Раздел XII. Съемка шельфа и внутренних водоемов.

Раздел XII. Съемка шельфа и внутренних водоемов.

Общие сведения. Геодезическое обоснование на берегу и на воде.

 

Морская геодезия – раздел геодезии, предметом которого является изучение фигуры и размеров Земли посредством точных измерениях на акваториях морей и океанов, а также отображение поверхности моря и морского дна на картах и планах.

 

Сущность и назначение съемки.

Проблемы, связанные с изучением и освоением Мирового океана, все более и более волнует человечество, причем особую актуальность приобретает вопрос о мелководных районах – континентальных шельфах

Континентальный шельф – поверхность морского дна, примыкающая к побережью, характеризующаяся общим с ним геологическим строением и малыми уклонами.

Мировой океан покрывает 71℅ поверхности Земли, из них мелководные, а поэтому наиболее интенсивно изучаемые и осваиваемые районы – занимают 20.4℅ общей площади Мирового океана.

Основная часть мелководий (глубины до 200м) лежат в пределах морей, прибрежная мелководная, преимущественно равнинная, зона Мирового океана называется континентальным шельфом или просто шельфом (от английского Shelf – отмель, полка).

Зона шельфов занимает около 7℅ всей территории Мирового океана.

Континентальным шельфом государства является поверхность и недра морского дна водных районов, примыкающих к побережью или к островам, находящихся также и вне зоны территориального моря до глубины 200м или за этим пределом, глубина покрывающих вод которых позволяет разработку естественных богатств этих районов.

Бурный рост исследований Мирового океана и прежде всего его шельфовых районов вызывает необходимость топографической съемки морского дна. Морская топографическая съемка, как и обычная, имеет своей окончательной целью создание карт (планов) дна моря.

Под топографическими – геодезическими работами на шельфе понимают совокупность работ, проводимых на берегу и на борту одного или нескольких носителей съемочной аппаратуры с целью картографирование рельефа дна и подводной ситуации, донных грунтов, геофизических полей Земли (поле силы тяжести и магнитное поле), флоры и фауны.

Топографическая съемка шельфа – комплекс топографических и геодезических работ выполняемых с целью получения топографической карты или плана участка шельфа.

Акватория – (в переводе с латинского - вода, территория) – участок водной поверхности. (например акватория порта, бухта).

 

Содержание топографической съемки шельфа и внутренних водоемов.

Комплекс работ по топографической съемке шельфа и внутренних водоемов в общем случае включает виды работ:

1. Подготовительные работы.

2. Подготовка и создание плановой и высотной основы съемки.

3. Топографическая съемка (или обновление) побережья и объектов в прибрежной зоне акватории.

4. Съемка рельефа дна, подводной и надводной ситуации.

5. Определение характеристик и границ распределения донных грунтов (грунтовая съемка) и водной растительности.

6. Определение скорости вертикального распространения звука в воде.

7. Наблюдения за колебаниями уровня водной поверхности.

8. Обработка результатов измерений и подготовка съемочного оригинала карты или плана.

Морское побережье – полоса суши, примыкающая к морю, рельеф которой носит следы взаимодействия с морем.

Берег моря – часть морского побережья, взаимодействующая с морем в настоящее время.

Береговая линия моря – условная граница между берегом и морем при заданном уровне, предусмотренная соответствующими правилами картографирования.

Съемка рельефа дна и подводной ситуации - является одной из основных и наиболее трудоемких съемочных работ на шельфе.

Основными методом выполнения этой съемки являются промеры.

Промер – планомерное измерение глубин акватории.

Съемка рельефа морского дна – морские гидрографические работы, выполняемых с целью получения сведений о рельефе морского дна, позволяющих получить его картографическое изображение.

В зависимости от положения участка съемки по отношению к береговой черте, различают следующие виды промерных работ:

- прибрежный промер –от береговой черты до предела прямой видимости.

- морской промер – от границы прибрежного промера – до предела действия радиогеодезических и высокоточных радионавигационных систем.

Промерные работы выполняются путем профилирования, в основном, промерными эхолотами различных типов.

Эхолот – электронавигационный прибор для автоматического измерения глубин гидроакустическим способом.

При съемке подводной ситуации применяются гидролокаторы.

