1590

ских сооружений, предотвращают размыв дна и откосов оврагов путем задержания продуктов выноса с водосборной площади. При выполаживании оврагов сохраняется расчлененность территории, теряется полезная площадь за счет увеличения оврагов в плане и ограниченной возможности использования этих территорий.

Профилактические мероприятия, предохраняющие территорию от возникновения новых оврагов, должны включать строгий надзор за состоянием овражных зон, сохранность лесов в правобережье Иртыша, запрещение распашки земель ближе 20 м от оврагов, соблюдение установленных мер при всякого рода земляных работах (строительстве дорог, каналов орошения и т. д.), обязательное включение противоэрозионных работ в инженерную подготовку территорий, отводимых под застройку, охват застроенной территории системой ливневой канализации. Наиболее доступными для массового внедрения в борьбе с эрозией являются противоэрозионные лесные насаждения.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что затраты на закрепление оврагов и освоение разрушенных ими земель окупаются быстрее, если овраги не достигли крупных размеров и если на мелиорированных землях выращивают более доходные культуры, произрастающие в данной природной зоне. При выращивании многолетних трав и полевых культур срок окупаемости затрат не превышает 8 – 10 лет, а при незначительных объемах земляных работ (до 200 м на 1 га мелиорированной площади) срок окупаемости сокращается до 2 – 3 лет. В целом закрепление оврагов, их выполаживание и засыпка, кроме чисто экономического эффекта, имеет и большое эстетическое значение.

2.7. Моделирование продольного профиля реки для изучения русловой деформации и овражной эрозии

При высотной съемке оврагов и коренного берега р. Иртыша, нам пришлось столкнуться с трудностью определения отметок съемочных точек в Балтийской системе высот. Во многих случаях реперы государственной нивелирной сети находятся на значительном расстоянии от участков съемок. Но так как участки наблюдений располагаются в непосредственной близости от реки, а р. Иртыш, в пределах Омской области, равнинная река со средним уклоном 0,00005 без резких перегибов. Все это создает благоприятные пред-

80

посылки для использования продольного профиля в качестве высотной опорной сети при съемке оврагов и коренного берега [13,32].

В нашей стране имеется опыт использования продольного профиля рек в качестве высотной основы для различных целей, при этом для вычислений отметок уровня воды применяются различные формулы.

Но использование продольного профиля рек для этих целей не получило широкого распространения, хотя наличие вычислительной техники позволяет применить все предложенные формулы.

На точность геодезического определения отметок урезов воды исходных точек при интерполяции влияют ошибки:

а) исходных данных, т.е. погрешности в отметках реперов водомерных постов или в проложении нивелирных ходов (если на водомерном посту нет репера);

б) передачи отметок через реку; в) фиксирования уровня воды;

г) измерения расстояний между исходными точками (т.е. между водомерными постами).

Но влияние этих ошибок очень незначительно, и при использовании продольного профиля для высотной съемки оврагов и берега ими можно пренебречь.

На точность же интерполяции отметок промежуточных точек урезов воды влияют:

1) соответствие принятого способа интерполяции по зависимости между отметками урезов воды и расстоянием действительному профилю реки;

2)правильный выбор исходных точек для интерполяции с учетом перегибов продольного профиля рек, вызванных геологическими и гидрологическими факторами, искусственными сооружениями и др.;

3)надежный учет колебаний уровня воды на водомерных постах при геодезических определениях отметок урезов воды;

4) величина продольного уклона реки.

Причинами перегибов продольного профиля рек и его деформации (отступление от идеального профиля) могут быть:

1)тектонические проявления, т.е. новейшие тектонические поднятия и перегибы в данном районе;

2)влияние крупных притоков, впадающих на данном участке

реки;

81

3)искусственные сооружения (плотины, дамбы и т.п.);

4)строение русла реки (наличие плесов и перекатов);

5)паводочные волны (подъемы и спады воды);

6)центробежные силы на крутых поворотах реки;

7)вращение Земли для участков реки, имеющих меридиональное направление течения;

8)боковой ветер;

9)разность атмосферного давления на противоположных бере-

гах;

10)разновременность определения отметок урезов воды.

Главными факторами, вызывающими перегибы продольных профилей рек, являются новейшие тектонические поднятия и прогибы земной коры, впадение крупных притоков и искусственные сооружения. Все остальные факторы относятся больше к точности определения отметок урезов воды, они носят случайный характер и по абсолютной величине незначительны.

