книги из ГПНТБ / Картирование шельфов сборник статей

дешифрирование устьевых частей мелких рек, в изобилии встре­ чающихся на побережье Западного Сахалина.

По результатам дешифрирования аэрофотоснимков было уста­ новлено, что миграция русел таких рек в пределах полосы пляжа на всем протяжении берега от м. Ламанон до м. Крильон обна­ руживает одну и ту же закономерность: в тыловой части пляжа река течет вдоль уступа голоценовой террасы на юг, а в 25—30 м от уреза воды круто заворачивает на север и так течет вдоль берега на расстояние до 100—150 м (рис. 2). Положение русла как бы фиксирует сезонный характер динамики наносов: штор­ мовые волны северных румбов срезают часть пляжа и переме­ щают наносы на юг, а слабые летние волны наращивают пляж и вызывают подвижки песка в северном направлении. Представ­ ляется очевидным, что в ходе этих миграций общий объем нано­ сов испытывает итоговое перемещение с севера на юг; это под­ тверждается и результатами изучения вещественного состава пляжевых песков.

Отсутствие каких-либо следов перемещения наносов в осеннезимний период с севера на юг в устьевых частях крупных рек объясняется, по-видимому, тем, что эти реки вследствие своей полноводности во время весеннего паводка прорывают блокирую­ щую их с севера косу и прокладывают через пляж прямые русла; по этой причине мы и не можем наблюдать изгиб русла в южном направлении. Летом, в межень, энергия руслового потока недо­ статочна для прорыва косы, и аэрофотосъемка фиксирует лишь смещение устьев с юга на север (летно-съемочные работы прово­ дились в августе).

Одним из критериев, позволяющих судить о направлении пере­ мещения наносов, могут служить формы заполнения входящего угла (Зенкович, 1962). Однако критерий этот недостаточно наде­ жен, и при поверхностном подходе к изучению динамики наносов исследователь может допустить серьезную ошибку. В этом отно­ шении хорошей иллюстрацией может служить форма заполнения входящего угла, образованная у молов Красногорского порта.

Как видно на схеме дешифрирования (рис. 3), в углу между берегом и южным молом порта наблюдается устойчивая аккуму­ ляция наносов, и берег здесь выдвинут относительно общего кон­ тура на 100 м. Казалось бы, это свидетельствует о наличии на данном участке южного потока наносов (Медведев, 1961). В то же время изучение вещественного состава пляжевых песков не подтверждает существование такого потока. Дело здесь заклю­ чается в следующем.

Как было показано на примере миграций устьев малых рек, летние волнения южных румбов наращивают пляжи и вызывают подвижки песка в северном направлении; в ходе этих подвижек и заполняется входящий угол у южного мола. Штормовые волны северных румбов эродируют пляжи, что исключает заполнение

120

входящего угла у северного мола. В то же время волны не в со­ стоянии смыть тот песок, который накопился в течение летнего сезона с южной стороны мола, так как мол создает волновую тень для северных волнений. В результате берег южнее молов постоянно наращивается и будет, по-видимому, нарастать до тех пор, пока песок не заполнит весь входящий угол.

Особенности морфологии некоторых форм донного аккумуля­ тивного рельефа также позволяют судить о направлении пере-

121

смещения наносов. Как известно, участки кулисообразного при­ менения к берегу подводных валов чаще всего располагаются <с наветренной стороны потока наносов (Болдырев, 1966). Такие участки прекрасно дешифрируются по материалам аэрофото­ съемки, что можно видеть на примере побережья аккумулятив­ ной формы мыса Слепиковского (рис. 4). Наличие в межваловых ложбинах дугообразных песчаных гряд свидетельствует о пере­ мещении наносов струями вдольберегового течения (рис. 5); на­ правление этого перемещения устанавливается по ориентировке

по ходу потока.

Рассмотренные выше морфологические признаки перемеще­ ния наносов позволяют охарактеризовать литодинамику берего­ вой зоны лишь с качественной стороны и получить общее пред­ ставление о динамике рыхлых отложений. Однако по материа­ лам аэрофотосъемок разных лет можно оценить и количествен­ ную сторону процесса. Стереофотограмметрическая обработка материалов последовательных съемок дает возможность доволь­ но точно определить объем перемещенного материала и вычис­ лить скорость размыва или нарастания берега (El-Ashry, Wanless, 1967; Stafford, Landfelder, 1971; Weber, 1970).

