Методы окологмгескмх исследований
УДК 621.396.96:556.53(001)
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ГЕОРАДИОЛОКАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ СЕВЕРНЫХ РЕК
А. В. Омельяненко,
д. т. н., зав. лабораторией, omepavel@yandex.ru,
И. И. Христофоров,
ведущий инженер, соискатель, zodik@mail.ru, ФГБУН Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН
Цель работы — выявить дополнительные критерии, влияющие на формирования заторов. Для достижения цели применены методы георадиолокации донных отложений и эхолот для тестовых промеров глубин русла реки. Представлена методология, позволяющая выявлять заторные перемычки, потенциально опасные для продвижения ледохода.
The purpose of the work to identify additional criteria influencing the formation of jams. To achieve the goal, the method of GPR ice and sediment, and sonar depth soundings to test the riverbed. The methodology allows for the identification mash jumpers that are potentially dangerous for the promotion of ice flow.
Ключевые слова: георадиолокация, глубина водного потока, донные отложения, водопропускная способность русла.
Keywords: GPR, the depth of the water flow, bottom sediments, ralvert capacity of the channel.
Георадиолокационный метод погружных исследований позволяет оценить эффективность работ по углублению русла для увеличения пропускной способности водного потока реки в период паводка. Координаты точек измерений определяются автоматически системой GPS для нанесения на лоции. Программное обеспечение позволяет определять скорость распространения электромагнитных волн в донных отложениях по методике синтезирования апертур в режиме профилирования. В результате представляются параметры донных отложений в пределах измеряемых глубин и разрешения границ раздела сред. Точность измерений глубин водоемов и обводненных пород максимально высокая, так как исследуемые среды являются низкоскоростными с известными табличными свойствами, поэтому абсолютная погрешность определения глубины не превышает 10+15 см. В пределах дискретности измерений 0,5 м сигнал интегрируется и усредняется накоплениями. Эхолот необходим для тестовых измерений.
Интерпретации материалов георадиолокационных исследований основываются на простой физической модели с известным значением диэлектрической проницаемости воды. Донные отложения идентифицируются по ширине и значениям частотно-амплитудных спектров отраженных сигналов. Опорными геологическими данными являются результаты опробования скважин заверочного бурения.
Рассмотрим пример реализации методики для построения трехмерной модели участка трассы речного перехода, проектируемого железнодорожного моста через р. Лена. Съемка осуществлялась специализированным георадиолокатором для погруженных исследований, эффективная
Рис. 1. Схема профилей съемки
Рис. 2. Георадиолокационной профиль Р005
частота спектра 50 МГц. На рис. 1 указан створ (красный пунктир), по точкам координат наложена GPS система реальных профилей измерений (белые линии) [1].
На участке работ, в пределах 300 м (±150 м от створа трассы и проектируемого мостового перехода), пройдены поперечные и продольные профиля. Ширина реки 2150 метров, глубина до 13+15 м.
При прокладке профилей неравномерная скорость течения реки до 2 м/с не позволила выдержать направление по створам. Достаточ-
ная плотность точек измерений, большое количество повторных профилей по створу трассы и избыточная протяженность профилей, пересекающих трассу по нормали, компенсировали значительные азимутальные отклонения. В пределах взаимного пересечения трех профилей методикой триангуляции подтверждалась точность измерений и уточнялась достоверность интерпретации.
На рис. 2 представлен фрагмент типового георадиолокационного профиля, приведенного к продольной оси створа. Установлено, что
■■ Р001 — георадиолокационные профили с указанием протяженностей, направлений и имен файлов ■ь — граница смены донных отложений
— шкала глубин от уровня воды в точках пересечения профилей
Рис. 3. Линейное представление продольных и поперечных профилей георадиолокации
донных отложений
наблюдается субгоризонтальное залегание коренных пород с незначительным подъемом в сторону правого берега. На радарограмме прослеживается рельеф дна и границы в слое донных отложений. По результатам зондирований отслежен рельеф дна реки, установлено, что фарватер реки смещен к левому берегу. Аллювиальные отложения увеличиваются от центральной части реки к правому берегу, в пределах фарватера мощность аллювиальных отложений определена в пределах 1,4—2,2 м.