Для анализа существующих формул и выработки рекомендаций по использованию продольного профиля р. Иртыша воспользуемся данными мгновенных связок, проведенных на втором участке наблюдения. На этом участке от с. Маховая Падь до с.Чернолучья была создана нивелирная сеть 3–го класса для изучения русловой деформации. Реперы этой сети, расположенные на обоих берегах реки на расстоянии 2–3 км друг от друга, использовались для проведения мгновенных связок уровня воды. Всего за четыре года было проведено 10 мгновенных связок, в результате которых были получены отметки уреза воды правого и левого берегов. Расстояние между точками мгновенных связок определялось с карты масштаба 1:25000, затем были уточнены по фотоплану масштаба 1:10000. По данным мгновенных связок построены продольные профили рек при различных уровнях воды.

Зная конечные отметки уреза воды Нн и Нк и расстояние между ними L, можно получить средний уклон на этом участке по формуле

Используя средний уклон и отметку начального уреза воды, мы можем получить отметку уреза воды на любом расстоянии от начального по формуле линейного интерполирования:

82

i iН iк .

L

Однако формула (2.49) не нашла широкого применения из-за нечетких рекомендаций по определению параметров общей кривой. Для определения параметров по отметкам трех точек требуется иметь точку строго в середине участка, а для получения уклонов в начале и конце участка проводить дополнительные полевые работы.

В формулах, предложенных В.А.Братковским, эти недостатки стремились устранить [17]:

k Lн . Lc

При вычислении по формулам (2.48), (2.49) и (2.50) продольный профиль реки имеет форму кривой, что соответствует более вероятной форме водной поверхности. Однако расчеты по формулам (2.49) и (2.50) несколько трудоемки.

Наиболее эффективным для аналитического вычисления отметок точек продольного профиля реки, как считает Н.Н.Оболенский, является способ “интерполяции уклонов” [24]. Для определения отметок точек продольного профиля все вычисления необходимо проводить в следующем порядке:

1. По отметкам точек А, В, С находим средние уклоны участков АС и СВ :

84

Полученные значения iAC и iСB представляют собой уклоны в точках, расположенных посередине между точками А и С, С и В, т.е. эти уклоны могут быть отнесены к отрезкам, которые находятся в данных точках.

2. Определяем средний уклон для всего участка АВ и относим его к отрезку, расположенному в средней его части :

3. Находим уклоны отрезков, которые расположены возле точек А и В:

Зная уклоны отрезков, находящихся в начале, конце и середине участка, путем интерполяции можем получить уклоны для каждого отрезка участка АВ. Трудностей при такой интерполяции не возникает, так как принято условие, что приращения уклонов постоянны. Имея для каждого отрезка уклон ii, находим превышения каждой точки профиля над предыдущей точкой Δh1, Δh2,…Δhn, а затем и отметки каждой из этих точек :

По этим пяти формулам высчитывали отметки точек продольного профиля и сравнивали их с отметками точек, полученных из геодезического нивелирования, которые получились в результате десяти мгновенных связок. Для интерполяции в качестве исходных точек мы брали отметки уровня воды на водомерных постах. Отметки точек, полученные из геодезического определения, принимались как безошибочные. В результате сравнения были получены следующие средние квадратические и максимальные ошибки, которые представлены в табл. 2.5. В ней также приведены данные по за-

85

трате времени на вычисление отметок по той или иной формуле, а также количество точек мгновенных связок.

В результате анализа формул для вычисления отметок уровня воды по данным водомерных постов были сделаны следующие замечания: формула линейного интерполирования при расстоянии между известными отметками уреза воды до 64 км дает среднюю квадратическую ошибку не более 10 см, при максимальной - 12 см. При увеличении этого расстояния до 92 км ошибка возрастает до 40 см, при максимальной - 59 см. При использовании данной формулы для экстраполяции отметок до 5 км средняя квадратическая ошибка не превышает 10 см, до 10 км эта ошибка возрастает до 30 см. На основе этого следует, что если линейное интерполирование использовать при расстоянии между водомерными постами не более 64 км,

аэкстраполировать не более чем на 5 км, тогда ошибки определения отметок уровня воды не превысят 10 см. В этом случае урез воды можно использовать как высотную основу при планово-высотной съемке берега реки и при изучении овражной эрозии с высотой сечения 1 м. Если высота сечения 5 м, то интерполирование до 100 км,

аэкстраполирование до 15 км.

