книги из ГПНТБ / Методические рекомендации по измерению расходов воды рек аэрометодами

использовать в совокупности с поплавочным способом измерения расходов воды для получения дополнительной информации при незначительном увеличении стоимости летносъемочных работ. При наличии уровенных наблюдений в створе измерений описываемый способ может быть использован как основное средство для полу­ чения профиля и поперечного сечения широких пойм.

Основу излагаемого способа составляют последовательно вы­ полненные плановые одномаршрутные аэрофотосъемки поймы вдоль намеченного створа при затоплении и опорожнении ее в пе­ риод половодья или паводков. Съемками охватывается интервал уровней воды от начала выхода воды на пойму до полного ее за­ топления.

Уровни воды, при которых производятся съемки, фиксируются на гидрологическом посту. Количество пунктов наблюдений за уровнем определяется величиной перепада уровней воды вдоль сни­ маемого профиля, а также синхронностью колебаний уровня в пре­ делах пойменного створа.

Условиями применения данного способа являются:

1)плоский рельеф поймы (преобладающие утлы наклона мест­ ности не должны превышать 2°);

2)затопление поймы на величину более 80% ее площади дол­

жно происходить с повторяемостью не реже 1 раза в 10 лет; 3) залесенность поймы, позволяющая выполнить надежное де­

шифрирование урезов вдоль створа по всей амплитуде колебаний уровня воды;

4) отсутствие значительных (более 10 см) перепадов уровней воды вдоль створа измерений, в противном случае должно обеспе­ чиваться фиксирование этих величин наземными средствами.

Полевые работы состоят из летно-съемочных работ и работ по геодезической привязке аэроснимков.

Летно-съемочные работы включают в себя следующие виды съемок:

1. Мелкомасштабная обзорная съемка участка поймы. Она не­ обходима для выявления мест поступления воды на пойму, уста­ новления границы мертвых зон и мест возникнов'ения течений и

Обзорная съемка заключается в выполнении серий маршрутов, параллельных пойменному гидроствору, с захватом в обе стороны от него полосы поймы, равной 0,5 ее ширины. Съемка может вы­ полняться короткофокусной аппаратурой, так как ее результаты используются в виде свободных фотосхем или в виде контактной

печати.

2. Одномаршрутные крупномасштабные съемки вдоль гидро­ створа, позволяющие получить плановые положения урезных ли­

30

ний при разных уровнях воды (интервал уровней не должен пре­ вышать 20 см; в противном случае погрешность определения про­ филя превысит допустимую величину.)

3. Одномаршрутная крупномасштабная съемка вдоль гидро­ створа в период, когда пойма не затоплена. По материалам этой съемки составляется опорный фотоплан, который служит основой для нанесения на него результатов всех съемок, выполненных в период затопления или опорожнения поймы. Масштаб съемки от 1 : 5000 до 1 :20 000 в зависимости от наличия опорных точек по длине гидроствора с известными плановыми координатами.

Одномаршрутные крупномасштабные съемки выполняются с со­ блюдением следующих требований:

1)отклонение высоты полета от расчетной не должно превы­ шать 3%;

2)изображение на аэронегативе должно быть резким, в свет­

лых и темных местах изображения должны быть различимы де­ тали ландшафта, плотность и контрастность фотоизображения дол­ жны быть в норме;

3)продольное перекрытие аэроснимков допускается в пределах 60—85%. Увеличение перекрытия по сравнению с принятым в то­ пографических съемках производится в тех случаях, когда в ме­ женный период на пойме все еще имеется большое количество по­ нижений с водой;

4)криволинейность маршрута, т. е. отношение величины мак­ симального уклонения одного из снимков от оси маршрута к длине

маршрута, выраженное в процентах, не должна превышать 3%;

5)края аэроснимков должны быть параллельны оси марш­ рута. Величины углов между стороной снимков и линией, соединяю­ щей главные точки смежных снимков, не должны превышать 5°;

6)углы наклона аэронегативов не должны превышать 3°, а ко­ личество аэронегативов с углами наклона свыше 2° не должно превышать 10% их общего числа.

