5.5. Аэрогидрометрические работы

Учитывая исключительную ценность данных гидрометрических наблюдений на реках для разработки проектов, а также высокую стоимость этих работ и приуроченность к периоду прохождения паводков на водотоке, особую значимость при производстве гидрометрических работ приобретает применение аэрометодов [74].

Аэрофотосъемка позволяет оперативно определять скорости и направления течений, расходы воды, высоты уровней, направления судовых ходов и направления льдин. Аэрофотосъемку для получения натурных гидрометрических данных применяют на реках с шириной русла более 100 м.

Летно-съемочные гидрометрические работы выполняют в пасмурные дни с высокой сплошной облачностью. В солнечную погоду аэрогидрометрические работы целесообразно проводить утром или вечером, когда солнечные блики не попадают в объектив аэрофотокамеры (АФА).

где а – число промерныхбточекА(вертикалей) на створе наблюдений; п – общее число измеренийив период прохождения паводка.

Перед вылетом сосуды заполняют жидким индикатором и устанавливают в самолетеСли вертолете для последующего их сброса при измерениях скоростей. осудом для индикатора служит бутыль емкостью 0,75 л с пластмассовой пробкой с отверстиями по окружности на верхней ее поверхности. Чтобы индикатор беспрепятственно выходил из бутыли, она должна занять на дне вертикальное положение, для чего к нижней ее части прикрепляют балласт.

Поверхностные скорости определяют на основе измерения по перекрывающимся аэрофотоснимкам смещения мелких, плывущих по течению реки предметов (специально пущенных поплавков, льдин, пены, щепок, струй индикатора и т.д.) (рис. 5.12).

Разность расстояний (х' х) представляет собой смешение поплавков в масштабе аэрофотоснимков за интервал времени аэросъемки. Поверхностную скорость течения в данной точке речного потока определяют по формуле

167

Смещение поплавков на аэрофотоснимках под воздействием течения аналогично разности продольных параллаксов р. При стереофотограмметрическом методе измерений поверхностную скорость,

где р – разность продольных параллаксов, мм.

Определение поверхностных скоростей таким способом возможно лишь в том случае, если в зоне взаимного перекрытия аэрофотоснимков изображены оба берега реки или какие-либо опорные точки (острова, бакены, буйки и т.д.). Точность определения поверхностных скоростей при таком способе составляет ± 0,05 м/с.

Определение расходов воды с помощью аэрофотосъемки основано на работе поплавков-интеграторов, представляющих собой жидкость, которая выливается из сосудов при соприкосновении их с

168

дном. В зависимости от скорости всплытия поплавка unoд, глубины потока и средней скорости течения на вертикали поплавок появится на поверхности на расстоянии Ln от места его выпуска (рис. 5.13, а).

Элементарный расход (м2/с) на вертикали

Если соединить кривой точки выхода поплавков на поверхность воды, можно получить эпюру элементарных расходов в масштабе аэрофотоснимка (рис. 5.13, б). Общий расход в заданном сечении находят, определив площадь этой эпюры.

Летно-съемочные работы при измерении расходов воды производят в следующей последовательности:

-пролетают над створом наблюденийИи сбрасывают сосуды с жидким индикатором;

-фотографируют точки падения сосудовДна поверхность воды;

-после набора самолетом заданной высоты через 3 – 4 минуты

после сбрасывания поплавков вновь фотографируют исследуемый участок русла с тем, чтобы установитьАточки выхода индикатора.б

Рис. 5.13.СИзмерениеирасходов воды методом поплавков-интеграторов: а – траектория выхода поплавка-интегратора на поверхность;

б – эпюра элементарных расходов

Высоты уровней воды УВ устанавливают относительно репера, выбранного вблизи одного из урезов воды. Превышение между ними определяют на стереофотограмметрическом приборе. Высота уровня воды определится как

где Нрп – высота репера; hср – среднее из нескольких измерений превышение между репером и урезом воды.

169

Глубины в точках вертикалей находят при определении расходов воды поплавками-интеграторами по формуле

h 1,18 q , (5.7)

Vпов

где Vnoв – поверхностная скорость на вертикали.

5.6.Особенности гидрометеорологических изысканий

взоне вечной мерзлоты

При разработке проектов на строительство автомобильных дорог в том или ином районе зоны вечной мерзлоты следует осуществлять

иэксплуатации автомобильных дорог в этомИрайоне и других с аналогичными условиями.

