подход к геодезическим сетям с коэффициентом влияния, равным 2, как правило, вызывает резкое повышение точности измерений на высших ступенях. Он также создает необоснованный запас точности, если суммарная длина рабочих ходов будет меньше длины магистрального хода. Подобный подход нельзя считать рациональным, особенно для равнинных рек, где он может вызвать необходимость нивелирования I и II классов.

При установлении допусков, приведенных в работе [19] и рекомендациях [23], участок реки в 1 км принимается за стандарт. Фактические же расстояния между ТОС могут значительно отличаться от 1 км. Поскольку ошибка превышения в нивелирном ходе возрастает пропорционально корню квадратному из расстояния (имеется в виду случайная ошибка), а превышение между ТОС пропорционально расстоянию, подобные допуски нельзя рекомендовать для расчета необходимой точности магистральных ходов, если S 1 км: при S > 1 км они будут завышать точность в Sкм ,а при S< 1 км –

занижать в Sкм .

Необходимую точность нивелирных ходов предлагаем рассчитывать по формулам (1.16), (1.17) или (1.18), (1.19), полученным с учетом известных выражений (1.14), (1.15) и рис.1.2 [29].

где mh – средняя квадратическая ошибка определения падения водной поверхности реки;

29