Геодезическая привязка аэроснимков сводится к определению плановых координат опорных точек местности, опознанных на аэроснимках и необходимых для развития фототриангуляционного ряда опорного планшета. Опорные точки выбирают так, чтобы они надежно определялись засечками из центров перекрывающихся аэроснимков и располагались в зоне их тройного продольного пере­ крытия (рис. II-3). Предельные расстояния между опорными точ­ ками вдоль маршрута рассчитываются так, чтобы средняя квадра­ тическая ошибка положения ориентирующей точки, расположенной

всередине редуцированного и увязанного фототриангуляционного

ряда, не превышала 0,35 мм.

Указанная ошибка не превышает допустимой величины при увязке в фототриагуляционный ряд меньше 6—8 восковок. По­ этому при производстве полевых работ для определения профиля поперечного сечения на пойме следует выбирать такой масштаб съемки, чтобы в маршрут, который перекрывает пойму от одного коренного берега до другого входило не более 6—8 снимков.

31

Привязка аэроснимков производится в меженный период обыч­ ными геодезическими средствами. Летные работы на гидростворе следует начинать со штурманских промеров — определения ориен­ тиров по маршрутам залета, угол сноса и путевой скорости само­ лета — и уточнения высоты полета относительно уровня воды. Закончив штурманские промеры, аэрофотосъемщик рассчитывает интервал съемки, определяет величину выдержки и передает ко­ мандиру самолета все сведения о ведении самолета по маршруту съемки.

При этом оператор проверяет аэросъемочную аппаратуру, вы­ водит АФА по уровню в горизонтальное положение, разворачивает его на угол сноса, устанавливает на командном приборе величину

команду пилоту заходить на ра­ бочую съемку. В начале летных

со съемочными работами производятся измерения глубин в отдель­ ных точках этих понижений с помощью буйковых систем, описанных выше. Поэтому в самолете всегда должен быть определенный за­ пас буйковых систем и меженная фотосхема гидроствора, по кото­ рой можно определить намеченные ранее места измерения глубин. Заметим, что измерения глубин в понижениях может быть выпол­ нено только при наличии хотя бы небольшого ветрового течения.

В комплекс полевых работ входит измерение уровня воды на гидростворе в течение всего периода съемок. Измерение уровня производится путем наблюдений на водомерном гидрологическом посту или путем аэрофотосъемки специальных наклонных реек (см. § 1, гл. III, разд. II) . Так как способ последовательных съемок может быть применен только в случае горизонтальности уровня воды вдоль фотографируемого створа, то необходимо определить величину перепада уровней вдоль створа. При величине этого пе­ репада более 10 см организуется дополнительный пункт наблюде­ ний за уровнем воды. Из опыта работ можно отметить, что учет перепада уровней воды, по-видимому, нужен только на поймах

32

шириной более 15 км. Так, на пойме р. Оби у г. Нефтеюганска при ширине поймы 35 км величина перепада вдоль створа превы­ сила 1 м. Кроме этого, при организации наблюдений за уровнем воды необходимо учесть, что съемки профиля могут производиться в течение нескольких лет, поэтому необходимо сохранить в этот период высотную систему отсчета. Одновременно с привязкой уровенных пунктов наблюдений можно делать привязки опорных то­ чек для развития фототриангуляции. И, наконец, для лучшей ори­ ентации во время проведения аэрофотосъемок крайне желательно закрепить положение гидроствора маркирующими знаками. Эти же знаки могут быть и опорными. В этом случае их плановые ко­ ординаты должны быть записаны в техническом паспорте гидро­ створа.

§ 2. Камеральная обработка материалов съемок

Камеральная обработка включает следующие работы:

1)монтаж свободных фотосхем обзорных съемок;

2)получение фотоплана меженного положения гидроствора;

3)перенос урезных линий со съемок, выполненных при разных

уровнях воды, на опорный фотоплан; 4) обмер фотоплана и построение профиля поймы.

Свободные фотосхемы получают путем монтажа контактных от­ печатков, сделанных с аэрофильма, с соблюдением основных тре­ бований, предъявляемых к фотосхемам. Основу фотоплана межен­ ного положения гидроствора получают графическим построением планового фототриангуляционного ряда.

Построение ряда фототриангуляции графическим способом со­ стоит из следующих этапов:

1)из наколки на аэронегативах фототриангуляционных точек;

2)из изготовления восковок направлений;

3)из редуцирования и его увязки.