Приведенные примеры демонстрируют возможности исполь­ зования аэрофотосъемки береговой зоны моря как для изучения динамики прибрежно-морских рыхлых отложений, так и для кон­ троля за изменениями береговой линии и прогнозирования этих изменений. Применение материалов аэрофотосъемки позволяет

122

А. И. Сорокин

М Е Т О Д И К А П Р О М Е Р Н Ы Х Р А Б О Т И ИХ Т О Ч Н О С Т Ь П РИ Г И Д Р О Г Р А Ф И Ч Е С К И Х И С С Л Е Д О В А Н И Я Х

НА Ш Е Л Ь Ф Е

Под гидрографическими исследованиями понимается изучение рельефа и грунта дна, которое производится с целью создания морских навигационных и специальных карт. Экспедиционную сторону этих исследований, связанную с выполнением непосред­ ственных измерений в судовых условиях, обычно называют про­ мером. Промер, по своему смыслу, имеет много общего с топогра­ фической съемкой, выполняемой с подвижной платформы и, как правило, при отсутствии видимости изучаемого объекта. Эта особенность и определяет основные отличия промера от топогра­ фической съемки.

Существующие средства позволяют изучать рельеф дна пу­ тем:

1) измерения глубин в отдельных точках (в основном, при

лельно друг другу через равные промежутки L (междугалсовые расстояния). Выбор междугалсовых расстояний производят в за­ висимости от общего характера подводного рельефа и средней глубины района. При планировании промера на шельфе обычно руководствуются следующими величинами, полученными из опыта (см. табл.).

Эти величины являются ориентировочными и уточняются при выполнении промера в соответствии с выявленными особенно­ стями рельефа дна. Примером слаборасчлененной равнины мо­ жет служить дно Азовского моря, расчлененной — центральная часть Баренцева моря, сильнорасчлененной — северное побере­ жье Финского залива.

124

Вприбрежной зоне, на подходах к портам, якорным стоянкам

иустьям рек промерные галсы прокладываются не реже чем через 100 м, а на естественных фарватерах, в гаванях и узкостях не

реже чем через 20—25 м. При изучении рельефа дна со специаль­ ной целью — при геологических изысканиях, прокладке трубопро­ водов и т. д. — подробность промера устанавливается в соответ­ ствии с поставленной задачей.

Для лучшего выявления характера рельефа дна направление галсов должно совпадать с направлением наибольшей расчле­ ненности подводного рельефа, что обычно совпадает с требова­ нием расположения галсов нормально общему направлению изо­ бат (линий равных глубин).

Вопрос о целесообразности покрытия района системой пере­ секающихся галсов решается в зависимости от имеющихся средств определения места. Если требуемая точность съемки не обеспечивается, то использование системы пересекающихся гал­ сов — с ее последующим уравниванием — может несколько повы­ сить точность изображения подводного рельефа на карте. Однако в общем случае следует стремиться к покрытию района парал­ лельными галсами, поскольку по сравнению с пересекающимися галсами (при том же объеме работ) это дает более равномерную по точности съемку и уменьшает максимальные значения ошибок интерполяции.

При изучении рельефа дна на шельфе с особой остротой ста­ вится вопрос о высокоточном определении координат места про­ мерного судна. В настоящее время для решения навигационных

ибольшинства других задач требуется обеспечить точность опре­ деления места промерного судна 5—10 м, при удалениях до 30 км

и20—50 метров при расстояниях до 150 км от берега. Такая точ­ ность может быть обеспечена путем определения координат места судна с помощью визуальных или высокоточных радиотехниче­ ских средств, привязанных к береговой геодезической сети.

Вобщем случае под координатами места судна понимаются пары значений произвольных (различных) функций, находящихся во взаимно-однозначном соответствии с точками земной поверх­ ности. Такими функциями могут быть расстояния от судна до береговых станций, углы, измеренные на судне между парами

125

\

береговых ориентиров и т. д. Значения этих функций, таким обра­ зом, уже представляют собой криволинейные координаты места, которое может быть нанесено на карту или планшет по специаль­ ным сеткам (гониометрическим, стадиометрическим, гиперболи­ ческим и др.). При необходимости переход от криволинейных координат к географическим или прямоугольным в определенной картографической проекции может быть произведен графически (при наличии на карте обеих систем координат), а также ана­ литически — с помощью таблиц или электронно-вычислительных машин.

Каждая координатная линия, соответствующая величине из­ меренного на судне параметра (расстояния, угла) представляет собой так называемую линию положения, в одной из точек кото­ рой находится судно. Очевидно, что пересечение двух таких ли­ ний положения определяет точку, в которой находится искомое место судна. При пересечении трех линий положения обычно воз­ никает треугольник погрешности, величина которого может слу­ жить косвенной оценкой точности определения места. Этот тре­ угольник возникает из-за того, что линии положения, пересекаю­ щиеся в действительности в одной точке, соответствующей месту судна, смещаются в ту или иную сторону из-за случайных ошибок наблюдений. Существует определенная методика, позволяющая находить вероятнейшее место при трех и более линиях положе­ ния. При наличии двух линий положения мы получаем, естествен­ но, одну точку пересечения, которая будет получена тем точнее, чем меньше могут сдвигаться со своего истинного места линии положения при определенных ошибках наблюдений и чем ближе к 90° будет угол их пересечения.