Инженерно-геокриологический прогнозДпредусматривает общую оценку возможного проявления криогенных процессов, их масштабов

иинтенсивности на отдельныхАучастках проектируемых автомобильных дорог, а также расчеты ореолов оттаивания (промерзания) и величины деформаций осадкиб(пучения) в поперечном профиле дорожных конструкций.

Взоне вечной мерзлотыипроявляются мерзлотные процессы и яв-

ления:

- подземные льды разных типов; - широко Сраспространены термокарстовые образования в силь-

нольдистых грунтах; - залежи повторно-жильного и инъекционного льда.

Криогенные процессы:

- интенсивное развитие бугров пучения; - морозобойное растрескивание; - солифлюкции;

- морозобойное растрескивание, пучение, наледеобразование на реках (особенно в северо-восточной части района).

Инженерно-геокриологическая съемка – комплекс исследований территории (участков, трасс) в инженерно-геокриологическом отношении, выражающийся в изучении закономерностей формирования и распространения сезонно- и многолетне-мерзлых грунтов, их состава,

льдистости, температуры, свойств, криогенных процессов и образова- ний и прогнозе их изменения. В результате инженерно-геологическойинженерно-геокриологический прогноз с учетом опыта строительства

170

съемки составляются инженерно-геокриологические карты и разрезы. Термоэрозия – процесс разрушения многолетне-мерзлых грунтов водными потоками за счет оттаивания и выноса грунтов, оползания и

обрушения растущих эрозионных форм (промоин, борозд, оврагов).

Морозное (криогенное) пучение – процесс, вызванный промерза-

нием грунта, миграцией влаги, образованием ледяных прослоев, деформацией скелета, приводящих к увеличению объема грунта, поднятию дневной поверхности.

Солифлюкция – вязкопластичное течение сезонно оттаивающих влажных тонкодисперсных грунтов на пологих склонах.

Термокарст – процесс оттаивания льдистых грунтов, подземных льдов, сопровождающийся их осадкой и образованием отрицательных

щегося вниз по склонам под действием процессов выветривания, растрескивания, пучения, солифлюкции иДсилы тяжести.

Наледь – слоистый ледяной массив на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, образовавшийся при замерзании периодически изливающихся грунтовыхАили речных вод.

Глубина нулевых годовых колебаний температуры грунтов –

глубина, на которой температурабгрунта не изменяется в течение одного года (при заданной точности измерений ±0,1 °С).

Ландшафтнондикац онный метод съемки – метод съемки

(картирования), основанный на существовании связей между компонентами ландшафтаС(рельефом, растительностью, почвой и др.) и компонентами геокр олог ческих условий (характером распространения мерзлых грунтов, их температурой, глубиной сезонного промерзания и оттаивания и др.).

Талик (таликовая зона) – толща талых грунтов, залегающая среди многолетне-мерзлых грунтов. По взаимоотношению с толщами мно- голетне-мерзлых грунтов различают сквозные и несквозные талики, надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные талики.

Криопэги – подземные соленые воды, имеющие отрицательную температуру.

Пластовые льды – скопления льда (разного генезиса) в массиве многолетне-мерзлых грунтов (преимущественно пластовой формы).

Категории сложности инженерно-геокриологических условий –

условная классификация геологической среды по совокупности факторов инженерно-геокриологических условий, определяющих слож-

171

ность изучения исследуемой территории и выполнение различного состава и объемов изыскательских работ.

Гидрометеорологические изыскания включают в себя: сбор, анализ и обобщение данных о гидрологических и метеорологических условиях района строительства, в том числе материалов ранее выполненных изысканий; рекогносцировку и выбор мест переходов через водотоки; гидрологические и метеорологические наблюдения и исследования; работы по определению гидрографических и морфологических характеристик; установление требуемых для проектирования расчетных гидрометеорологических параметров.

Объем и состав гидрометеорологических изысканий в каждом конкретном случае устанавливаются заданием и зависят от сроков их проведения, степени изученности района, сложности объекта строи-

-инженерно-гидрометеорологическиеДИусловия в районе проложения трассы; А

-гидрологические и климатологические характеристики, необходимые для проектированияб; региональные особенности пересекаемых водотоков;

-возможные зменения г дрометеорологических условий территории и акватории.