Сводная информация по исследованному участку речного перехода приведена на рис. 3. Профили измерений выровнены по азимуту, нормированы по частоте измерений пунктами GPS привязки, что позволило компенсировать неравномерность съемки при передвижении по профилям. Результаты измерений глубин простирания границ коренного дня и донных отложений интерполированы и представлены нормированными профилями. Подобное представление данных измерений существенно расширяет возможности интерпретации исследований и позволяет приводить конечную информацию в 3Б-формат, используя все положительные стороны типового программного обеспечения.
При оформлении трехмерной модели тщательно выбирается ракурс, объект важен вы-
бор теней, закраска слоев и пр. В сложных случаях представляется в трех проекциях, при этом учитывается эффект воспринимаемости масштаба, обычно это 1:10, к примеру, если длина профиля 100 м, то глубина устанавливается 10 м. В зависимости от длины профиля, для общего восприятия, можно применить масштаб и 1:100.
Пример представления данных выделения слоя донных отложений в ЭБ-формате приведен на рис. 4. По результатам анализа установлено субгоризонтальное залегание коренных пород с незначительным погружением в сторону правого берега, на радарограмме отчетливо прослеживаются рельеф дна и границы слоев донных отложений, отслежена конфигурация дна реки, фарватер смещен к левому берегу.
Мощность аллювиальных отложений увеличивается от 2 до 6 м к правому берегу. В центральной части реки мощность аллювиальных отложений в пределах 1,4+2,2 м. По левой стороне реки отмечено увеличение мощности песчаных отложений с последующим выклиниванием и выходом косы.
Особенность комплексного подхода к исследованиям базируется на приоритетном использовании геофизических методик, позволяющих получать данные высокого пространствен-
Рис. 4. Трехмерное представление участка реки. Изображены поверхности рельефа коренного дна
и донны1х отложений:
Поверхность коренного дна;
Поверхность аллювиальных отложений
ного разрешения (~0,15 м), а также на анализе оптических изображений, и оперативной тестовой информации о физических промерах дна, а также дистанционного (с вертолета) измерения толщины ледяного покрова на исследуемых участках и изучения миграции донных отложений.
Для прогнозирования образования заторо-опасных участков рек необходимо детально исследовать основные параметры русла — глубину, рельеф дна, донные отложения, формирование льда и распределение его по руслу в период паводка, фиксировать наличие зажоров и их параметры. Изучение морфологии донных отложений методом георадиолокации возможно только в летний период погружными измерениями и в контакте с водной поверхностью, а особенности строения и состояния ледяного покрова реки, включая зажоры, проводятся в весенний период. Совмещение данных о глубинах реки с данными мощности
льда, с учетом изменения уровня воды позволяет получить прогнозный результат ожидаемого к паводку распределения льда в русле реки с учетом падения расходов воды и оседания ледяного покрова, в том числе просадок на грунт на затороопасных участках.
В результате, полученные материалы подтверждают возможность с определенной вероятностью определять опасные места заторных перемычек, которые, в свою очередь, могут представлять потенциальные препятствия для продвижения ледохода, и послужат очагами формирований заторов. Важность таких определений связана с тем, что появляется возможность оценивать ледовую обстановку на заторо-опасных участках, складывающуюся к началу паводкового периода, при этом заблаговременно провести превентивные мероприятия по перемещению русловых отложений и подготовить русло реки к прохождению весеннего паводка на затороопасных участках.
Библиографический список
1. Омельяненко А. В. Особенности георадиолокации обводненных сред / А. В. Омельяненко, И. И. Христофоров // Горный информационно-аналитический бюллетень № 9, 2012. — С. 127—132.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.