Гидролокатор – прибор, предназначенный для съемки дна методом гидролокации.

Гидролокаторы в зависимости от рода работ различают:

гидролокаторы кругового обзора;

гидролокаторы бокового обзора;

гидролокаторы секторного обзора.

Гидролокация – обнаружение источника отраженного гидроакустического сигнала.

Эхо пеленг - определение координат источника отраженного гидроакустического сигнала.

Активная гидролокация - определение параметров движения источника отраженного гидроакустического сигнала.

Сущность профилирования заключается в планомерном покрытии участка съемки системой съемочных (промерных галсов) галсов.

Галс – курс судна.

Расстояния между промерными галсами выбирается в зависимости от характера рельефа и глубины.

Глубина моря – расстояние по вертикали от поверхности воды до поверхности дна моря в момент замера.

Среднее значение междугалсовых расстояний, как правило, принимают 1см в масштабе рабочего планшета.

Для оценки качества промерных работ необходимо прокладка контрольных галсов. Контрольные галсы прокладываются перпендикулярно промерным галсам.

Определение характеристик и границ, распределения грунтов производится, как правило, отдельно от промерных работ.

Отбор проб грунта производят в ранее запланированных точках исследуемой акватории, которые называются грунтовыми станциями.

Грунт морского дна – грунт, составляющий верхний слой дна моря.

Количество грунтовых станций, их распределение по акватории зависит от масштаба съемки, однородности грунтов, сложности рельефа дна.

 

Рельеф дна моря – совокупность всех форм поверхности дна моря.

В процессе съемки на рабочий планшет или кальку, снятую с планшета, наносят места отбора проб грунта.

Определение температуры воды, отбор проб на соленость производится на стандартных горизонтах, в местах гидрологических станций.

Гидролокационная (гидроакустическая) станция – обеспечивает обнаружение источника отраженного сигнала, определение координат источника, параметров его движения и первичную классификацию.

Количество гидрологических станций зависит от гидрологической изученности участка съемки, его размеров, времени года и других факторов.

Можно выполнить определение солености воды на борту судна в процессе съемочных работ, а также определить поправки в измеренные глубины за отклонение вертикальной скорости распространения звука в воде. Наблюдение за изменением уровня водной поверхности производится с целью определения отметки мгновенного уровня воды на участке съемки относительно береговых реперов имеющих отметки в Балтийской системе высот.

Соленость морской воды – суммарное содержание в граммах всех твердых минеральных растворенных веществ содержащихся в 1кг морской воды, при условии, что бром и йод замещены эквивалентным количеством хлора, все углекислые соли переведены в окиси, а все органические вещества сожжены при температуре 480⁰ С.

Наблюдения за уровнем водной поверхности осуществляется как на береговых уровенных постах, так и на уровенных постах открытого моря.

Уровень моря – высота поверхности моря, свободная от влияния ветровых волн и зыби, измеренная относительно условного горизонта.

Уровенный пост (водомерный пост, водомерный пункт)- место, оборудованное для наблюдений над уровнем моря.

Количество уровенных постов, их расположение и сроки наблюдений на них зависят от характера уровенного режима в исследуемом районе.

Плановое и высотное геодезическое обоснование съемки шельфа, развитие съемочного обоснования на берегу и на воде.

Морская геодезическая сеть – геодезическая сеть, пункты которой расположены в пределах акватории моря.

Геодезическое обоснование съемки представляет собой совокупность пунктов на земной и водной поверхности, для которых известно плановое и высотное положение пунктов в избранной системе координат и высот.

Эти пункты располагают по заранее составленному плану и отмечают специальными опознавательными знаками.

Морской геодезический пункт – геодезический пункт, закрепленный на дне моря.

Опорный морской геодезический пункт – морской геодезический пункт, закрепленный постоянно.

Съемочный морской геодезический пункт – это морской геодезический пункт, закрепленный на период съемки.

Морская веха – это съемочный морской геодезический пункт, который представляет собой плавающую веху, соединенную с якорем.

Морской геодезический знак – геодезический знак, обозначающий положение морского геодезического пункта над водной поверхностью.

Донный геодезический знак – морской геодезический знак установленный непосредственно на дне.

Репер уровенного поста – репер, высота которого определяется геометрическим нивелированием относительного пунктов государственной нивелирной сети.