ПредварительныйСсбор данных осуществляют в подготовительный период, при этом необход мо проанализировать и обобщить:

материалы гидрометеорологических исследований района прошлых лет;

материалы гидрологических изысканий района проложения трассы автомобильной дороги в местах пересечений с постоянными водотоками, необходимые для назначения отверстий мостов, основных размеров регуляционных сооружений, отвалов и берегоукрепительных конструкций, а также подходов к мостам;

результаты многолетних метеорологических наблюдений в районе проложения трассы (температурный режим в течение года);

направление и сила ветра по месяцам;

количество осадков;

глубину промерзания (оттаивания) грунтов;

172

даты первых и последних заморозков, первых морозов, образования и схода снежного покрова;

сведения о тумане, гололеде, снегопереносе, ледоходе, заторе русел и карчеходе.

В полевой период должны быть получены гидрологические характеристики водотоков разными методами, в том числе с помощью временных пунктов наблюдений.

Во время половодья или паводков следует определять расход, скорость и направление течения воды, уклон водной поверхности, характеристику ледохода. В беспаводочный период необходимо проводить морфометрические работы: разбивку и съемку морфометрических створов; установление уровней меженных и высоких вод, време-

ни и уровня ледостава, низкого и высокого ледохода; съемку продольного профиля (с отметками глубин рекиИ); выявление ситуационных характеристик.

При изысканиях мостовых переходовДчерез водотоки дополнительно проводят гидрологические исследования, руководствуясь наставлениями по изысканию и проектированиюА мостовых переходов, с целью выявить следующие особенности режима рек:

- прохождение паводков и ледохода поверх ледяного покрова, в частности двухлетнего; образование ледяных заторов, а также подпоров воды при таких паводках и под влиянием других факторов;

- наличие ледяныхизаторов и подпоров воды, возникающих вследствие неодновременного вскрытия рек, текущих с юга на север; - наличиеСглуб нных боковых размывов, спрямление русла и другие деформации, вызванные проходом паводка при ледяном по-

крове и наледях;

-расходы постоянных и периодически действующих водотоков в осенне-зимний период и их изменение; источники питания и их удаление от места перехода; уклоны русла и другие характеристики водотока (ширина и конфигурация русла, наличие растительности и условия снегозаносимости);

-характер прохождения весеннего паводка (при наличии русловой наледи); интенсивность разрушения наледного льда;

-образование наледей талых вод, их объем и мощность в случаях суточных или декадных переходов температуры воздуха через 0 °С;

-возможные изменения расхода воды при прохождении водотока через сооружение при строительстве и эксплуатации последнего;

173

- возможные места выхода селевых паводков в горных районах, вызванных бурным таянием снега.

При выборе мест перехода через водотоки следует избегать участков с подземными льдами, криопэгами и мест возможного образования наледей (перекаты, устьевые участки рек и притоков, места с островами и староречьями, широкие заболоченные поймы), а также излучин, так как в период паводков здесь возможно спрямление русел. Как правило, для перехода надо выбирать узкие и глубокие русла с близкимзалеганием скальныхпород, гравелистых ипесчаныхгрунтов.

Окончательный выбор места перехода осуществляют на основе материалов инженерно-геологического обследования участка с выявлением подземных льдов, таликов и криопэгов и только после реше-

подземными льдами. В виде исключения возможно их строительство

ния вопроса о возможности устройства опор приступают к подробным изысканиям. Как правило, опоры не допускаетсяИрасполагать над

стояния грунтов в их основании в процессе службы искусственного сооружения, а также на водотоках в районах с температурой вечной мерзлоты ниже –5 °С.

над подземными льдами в сухих логахДс сохранением мерзлого со-

ций не распространяются на Арайон изысканий, следует проводить специальные стац онарныеиг дрологические наблюдения в объеме, необходимом для проект рования мостовых переходов.

В случае, если на реках отсутствуют постоянные водомерные посты гидрометеорологическойбслуж ы или данные ближайших стан-

При камеральныхСработах на стадии проектирования мостовых переходов должны быть получены следующие материалы:

- расчетные расход и уровень воды, предварительный расчет отверстий моста;

- живые сечения с отметками горизонтов расчетных и меженных вод, уровней высокого ледохода, первой и высокой подвижек льда, средней и низкой меженей;

- план бассейна с основными притоками, расположением существующих мостов, плотин и водомерных постов с таблицей гидрологических и гидравлических данных;

- графики колебания уровней воды (многолетних и характерных); - продольный и поперечный профили реки с привязкой к оси пе-

рехода; - схемы существующих мостов с нанесением на них отметок го-

ризонта меженных вод и расчетного горизонта высоких вод.