Точность определения места координат чаще всего оценивают с помощью средней квадратической ошибки положения точки, вычисляемой по формуле

Вероятность средней квадратической ошибки положения точ­ ки равна примерно 0,7 и колеблется в пределах от 0,63 до 0,68. Точное значение этой вероятности может быть вычислено по формуле

1

l+v cos 2ср d tp ’

126

Если точки с равными значениями средней квадратической ошибки М соединить кривыми, получим так называемые линии равной точности, которые имеют, как правило, весьма сложную

форму.

Имея альбомы заранее составленных линий равной точности для различных вариантов расположения опорных пунктов (стан­ ций), можно производить выбор наилучших их комбинаций при определении места, а также при планировании создания опорной сети.

Естественно, что точность определения места должна быть увязана с точностью измерения глубины, междугалсовым рас­ стоянием и характером рельефа. Эта связь аналитически может быть выражена с помощью формулы, оценивающей точность промера:

щ—показатель вертикальной расчленности поля, соот­ ветствующий среднему значению угла наклона дна

на батиметрическом профиле; шс2 —средняя квадратическая ошибка измерения глуби­

ны, возникающая как по техническим, так и мето­ дическим причинам, в том числе из-за ошибок в наблюдениях над колебаниями уровня;

mi— ошибка интерполяции, зависящая от величины междугалсового расстояния, характера расчлененности поля и принятого способа интерполяции.

Если рельеф в данном районе может рассматриваться в каче­ стве реализации стационарной случайной функции, средняя ква­ дратическая ошибка интерполяции на середину может быть най­ дена по формуле

т? = 1,5АГ(0) - 2K(j ) + 0,5K(L) ,

где К(п) — значения корреляционной функции батиметрического профиля при п= 0, ~ и L (L — величина междугалсового рас­

стояния) .

Таким образом, точность промера ц зависит от всех трех сла­ гаемых, являющихся в первом приближении независимыми слу­ чайными величинами. Очевидно, что нет смысла стремиться к бес-

127

предельному уменьшению одного из этих слагаемых, если другие остаются достаточно большими. Практически можно считать, что точность съемки не повысится при уменьшении одного из слагае­ мых, составляющих по величине не более одной трети от суммы двух других. Однако при этом надо учитывать следующие два обстоятельства:

1) подробность съемки в дальнейшем может быть увеличена, вследствие чего ошибка интерполяции уменьшится;

2) значения измеренных глубин могут использоваться не толь­ ко для картосоставления, нош для определения различных стати­ стических характеристик поля.

Если провести на планшете линии равных значений р, мы по­ лучим наглядное представление о точности съемки на различных участках района промера. Такие линии, построенные для конкрет­ ного района, покрытого параллельными промерными галсами, изображены на рис. 1. Тонкими линиями изображен рельеф и рамки планшета, средними — промерные галсы и утолщенны­ ми— линии равной точности съемки, построенные с учетом оши­ бок определения места по двум расстояниям, градиентов глубины места, ошибок измерения глубины и ошибок интерполяции при нанесении изобат. На линиях равной точности съемки дана оци­ фровка в метрах, соответствующая вычисленным значениям р. Изображение подобных кривых (равных значений р) автору статьи в научно-технической литературе ранее не встречалось. Нанесение таких кривых, дающих наглядное представлени * о степени достоверности снимаемых с планшета или карты вели­ чин, при автоматизированной обработке результатов съемки (с использованием ЭВМ и автоматического координатографа) не представит никакой трудности и при необходимости может быть легко осуществлено.

Глубины при промере принято отсчитывать с точностью от 0 до 20 м — 0,1—0,2 м; от 20 до 50 м — 0,5 м; от 50 до 200 м — 1м;

более 200 м — 2 м.

Округление глубин производят после введения общей поправ­ ки. Глубины, измеренные эхолотом, исправляются поправками, которые могут быть определены тарированием или расчетом по гидрологическим данным.

В первом случае измеренные глубины исправляют поправкой

128

Рис. 1. Схема с линиями равной точности съемки

Az0 — поправка за изменение углубления вибраторов на ходу по сравнению с их углублением во время та­ рирования (на стопе).

Во втором случае поправка эхолота определяется по формуле

AzB=Azv+ Azn+ AzB+ b zL+ AzM0

где Azv — поправка за отклонение фактической вертикальной скорости распространения звука от номинальной для данного эхолота;

Azn — поправка за отклонение скорости вращения элек­ тродвигателя эхолота от номинальной скорости;

AzB— поправка углубления вибраторов эхолота;

Azl — поправка на базу между вибраторами эхолота; AzM0— поправка за место нуля эхолота (включая поправ­

ку за смещение отсчетного нуля эхолота и осталь­ ные инструментальные погрешности).

В этом случае, как уже было сказано, для определения по­ правок эхолота проводятся гидрологические наблюдения. Если на район промера имеются карты распределения средней верти­ кальной скорости звука от поверхности до дна с ошибкой не более