Для построения ряда фототриангуляции накалываются цен­ тральные, связующие, ориентирующие (трансформационные) и опорные точки.

Выбор и наколку точек на аэронегативах начинают обычно с главной точки снимка, которую при равнинной местности выгодно принимать за вершину направлений, так как ее положение, в отли­ чие от точки нулевых искажений и точки надира, легко опреде­ ляется'по координатным меткам.

Как центральные, так и другие фототриангуляционные точки должны надежно опознаваться и накалываться на смежных пере­ крещивающихся аэронегативах с ошибкой не более 0,1 мм. Следо­ вательно, эти точки должны быть одновременно и контурными, уверенно опознаваемыми на перекрывающихся аэронегативах. Так как главная точка не всегда может быть контурной, то взамен ее за вершину направлений принимают любую контурную точку, рас­ положенную в непосредственной близости к ней (называемую ра­ бочим центром).

дельная ошибка т е при а = 2° не превысит 5'.

Каждое центральное направление на аэронегативе фиксируется двумя наколами, совмещенными, как правило, с контурными точ­ ками, из которых первым наколом является вершина направлений, а вторым — соответствующая фототриангуляционная точка. На­ правления на центры смежных аэронегативов называются началь­ ными. Центры должны отождествляться и накалываться с особой тщательностью.

Выбор, отождествления и накол точек на аэронегативе прово­ дят на световом столе. Предварительно под аэронегатив подкла­ дывают лист прозрачного целлулоида, чтобы обеспечить получе­ ние на негативе тонких и заметных на просвет наколов.

Пучки направлений, необходимые для построения фототриан­ гуляции, проводят не на аэронегативе, а на восковках. Для этого с аэронегативов фототриангуляции копируют наколы на листы восковки. Затем из главной точки на восковке тушью проводят направления на все фототриангуляционные точки и получают вос­ ковку направлений (рис. П-З). Размер сторон листа восковки вы­ бирают с учетом масштаба фототриангуляционного ряда. Укладку (монтаж) восковок направлений для построения свободного фото­ триангуляционного ряда выполняют на восковке, целлулоиде или другом прозрачном материале.

Масштаб свободного ряда зависит от величины первого базиса, который обычно выбирают так, чтобы он был близким к задан­ ному масштабу фотоплана. Для этого величину базиса, измерен­ ного на аэроснимке, умножают на коэффициент трансформирова­ ния Kt-

Сначала укладывают на полосе первые две восковки направ­ лений, совмещая их начальные направления и устанавливая рас­ четную величину первого базиса. Базис направляют вдоль общей восковки так, чтобы на ней уместился весь фототриангуляционный ряд. При укладке восковок решаются три фотограмметрические засечки — прямая, обратная и комбинированная. Укладывая пер­ вые две восковки с центрами Оi и 0 2, определяют плановое поло­ жение опорных, ориентирующих и связующих точек в масштабе первого базиса 0\ и 0 2 по способу прямой засечки (рис. П-4).

Положение центра третьей восковки на начальном направле­ нии 0 20 з определяют по способу комбинированной засечки, соеЛэящему в сочетании обратной засечки (совмещении соответст­ венных направлений с ранее засеченными точками 0 2а2&2) с тре­ бованием совмещения начальных направлений 0 30 2, 0 20 3 второй

и вправо до тех пор, пока ее боковые направления на связующие

34

точки й2 и й2 при совмещенных начальных направлениях не прой­ дут через эти ранее засеченные точки. По мере укладки восковок на монтажном столе их постоянно закрепляют грузиками; после укладки последней получают свободный фототриангуляционный

ряд.

Вследствие накопления погрешностей при выполнении различ­ ных операций по развитию фототриангуляционного ряда на свя­ зующих точках в процессе укладки восковок могут получаться треугольники погрешностей. Если стороны треугольника превы­ шают 0,3 мм, то это указывает на допущенные ошибки в ранее

Рис. II-4. Монтаж восковок направлений при построении свобод­ ного фототриангуляционного ряда.