174

В материалах изысканий следует выделять участки, где наледи формируются как в естественной природной обстановке, так и при ее изменении в результате строительства (места с потенциальными условиями появления наледи). К таким местам следует относить участки с подземными водами, горизонт которых стесняется при промерзании; сильно заболоченные склоны; групповые выходы подземных вод (родники); устья водотоков, особенно места слияния нескольких водотоков; водотоки с распластанными руслами, небольшими глубинами и выступающими из воды грядами галечника; перекаты со скальными выступами и валунами; порожистые участки.

При изысканиях следует различать наледи, образующиеся в естественной природной обстановке:

а) подземных вод: ключевые – питающиеся постоянно действующими источниками подземных вод (для зоны вечной мерзлоты надмерзлотными и межмерзлотными водами); грунтовые формирующиеся за счет вод, залегающих на первом от поверхности водоупорном горизонте;

Изыскания на наледных участках должны предусматривать:

- выбор наиболее рац онального проложения трассы на местности (пересечение или обход наледных участков);

- проектирование мостов, труб и земляного полотна, конструкции которых не способствуют формированию наледей;

- проектирование противоналедных устройств в комплексе с типовыми сооружениями автомобильных дорог.

Аэрофотосъемку участков природных наледей осуществляют в пределах полосы шириной 1000 м в сочетании с аэровизуальным обследованием и при необходимости авиадесантными наблюдениями, в ходе которых производят инструментальную съемку участков выявленных наледей, уточняют степень их опасности. Работы выполняют в зимне-весенний период.

Для прогнозирования наледной опасности на участках постоянных водотоков, пересекаемых трассой, в начале зимы проводят их

175

специальное гидрологическое обследование. По результатам инже- нерно-геологических и гидрогеологических изысканий участки, где предусматривается устройство выемок и полувыемок, необходимо оценивать с точки зрения возможности образования в них наледей подземных, в том числе надмерзлотных, вод.

При весеннем обследовании наледейна водотоках устанавливают:

-морфометрические характеристики наледей (площадь, объем, среднюю и максимальную мощности льда) с плановой привязкой к местности и оси трассы;

-форму поверхности наледей; наличие наледных бугров, трещин; толщину снежного покрова; цвет и характер слоистости льда;

-наличие полыней, изливов воды через наледные бугры, температуру воды незамерзающих источников; ориентировочный расход воды, в том числе в русле водотока, выше иИниже наледи;

-время формирования наледи (по опросу, косвенным признакам,

результатам наблюдений на типичных участках); основные причины образования наледей. Д

При обследовании наледей подземных и надмерзлотных вод оце-

нивают характер водоносного горизонта и условия выхода вод на поверхность. Результаты обследованияАкаждого участка заносят в паспорт с заключением о прогнозируемой степени опасности, возможном смещении трассы, конструкцииб, земляного полотна и водопропускных сооружений, возможных вариантах противоналедных мероприятий и сооруженийи, видах и о ъемах требуемых инженерногеологических работ. По результатам инженерно-гидрометео- рологических изысканСй составляют краткие физико-географическое, климатическое и г дрометеорологическое описания района, определяют гидрологические и климатические характеристики трассы и составляют прогноз их возможных изменений.

1. С какой целью проводятся инженерно-гидрометеорологические изыска-

ния?

2.Что входит в состав работ, выполняемых при инженерногидрометеорологических обоснованиях проектов автомобильных дорог?

3.Каково назначение гидрометеорологического обоснования малых водопропускных сооружений?

4.Какова цель гидрометеорологического обоснования земляного полотна автомобильных дорог?

5.Каково назначение гидрометеорологического обоснования системы поверхностного водоотвода автомобильных дорог?

176

6. Во сколько этапов проводят инженерно-гидрологические изыскания для разработки проектов автомобильных дорог и мостовых переходов?

7. Какие работы выполняют в подготовительный период инженерногидрологических изысканий?

8. Какие выполняют полевые работы при изысканиях больших и средних мостовых переходов через водотоки?

9. В чем различие получаемой гидрометеорологической информации при традиционном и автоматизированном проектированиях?

177