Геодезическое обоснование съемки на берегу предназначено:

1. Для обеспечения определения координат места судна на съемочных галсах, относительно береговых геодезических пунктов, как с помощью визуальных, так и радиогеодезических систем.

2. Для обеспечения определения отметок дна, относительно береговых реперов, марок и геодезических пунктов.

 

«Инструкция по топографической съемке шельфа и внутренних водоемов».

стр. 8 п.1.11

 

Геодезической основой съемки шельфа является:

1. В плановом отношении - пункты государственной геодезической сети 1, 2, 3, 4, классов и пункты геодезических сетей сгущения 1, 2 разрядов, расположенных на берегу и на искусственных объектах на акватории, а также пунктов съемочного обоснования.

2. В высотном отношении - реперы и марки государственной нивелирной сети I, II, III, IV классов, реперы постоянных уровненных постов, привязанных к государственной нивелирной сети.

Плотность планового обоснования зависит от метода опознавания места судна на галсах и масштаба съемки.

Подготовка геодезических сетей к морским съемочным работам проводится перед приходом судна в район работ.

Геодезическое обоснование съемки на воде предназначено для плановой привязки съемочных галсов с использованием фазовых радиогеодезических систем, а также в случае расстановки теодолитных постов на исследуемой акватории.

Геодезическая основа на воде закрепляется опорными пунктами.

Координаты опорных пунктов на воде в пределах видимости с берега определяются прямой засечкой с пунктов береговой геодезической основы либо обратной многократной засечкой.

Вне видимости с берега координаты опорных пунктов на воде определяются радиогеодезическими системами путем построения радиогеодезического полигона и дальнейшей его увязкой.

По назначению типы морских геодезических построений делятся:

1. Сплошные опорные м. г. с. (морские геодезические сети) необходимые для распространения единой системы координат на обширную территорию дна континентального шельфа и мирового океана.

2. Ряды или линии о. м. г. пунктов необходимые для связи значительно удаленных друг от друга локальных морских геодезических построений с государственной геодезической системой координат.

Опорные пункты

Для создания опорной м. г. о. необходимо закрепить на морском дне точки этой сети сооружениями, которые легко распознаются и долговечны.

Конструкция о. м. г. п. состоит:

- центра, закрепленного в грунте морского дна.

- наружной конструкции, необходимой для обозначения о. м. г. п. и закрепления измерительной аппаратуры.

- якорного устройства, предназначенного для надежного фиксирования наружной конструкции над центром о. м. г. п.

Обозначение опорных пунктов на воде осуществляется грунтовыми знаками, морскими опорными вехами.

Грунтовые знаки установляются на мелководье при значительном удалении от берега, исключающем возможность определения места судна с береговых пунктов. Грунтовыми злаками могут быть сваи, забитые в грунт или простые пирамиды, устанавливаемые на дно.

Грунтовыми знаками могут служить любые другие жесткие основания, существующие на акватории (буровые вышки, отдельные скалы), обеспечивающие возможность размещение на них оборудования и наблюдателей, а также безопасность производства работ.

Для развития геодезических сетей на мелководье озер и водохранилищ можно использовать грунтовые и плавучие знаки.

Грунтовые знаки могут служить для измерения базисов центральной системы, а плавучие –отмечать их вершины.

При съемочных работах на шельфе морского дна морские опорные вехи получили наибольшее распространение.

Морские опорные вехи устанавливаются в пределах видимости с берега на исследуемой территории с таким расчетом, чтобы свести, к минимуму холостые пробеги съемочного судна.

Количество выставляемых вех зависит от площади участка съемки, его расположения. В среднем рекомендуется выставлять одну веху в пределах планшета масштаба 1: 50 000. При развитии съемочных сетей, как на суше, так и на воде используют буи, створные знаки, опоры ЛЭП, и т.д.

 

Морская веха

отражатель

шест

шпиртбакен (поплавок)

скоба

скоба буйрен (трос)

якорь

 

 

Уровенные посты.

Мгновенный уровень

Нуль Балтийской системы высот рабочий репер

Средний уровень

Низший теоретический уровень

 

_{Zf –} поправка, в измеренную глубину за колебания уровня воды.

