ПРИЛОЖЕНИЕ V
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ АЭРОФОТОСЪЕМКИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ДЕФОРМАЦИИ РУСЛА И ПОЙМЫ РЕКИ
V. I. Применение материалов аэрофотосъемки способствует ускорению полевых работ и вместе с тем обеспечению большой полноты получаемых сведений.
Это обусловлено большой быстротой производства работ и документальностью, подробностью и обзорностью изображения местности на аэрофотоснимке.
V.2. Различают два вида применения материалов аэрофотосъемки:
а) применение уже имеющихся (ранее произведенных) аэрофотоснимков;
б) производство специальных аэрофотосъемок.
V.3. Выделяются следующие виды использования уже имеющихся аэрофотоснимков применительно к задаче исследования русла и поймы для нужд проектирования ЛЭП:
а) дешифрирование аэрофотоснимков для получения основных морфологических характеристик русла и поймы и установления типов руслового процесса и типа поймы;
б) использование аэрофотоснимков для получения морфометрических характеристик речных русел и пойм, т. е. в измерительных целях;
в) использование аэрофотоснимков для получения приближенной схемы течений на пойме;
г) использование аэрофотоснимков разных лет для оценки размеров плановых деформаций русла п поймы;
д) использование разового аэрофотоснимка для восстановления хода плановых деформаций речного русла и процесса формирования поймы;
е) применение аэрофотоснимка в качестве картографической основы при полевом картировании характеристик руслового процесса.
- 4. Производство специальных аэрофотосъемок дает возможность:
а) использовать их в целях, указанных в п. 3;
б) исследовать процессы затопления и опорожнения поймы и развития на ней системы течений;
в) вести наблюдения за плановыми деформациями русла и поймы;
г) вести наблюдения за развитием ледовых явлений в руслах и поймах рек.
- 5. Значение использования аэрофотоснимков для обеспечения проектирования переходов ЛЭП, как и вообще их трасс, приобретает особое значение в условиях, когда это проектирование оказывается необходимым выполнять в одну стадию. Использование уже имеющихся аэрофотоснимков в указанных выше целях доступно любому инженеру-гидрологу и топографу и не требует длительной специальной подготовки. Однако, учитывая специфичность изготовления аэрофотоснимков и производства аэрофотосъемок, желательно иметь специальное подразделение, обеспечивающее ими проектирование трасс ЛЭП.
- 6. Оптимальными масштабами аэрофотоснимков для исследования русла и русловых образований для рек шириной до 200— 300 м являются масштабы 1 : 5000, 1 : 10 000—1 : 15 000, для крупных рек — 1 : 15 000— 1 : 20 000.
Для исследования пойм рек шириной до 200—300 м пригодны масштабы 1:10 000—1:25 000, для крупных рек— 1:25 000—I : 50 000. В некоторых особенно сложных случаях может оказаться необходимым комбинировать крупные и мелкие масштабы.
- 7. Для оценки руслового процесса наибольшие значения имеют контактные отпечатки, позволяющие благодаря стереоэффекту видеть местность объемно, и фотосхемы, дающие возможность обзора сразу больших территорий.
- 8. Основные положения по дешифрированию аэрофотоснимков содержатся в монографиях [10, 16]. Поэтому ниже приводятся только методические указания по производству работ с аэрофотоснимками для целей оценки руслового процесса.
а. Обнаружение морфологических образований в русле и на пойме реки осуществляется непосредственно при просмотре аэрофотоснимков, пользуясь их признаками, указанными в разделе 1 настоящих Рекомендаций и в приложении I. Рассмотрение пар смежных контактных отпечатков под стереоскопом позволяет видеть эти образования объемно и тем самым детализировать особенности их строения.
Кроме выделения морфологических образований в русле и на пойме реки, требуется оконтурить участки поймы с разным характером поверхности (преимущественно лес, кустарник, луг, болото, пашни, огороды, сады), что может понадобиться для оценки шероховатости поймы), а также выделить внешние границы поймы, системы различно ориентированных и разновысотных систем вееров перемещения русла, районы распространения аэрозионных и аккумулятивных образований на пойме (выноса песков из прорв и др.). Можно выделить наиболее пониженные и повышенные участки — пойменные речки, озера, старицы (русло, контуры бровок их долин).
Внешний контур пойм определяется по наличию уступа надпойменной террасы, по отсутствию следов вееров перемещения русла. Иногда границу поймы удается обнаружить по отложениям мусора в волноприбойной полосе (граница разлива предшествующего половодья).
б. Приемы использования аэрофотоснимков для получения морфометрических характеристик русла не отличаются от рекомендуемых при использовании обычных карт. Разница заключается только в возможности более подробного установления по аэрофотоснимку границ различных морфологических образований.
в. Получение по аэрофотоснимку вероятной схемы течений сводится к следующим операциям:
- выделяются контуры поймы на аэрофотоснимке;
- обнаруживаются прорвы (их контуры).