выполненных процессах и на необходимость их переделки. Если стороны треугольника погрешностей получаются менее допустимой величины, то восковку направлений укладывают так, чтобы вместо одного треугольника получились два — на верхней и нижней свя­ зующих точках — но меньших размеров. Это будет среднее, наи­ более вероятное положение укладываемой восковки. После ук­ ладки восковок направлений тонкой иглой перекалывают на общую восковку главные точки и засеченные с них опорные и ориентирую­ щие точки свободного фототриангуляционного ряда. Переколотые на общую восковку точки закрепляют тушью. Полученная на об­ щей восковке система точек произвольно ориентирована и распо­ ложена в одном, но произвольном масштабе. Для перенесения этой системы точек на планшет следует провести ее редуцирование по опорным точкам. Редуцированием свободного фототриангуляцион­ ного ряда называется приведение его к заданному масштабу и ори­ ентирование относительно геодезической системы координат. Чаще всего используется оптическое и графоаналитическое редуцирова­ ние. Оптическое редуцирование выполняется при помощи специаль­ ных проектирующих приборов. Сущность оптического редуциро­ вания заключается в следующем. В кассету проектирующей камеры

закладывают общую восковку с нанесенными на ней фототриангуляционными точками и путем проектирования их на экран по­ лучают изображения этих точек. Совместив посредством измене­ ния масштаба и ориентирования оптическое изображение опорных точек с их положением на основе перекалывают на нее ориенти­ рующие точки и центры.

Сущность графоаналитического редуцирования заключается в определении коэффициента редуцирования, в вычислении и вве­ дении поправок в положение всех фототриангуляционных точек на восковке по направлению радиусов, исходящих из средней точки сети, принятой за полюс. Коэффициент редуцирования равен отношению измеренных расстояний между опорными точками на плановой основе к расстоянию на общей восковке.

После редуцирования общую восковку накладывают на плано­ вую основу, совмещают редуцированное положение опорных точек с их положением на основе и перекалывают на нее редуцирован­ ное положение всех остальных точек фототриангуляции. На полу­ ченную плановую основу с точками фототриангуляции произво­ дится трансформирование негативов с последующим изготовле­ нием фотоотпечатков. Полученные трансформированные снимки монтируют в фотоплан, который и является основой для после­ дующих измерений. Так как фотоплан может использоваться для наноски урезных линий на протяжении многих лет, то он изготов­ ляется сразу в нескольких экземплярах.

Перенос урезных линий с материалов съемок, выполненных при разных уровнях воды, может выполняться двумя способами:

1)оптико-механическим;

2)графическим.

Впервом способе для переноса урезов используется фототранс­ форматор. Работа сводится к трансформированию негативов с изо­ бражениями последовательно затапливаемой или опорожняемой поймы вдоль гидроствора на меженный фотоплан. Для этой цели на аэронегативах и фотоплане отыскиваются и накалываются

трансформационные точки, по которым ведут трансформирование. Линии уреза воды на негативе обводятся тушью или гуашью. Аэро­ фильмы закладываются в кассету фототрансформатора, фотоплан устанавливается на его экране. При совмещении трансформацион­ ных точек на фотоплане вычерчивается гуашью положение урезной линии. Эта операция повторяется для всех съемок. Для съемок, выполненных при разных уровнях воды, урезные линии на фотоплане удобнее рисовать гуашью различного цвета. Фотоплан с на­ несенными на нем линиями урезов воды, высотное положение ко­ торых зафиксировано на гидрологическом посту, служит измери­ тельной основой для получения профиля (рис. П-5).

Графический способ переноски урезных линий сводится к сле­ дующему. Со всех аэрофильмов последовательных съемок вдоль створа изготовляется контактная печать. Путем дешифрирова­ ния положения урезных линий на аэроснимке с использованием широкоформатной 2-кратной лупы производится перенос их

36

с аэронегатива на фотоплан также с использованием цветной гуаши. Этот способ менее точный, более кропотливый и требует большой аккуратности и внимательности при наведении урезных линий на фотоплане, но вполне может быть применен при отсутст­ вии фототрансформатора.

При переносе урезных линий на фотоплан любым из предло­ женных способов необходимо различать урезы, образованные во­ дой, сообщающейся с основным руслом, и урезы талой воды, не участвующей в пойменном потоке. От этого будет зависеть их вы­ сотное положение. Для разграничения этих урезов используется обзорная мелкомасштабная фотосхема, на которой видны пути поступления воды на линию гидроствора и границы мертвых зон.