_{ho –}отсчет уровня над нулем поста, имеющего абсолютную отметку.

h –отсчет мгновенного уровня над нулем поста.

Уровненные посты предназначены для наблюдения за изменением уровня водной поверхности, с целью определения отметки мгновенного уровня воды, вычисления нуля глубин (среднего уровня) и поправок к измеренным глубинам.

Уровенный пост, включает в себя устройства для измерений уровня воды и высотную основу.

Устройство для измерения уровня воды состоит из рейки (для наблюдений в определенные сроки) или самописца (для непрерывной регистрации колебаний уровня).

Высотная основа поста состоит из 2 реперов, один из которых основной, другой – рабочий (контрольный)

Основной репер служит для проверки высоты рабочего репера и закрепления на местности нуля поста;

Рабочий репер -служит для систематических определений отметок нуля водомерной рейки или самописца методом нивелирования.

Уровенные посты по назначению могут быть:

- постоянными

- дополнительнымивременными

Постоянными уровенными постами являются постоянно действующие установки на станциях гидрометеорологической службы или на станциях других организаций.

Они служат для вычисления среднего уровня и низшего теоретического уровня (Н.Т.У.) из непосредственных наблюдений уровня водной поверхности, а также для определения поправок к глубинам в зоне действия этих постов.

Дополнительными постами являются уровенные посты, с периодом наблюдений от 3 до 6 месяцев. Также дополнительные посты устанавливаются в районах, где постоянно действующих постов не достаточно для определения уровня водной поверхности и служат для вывода среднего уровня и вычисления низшего теоретического уровня (Н.Т.У.).

Временные постами являются уровенные посты, которые устанавливаются на время производства работ, когда постоянных и дополнительных уровенных постов для освещения уровенного режима в данном районе недостаточно. По характеру установки измерительных устройств уровенные посты могут быть: береговыми, открытого моря, ледовыми.

береговые уровенные посты по устройству измерительной аппаратуры могут быть: свайные, реечные (футшточные), свайно–реечные, с установкой самописца. Реечный пост является наиболее простым по устройству, и состоит из специальной уровенной рейки, которая крепится вертикально к неподвижному основанию- стенке или к свае пристани или на специально вбитых в грунт сваях.

Свайный пост состоит из ряда свай, забитых в грунт по створу, перпендикулярно к береговой черте, с таким расчетом, чтобы разность высотных отметок двух соседних свай должна быть в пределах 0.5 – 1.0м.

Уровенный пост с установкой самописца является наиболее сложным по устройству и служит для непрерывной автоматической регистрации колебаний уровня водной поверхности.

Уровенный пост с самописцем состоит:

- мореографа

- контрольной рейки

- репера

Расчет предельного расстояния между уровенными постами ведется по формуле:

S_max = ∆Z*S / ∆h_max

 

∆h_max- возможная наибольшая разность высот уровня водной поверхности в пунктах А и В (в пунктах А и В установлены постоянные уровенные посты)

 

∆Z- допустимая разность превышения мгновенных уровней в любой точке участка промера (задается инструкцией)

 

S – расстояние между уровенными постами А. и В.

 

Самописец – регистрирующий прибор, предназначение для измерения колебаний уровня моря (мореограф).

 

Прямая засечка.

Прямая засечка – является точным визуальным способом определения места судна.

В общем случае, способ прямой засечки предусматривает одновременную засечку, находящегося на галсе судна, как правило, с 2 береговых постов (2 теодолитами или 2 кипрегелями на мензулах).

 

2 1

γ – угол при определяемой точке не менее 30⁰ и не более 150⁰.

 

Отсчет по ориентированному лимбу производят по команде, подаваемой с судна по радио через определенные интервалы времени.

В начале и в конце галса сообщается его номер и время, в процессе работы на галсе - номер определений.

За 5–10сек. до определения подается команда «товсь», в момент определения – команда «ноль».

Полученные углы сообщают по радио на судно для накладки на планшет.

На эхограмме, в момент подачи команды, для засечки делается оперативная отметка, у которой подписывается номер определений.

При отсутствии радиостанции засечки производят по флажной сигнализации.

Во избежание ошибок флажковые сигналы чередуется (белый, красный), а в начале и в конце съемочного галса подается сдвоенный сигнал.