При наличии аэрофотоснимков изучаемого пойменного массива местоположение прорв — участков, через которые поступает вода из русла, обнаруживается достаточно хорошо, особенно при стереоскопическом их рассмотрении. Прорвы представляют собой эрозионные образования в береговых валах, видимые на снимках как нарушения поверхности берегового вала. Часто прослеживаются русла временных или постоянных речек, идущих от прорвы в глубь поймы. Иногда прорва обнаруживается по конусообразным отложениям наносов на поверхности поймы за береговым валом, вынесенным из прорвы.
По этим же признакам выявляются прорвы внутри пойменного массива в валах, образующих системы вееров перемещения русла.
Обнаруживаются возможные пути перемещения воды по пойме — вытянутые понижения (с руслом и без русла) ее поверхности по границам между разновысотными системами вееров перемещения русла, по ориентировке крупных ложбин между ними по растительности. Одновременно с этим устанавливаются участки возможного расположения аккумулирующих емкостей. Все эти элементы иллюминуются на снимке гуашью. Обнаруживаются также участки первоочередного выхода воды в низовой части пойменного массива.
Затем на иллюминованный снимок накладывается калька, на которую копируются основные контуры и наносятся предположительные линии токов воды, возникающие на пойме при ее затоплении.
Так как схемы течений различны при разной степени затопления поймы, то подобные кальки со схемами течений составляются для разных фаз половодья раздельно для его подъема и спада и для лет с малой, средней и большой затопляемостью поймы (рис. V-1).
Рис. V-1. Схемы пойменных течений, построенные по аэрофотоснимкам.
— начало затопления — работает низовая прорва; б — работают верховые и низовые прорвы на затопление;
Рис. V-1 Схемы пойменных течений, построенные по аэрофотоснимкам. а — транзитное течение на пойме.
Сосредоточенные потоки в прорвах, в понижениях между валами и в намечающихся пойменных протоках могут менять направление на прямо противоположное в периоды наполнения и
опорожнения поймы. При полном затоплении поймы скорости течения выравниваются, направление их приближается к направлению оси долины. На пиках особо высоких половодий величину наибольшего отклонения направления пойменного течения от направления оси долины следует принимать равным 45°.
Схема пойменных течений, установленная по аэрофотоснимкам, может использоваться при выборе створа перехода и мест расположения опор. При необходимости разместить опору в районе сосредоточенных течений необходимо выполнять специальные расчеты скоростей течения (см. п. 2.6.3). Следует иметь в виду, что эти схемы приближенны и для детальных расчетов необходимо получить более подробные данные. Указанные схемы можно использовать лишь для предварительной наметки мест расположения пойменных озер.
г. Использование аэрофотоснимков разных лет для оценки размеров плановых деформаций русла и поймы осуществляется теми же приемами, которые указаны в приложении II. Однако аэрофотоснимок, обладающий большей степенью подробности изображения поверхности местности, представляет возможность выбора значительно большего, чем на карте, числа местных ориентиров, и поэтому совмещение съемок разных лет можно провести надежно.
Желательно пользоваться фотопланами или уточненными фотосхемами без искажений масштаба. При пользовании контактными отпечатками следует помнить, что наименьшей разномасштабностью они обладают в центральных частях. Это учтено при составлении простых фотосхем, которые таким образом дают при сопоставлении меньше искажения. В обоих последних случаях перед сопоставлениями положения русла необходимо проверить одно- масштабность съемок, пользуясь для этого расстояниями между идентичными местными ориентирами, опознаваемыми на съемках разных лет.
Работы по определению плановых деформаций русла по аэрофотоснимкам могут производиться при рекогносцировке или при выполнении топографических работ и заключаются в следующем.
На участках подмываемых берегов в районе перехода ЛЭП путем сличения аэрофотоснимков с местностью выбираются идентичные местные ориентиры, позволяющие опознать магистраль на аэроснимке и на местности. Эта магистраль закрепляется на местности вехами и от нее до бровки берега под определенными постоянными углами разбиваются поперечники и по ним замеряется расстояние между магистралью и бровкой берега. Эти расстояния откладываются в масштабе аэрофотоснимка от нанесенной на нем магистрали и таким путем определяется положение бровки берега на момент производства работ. Сравнение положения бровки старого берега и перенесенного с натуры дает возможность вычислить деформации за время между производством аэрофотосъемки и проведением полевых работ.
д. Восстановление прежних положений русла по аэрофотоснимкам основывается на том, что в процессе плановых перемещений русла на участках поймы, примыкающих к выпуклым (наступающим) берегам реки, сохраняются следы прежних береговых валов в виде вееров перемещения, рисунок которых хорошо согласуется с контуром современного русла. Эти веера обычно легко обнаруживаются на аэрофотоснимках.
Для восстановления прежнего положения одной излучины необходимо, кроме этой излучины, иметь изображение смежных выше и ниже расположенных излучин.
Рис. V-2. Восстановление прежних положений русла по веерам перемещения.