При использовании формулы (2.48) средняя квадратическая ошибка определения отметок уреза воды равна 15 см при расстоянии между водомерными постами до 156 км. При уменьшении этого расстояния до 100 км ошибка уменьшается до 7 см, но нужно только иметь в виду, что К для Иртыша на данном участке должно быть близким к 0,0022, т.е. все вычисления отметок уреза воды вести в условной системе высот. Исходные отметки уреза воды на водомерных постах должны быть не более 20 м, т.е. их уменьшить на одну и ту же величину. При экстраполяции по этой формуле до 40 км средняя квадратическая ошибка не более 10 см, а до 100 км – 50 см.

При применении формулы (2.49) средняя квадратическая ошибка при расстоянии между исходными точками 156 км равна 55 см, при экстраполяции до 20 км равна 10 см. При расстоянии 156 км между водомерными постами средняя квадратическая ошибка вычисления отметок уреза воды по формуле (2.50) равна 58 см, при уменьшении этого расстояния до 100 км ошибка уменьшается до 15 см. При экстраполировании до 10 км ошибка не превышает 10 см.

Расчеты по формуле (2.53) показали, что при расстоянии между исходными отметками уреза воды до 156 км средняя квадратическая ошибка равна 60 см, а при расстоянии до 100 км – 18 см. Ис-

86

пользуя эту формулу для экстраполирования до 15 км, ошибка не превышает 10 см.

Опыт работы и анализ рассмотренных формул позволяют сделать следующие выводы:

1.Интерполирование высот с достаточной точностью возможно лишь на участках выработанных рек, в продольном направлении которых отсутствуют значительные перегибы. Чем более выработана река, тем реже встречаются перегибы и тем менее они ощутимы.

2.Продольные профили большинства рек Западно – Сибирской равнины могут быть использованы в качестве высотной опорной сети при сгущении для съемки рельефа с высотой сечения 1 м и более.

3.Формулу линейного интерполирования можно применять при расстоянии между водомерными постами не более 64 км для съемки с высотой сечения не менее 1 м, а при высоте сечения 5 м это расстояние может быть увеличено до 90 км.

4.При больших расстояниях между водомерными постами наиболее точные отметки получаются по формуле К.Н.Герценовой, при этом и затраты времени минимальны. Так как на изучаемом участке среднее расстояние между водомерными постами около 130 км, то эту формулу можно применять на всем протяжении для съемки с высотой сечения 1 м и более. Остальные формулы более трудоемки

идают большие погрешности.

5.В тех местах, где расстояние между водомерными постами не обеспечивает необходимую точность интерполирования, можно устанавливать временные водомерные посты, используя для этого репера государственной сети, расположенные на берегу реки.

Контрольные вопросы

1.Дайте понятие о роли оценки плановых деформаций русел при проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений на реках.

2.Расскажите о сущности способа разности площадей определения деформации рек.

3.Назовите, от чего зависят ошибки определения величины плановых деформаций.

4.Перечислите известные методы определения количественных характеристик плановых деформаций русел.

87

5.Опишите графоаналитический способ определения плановых смещений речных русел и береговых оврагов.

6.Назовите основные преимущества предложенного способа.

7.Расскажите о сущности способа съемки оврагов с помощью подвижной визирной цели.

8.Перечислите основные преимущества способа съемки оврагов с помощью подвижной визирной цели.

9.Назовите основные показатели, по которым оценивается рост оврагов.

10.Приведите формулы связи средневзвешенной глубины с максимальной и средневзвешенной ширины с максимальной.

11.Перечислите положительные факторы вычисления объема оврагов по максимальной ширине и максимальной глубине.

12.Назовите три основных типа противоэрозионных мероприятий.

13.Назовите основные факторы, влияющие на точность определения отметок урезов воды.

14.Перечислите причины перегибов продольного профиля рек.

15.Опишите способ линейного интерполирования.

16.Дайте понятие о способе, предложенном К.Н. Герценовой.

17.Расскажите о способе С.П. Альтера.

18.Назовите достоинства способа В.А. Братковского.

19.Дайте понятие о способе «интерполяции уклонов», предложенном Н.Н. Оболенским.

20.Перечислите основные выводы, которые сделаны в результате анализа существующих способов моделирования продольного профиля рек.

88

Таблица 2.5 Средние квадратические и максимальные ошибки вычисления отметок точек продольного

профиля р. Иртыша по пяти последующим формулам

89