На теодолитных постах в журналах фиксируется: номер съемочного галса, порядковый номер определяемой (засечки) на галсе, цвет флажка, время начала и конца галса с точностью до минуты.

На судне у оперативной отметки на эхограмме фиксируют:

порядковый номер определений, цвет флага, время начала и конца с точностью до 1 мин.

К недостаткам способа прямой засечки относятся громоздкость в организации работ, разделение личного состава на береговую и судовую группу, необходимость радиосвязи, зависимость выполнения работ от метеоусловий.

 

Обратная засечка.

 

Обратная засечка уступает по точности определение места судна прямой засечке.

Достоинствами способа являются более простая организация работ.

В этом случае все сосредоточенно в одном месте – на судне.

 

по смежным углам по не смежным углам

 

 

Недостатком способа является зависимость от метеоусловий и необходимость более густой сети рабочего обоснования, чем при прямой засечке.

Сущность способа обратной засечки состоит в одновременном измерении секстантами с судна двух горизонтальных (смеженных или не смеженных) углов между опорными пунктами, координаты которых известны.

При определении места судна обратной засечкой необходимо избегать неопределенного решения задачи.

Оно будет исключено:

- если определяемая точка находится внутри треугольника; вершинами, которого являются выбранные для определения места судна опорные пункты;

 

- если опорные пункты лежат на одной прямой;

 

 

- если расстояния от определяемой точки до среднего пункта меньше, чем до крайних;

 

 

- если дополнение до суммы измеренных углов и углов при среднем опорам пункте до 360⁰ отличается от или 180⁰ не менее чем на 20⁰.

-

 

Полярный способ

С внедрением в практику работ высокоточных геодезических фазовых дальномеров стало возможным эффективное применение при производстве прибрежного промера – полярного способа.

Полярный способ заключается, в определением места судна путем одновременного измерения расстояния и направления с берегового пункта на судно.

Расстояния между берегом и судном измеряют радиодальномером, а направление теодолитом или кипрегелем с мензулой. Этот способ представляет собой дальномерно – теодолитную засечку.

Радио-дальномер(ведомая- станция)

теодолитный пост

 

Радио- дальномер(ведущая-станция)

 

Преимущества полярного способа заключаются в сосредоточении измерительной аппаратуры в одном месте, в возможности определять место судна с одинаковой точностью. Для применения данного способа требуется, менее густа опорная сеть. Недостатком способа являются его зависимость от метеоусловий и необходимость радио связи между судном и берегом.

 

Комбинированная засечка.

Способ комбинированной засечки предусматривает одновременное определение угла секстантом со съемочного судна и направления с берега теодолитом или кипрегелем. При измерении угла секстантом одним из ориентиров должен быть береговой пост.

Этот способ следует использовать при невозможности выбора комбинации пунктов для обратной засечки и недостатке инструментов и наблюдателей для прямой засечки.

 

4.Средства измерения глубин, поиска и обнаружения подводных объектов, отбора проб грунта.

 

Средства измерения глубин.

Простейшими измерительными приборами являются:

- наметка

- ручной лот

- рыболот

- эхолот

В ряде случаев при съемке небольших участков, и не глубоких акваторий применяется наметка, ручной лот.

 

Наметка – служит для измерения глубин до 5м и представляет собой деревянный шест округлого или прямоугольного сечения диаметром около 5см, размеченный на дециметровые деления, окрашенный попеременно белым и красным цветом. Пятка наметки имеет металлическую основу.

Ручным лотом (линь) измеряют глубины от 2 до 20м.

Он представляет собой чугунный или свинцовый груз пирамидальной формы, подвешенный на металлическом тросе (3 - 4мм диаметр). Лотлинь размечен метками до 10м через 10см, от 10м до 20м через 20см.

Рыболотом измеряют глубин до 30 – 40м. Он аналогичен по устройству ручному лоту и отличается более тяжелым грузом рыбоводной формы.

 

Эхолот - основной прибор для измерения глубин. Работа эхолота основана на измерении времени (t) прохождения импульса ультразвуковой энергии от вибратора излучателя эхолота до дна и обратно до вибратора приемника.

 

Ц.П.

 

 

Горизонт воды

В.П. В.И.