Завершив перенос урезных линий, приступают к обмеру фотоплана. Для этого вначале на фотоплане наносится линия гидро­ створа. Если по основному руслу реки имеется профиль дна, полу­ ченный по наземным данным, то необходимо отдешифрировать на фотоплане положение постоянного начала, от которого измерялись расстояния до промерных вертикалей. Отдешифрированное посто­ янное начало необходимо использовать при обмере пойменных урезных линий. Измерение расстояний от постоянного начала до урезных линий производится с помощью масштабной линейки с точностью 0,1 мм. Одновременно измеряются расстояния до точек определения глубины и производится вычисление самих глубин согласно указаний, изложенных в гл. I разд. II.

Расстояния от постоянного начала, измеренные по фотоплану, перевычисляют в натуру с учетом масштаба фотоплана и получен­ ные величины заносят в ведомость поперечного сечения поймы. Вы­ сотная отметка каждой урезной линии вычисляется по данным обработки уровенных наблюдений. По полученной ведомости стро­ ится профиль поперечного сечения поймы.

Профиль поперечного сечения поймы, полученный описанным выше приемом, приведен на рис. 11-5. Расхождение в общей пло­

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ВОДЫ И КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕХОДА ОТ ФИКТИВНОГО К ДЕЙСТВИТЕЛЬНОМУ РАСХОДУ ВОДЫ

§ 1. Определение уровней воды в реках при производстве нестационарных аэрогидрометрических работ

Для определения уровней воды при выполнении нестационар­ ных экспедиционных аэрогидрометрических работ рекомендуется способ съемки наклонных реек.

38

Способ определения уровня воды с помощью аэрофотосъемки специальных наклонных реек основан на использовании эффекта направленного «смаза» фотографического изображения делений специальных реек.

Сущность способа заключается в том, чтобы за счет направлен­ ного «смаза» (или сдвига) фотоизображения сделать деления рейки легко различимыми на аэрофотоснимке. Это достигается лишь в том случае, когда направление полета самолета перпенди­ кулярно рейке (параллельно делениям), в противном случае (при произвольном направлении съемки) линейный сдвиг фотоизобра­ жения снивелирует контраст черно-белых делений и на аэрофо­ тоснимке получится лишь смазанное изображение водомерной рейки.

Конструкция рейки аналогична устройству стандартной ста­ ционарной водомерной рейки и отличается от нее только ценой де­ ления. Ширина рейки 12—15 см (возможно использование реек другой ширины). Длина рейки определяется амплитудой колеба­ ния уровня в реке и условиями установки (в первую очередь, мор­ фометрией берегового склона или пойменного участка) и состав­ ляет 1,8—2,0 м. В случаях, когда амплитуда колебания уровня воды в реке превышает 1,3— 1,4 м, пост оборудуется несколькими рейками, расположенными одна над другой ступенями с некоторым перекрытием по высоте. Для получения максимального контраста фотоизображения деления на рейке наносятся черной и белой краской с шагом 9,9 см.

Водомерные рейки устанавливаются на открытых участках бе­ рега или поймы под углом 45° к поверхности воды с таким рас­ четом, чтобы местные высокие предметы (отдельные кусты или деревья) не заслоняли изображения рейки на аэрофотоснимке.

Установку реек лучше производить вписывая их в естественные береговые откосы, при отсутствии таковых рейки необходимо уста­ навливать в местах, защищенных от ледохода, руководствуясь ре­ комендациями по установке реек, изложенными в Наставлении гидрометстанциям и постам, вып. 6, часть I.

При установке реек под углом 45° одно ее наклонное деление величиной 9,9 см будет соответствовать величине изменения уровня воды 7 см согласно формуле h = c sin а, где h — величина изменения уровня, с — цена деления рейки, а —-угол наклона рейки к горизонту.

Уровень воды отсчитывается непосредственно по фотографии от верха рейки. При этом надводная и подводная части рейки деши­ фрируются по различиям плотности фотоизображения белых де­ лений, их формы и величины. Ближайшее к поверхности воды бе­ лое деление имеет меньший контраст, размеры и более размытый контур изображения по сравнению с наводными белыми деле­ ниями. Определение положения уреза воды на черном делении затруднительно, поэтому для повышения точности измерения уровня необходимо оборудовать пост сдвоенными рейками, отстоя­ щими друг от друга на расстоянии 1,0—1,5 м и сдвинутыми

39