1. Ц.П.– центральный прибор

2. В.И. – вибратор излучатель Z

3. В.П. – вибратор приемник

 

В центральном приборе размещаются основные узлы эхолота, предназначенные для формирования посыпочных импульсов, преобразования отраженных, регистрации глубин (самописец). В момент посылки импульса на движущейся ленте самописца токопроводящим пером делается нулевая отметка. Пришедший эхоимпульс после преобразования и усиления поступает на перо самописца, которое за время прохождения импульса успевает переместиться на угол или расстояние, пропорциональное этому времени.

На листе в месте соприкосновение с пером выжигается метка, соответствующая измеренной глубине.

Расстояние на ленте между нулевой отметкой и отметкой отраженного импульса в соответствии с масштабом дает измеренную глубину.

Для измерения глубин на шельфе и внутренних водоемах используется эхолоты:

«Кубань»

«ИРЭЛ»

«ПЭЛ - 3»

«ПЭЛ - 4»

 

2.Средства поиска и обнаружения подводных объектов.

Аппаратура подводного поиска (АПП) представляет собой группу приборов и устройств, предназначенных для обнаружения местоположения естественных и искусственных объектов относительно носителя аппаратуры.

По способу получения информации об объектах поиска аппаратура подводного поиска подразделяется на 2 группы:

1. Пассивная АПП – для – обнаружения объектов по искажением, которые они выносят в соответствующие физические поля Земли.

2. Активная АПП – для обнаружения объектов поиска по искажению, вносимому этими объектами в физическое поле, излучаемое самой АПП.

В настоящее время для обнаружения неподвижных подводных объектов используются различные физические поля: гидроакустическое поле, электрическое поле, электромагнитное поле, магнитное поле, световое поле.

АПП, использующая гидроакустическое поле, относится к основной группе и в настоящее время обладает наибольшей дальностью обнаружения.

Из всего многообразия этой аппаратуры для съемки подводной ситуации и подводной коммуникации наиболее перспективно применение гидролокаторов бокового обзора, разработанных в ЦНИИГАиКе (О.П.Г.). Наряду с ОПГ для поиска подводных объекта могут также использоваться гидролокаторы кругового и секторного обзора, эхолоты, эхотралы.

Поиск в вертикальной плоскости осуществляется эхолотами и эхотралами, поиск в любом другом направлении гидролокаторами.

Эхолоты позволяют определить только глубину погружения объекта. Гидролокаторы позволяют определить дистанцию, пеленг, курсовой угол, а некоторые и глубину.

Кроме гидролокатора бокового обзора могут быть использованы гидролокаторы:

«Омуль» - дальность действия 900м.

«Палтус» - дальность действия 2000м.

Вся перечисленная аппаратура используется для поиска подводных объектов, находящихся на грунте.

В случае погребения или заиливания объектов применяют метод звуковой геолокации.

С этой целью может использоваться малогабаритный геолокатор ЗГЛ – 1.

ЗГЛ – 1 - глубина зондирования толщи грунта 10 – 15м.

АПП – использующие магнитное и электромагнитное поле, применяются в случае поиска заиленных объектов выполненных из ферромагнитных материалов – ИПТ – искатель подводных трубопроводов.

Диаметры отыскиваемых трубопроводов – 100мм, и более, глубина поиска до 15м. Точность определения положения трубопроводов относительно судна – носителя 2м.

Индуктивный магнитометр ТИ–5 - глубина зондирования в водной толще 40м.

Подводный трассоискатель ПТИ–3 – представляет собой модификацию наземного трассоискателя.

В настоящее время для поиска подводных объектов получили применение также ядерные магнитометры.

Наибольшую информативность дает АПП с использованием светового поля. Данная аппаратура работает по одному из 3 принципов: фотографирование, телевидение, светолокация. Наибольшее распространение получило телевидение.

Среди отечественных подводных телеустановок следует отменить: «Краб – 1» - рабочая глубина до 60м;

«Краб–2м»;

ПТУ–5 - рабочая глубина до 150м,

«ИОАН–4» –рабочая глубина до 500м.

К недостаткам этих АПП следует отнести ограничение прозрачностью воды, контрастом между объектом и фоном.

 

 

Раздел XII. Съемка шельфа и внутренних водоемов.