1 — контуры современного русла; 2 — линии вееров перемещения (опорные линии); 3 —линии прежних вогнутых берегов, восстановленных по опорным линиям; 4 — восстановленные прежние положения русла.
Из контактных отпечатков этих излучин составляется накидной монтаж (отпечатки накладываются один на другой сходящимися контурами и закрепляются кнопками). На накидном монтаже очерчивается произвольная рамка, ограничивающая исследуемый участок. Затем на снимки накладывается калька. На нее переносятся эта рамка и линии прежних береговых валов, достаточно четко обнаруживаемые на аэрофотоснимках. Эти линии назовем опорными (рис. V-2). Положим, мы задались целью восстановить положение русла, соответствующее опорной линии т—т (рис. V-2). Эта линия находится на право-бережной пойме и отображает прежнее положение правобережного берегового вала. Отложив в ряде точек этой линии по нормали к ней отрезки, равные примерно ширине русла, получим приблизительное положение соответствующего левого берега. Как видно на рис. V-2, эта восстановленная линия хорошо согласуется с некоторой опорной линией на смежных левобережных участках поймы (на рис. V. 2 линии п — п), где эти линии соответствуют левобережным береговым валам. Восстановленные от линии п— п вспомогательные линии, выражающие положение правого берега, хорошо согласуются с опорной линией т — т. На рис. V-2 показано два восстановленных положения русла. Для детального восстановления всего развития излучины можно без труда получить достаточное число последовательных плановых положений. Для этого нет необходимости проводить опорные линии через все сохранившиеся следы прежних валов. Эти линии могут проводиться через 10—20 следов на фотоснимке.
Приобретение навыков в восстановлении прежних положений русла позволяет сразу по характеру рисунка выявлять схемы деформаций. Например, развернутый веер перемещения русла показывает, что данная петля в ходе своего развития одновременно разворачивалась вниз или вверх по течению. В этом случае восстановление прежних положений русла возможно по рисунку валов только на одном берегу.
Признаками недавних прорывов петель служит наличие в русле обширной широкой косы со слабо выраженным рельефом. Вогнутый берег русла против такой косы обычно смещается в плане особенно быстро.
Получение полных схем плановых деформаций излучин позволяет наметить границы, до которых могут доходить вершины петель, и оценить стадии современного положения русла. Тем самым можно обнаруживать участки устойчивых и неустойчивых берегов, определять длины фронтов размыва и намыва русла и их изменения в ходе развития излучин.
Для определения сроков деформаций можно пользоваться данными о смещениях бровок берегов русла, полученными на основе сопоставления карт, использовать подсчет годичных колец деревьев, растущих на данном валу (срок его существования не может быть меньшим, чем возраст дерева), а также оценивать возраст по величине годичного наилка в прирусловой части поймы. Схемы хода плановых деформаций, полуденные указанным путем, можно интерпретировать количественно, выясняя по ним закономерности изменения основных измерителей излучин.
Распространение данных на периоды, далеко отстоящие от современных, возможно в тех случаях, когда крупность рисунков, привлекаемых к построению вееров перемещения русла, одинакова (расстояния между смежными валами не слишком разнятся между собой). При этих условиях очевидно, что валы формировались примерно в одинаковых по водности периодах, и, следовательно, сроки их формирования близки друг к другу.
е. Применение аэрофотоснимка в качестве картографической основы при полевом картировании не нуждается в пояснении. Можно только отметить, что таким путем достигается достаточно надежная привязка полевых данных к плану, поскольку на аэрофотоснимке имеется значительно больше местных ориентиров, чем на любой карте.
Особенно удачно использование аэроснимка как картографической основы при картировании излучин, в том числе и для прокладки промерных галсов, показа высот берегов, эрозионных образований, грунтовых разностей и т. п.
- 9. Производство специальных аэрофотосъемок необходимо в случаях, когда по участку перехода ЛЭП полностью отсутствуют картографические материалы, а также, когда необходимо получить особенно подробные данные об участке перехода в целях его проектирования или разработки защитных мероприятии для обеспечении нормальной работы опор.
Производство аэрофотосъемки в общих картографических (топографических) целях регламентируется достаточно надежными инструкциями и наставлениями, может быть заказано любому авиаотряду, ведущему подобные работы. Непосредственного участия гидролога не требуется. Рекомендуемые масштабы см. п. V.6 настоящего приложения.
Исследование процессов затопления и опорожнения пойм и развития на них пойменных течений, а также наблюдения за плановыми деформациями русла и развитием ледовых явлений, как правило, требуют участия в этих работах гидролога.
Аэрогидрометрические работы обеспечивают значительное ускорение работ и получение более полной информации.
Последовательные аэрофотосъемки поймы от начала ее затопления до освобождения от воды позволяют получить последовательные контуры затопленных участков. Если при этом известны соответствующие отметки уровня воды, то они могут быть приписаны этим контурам и таким путем оценен рельеф поймы.
При работах на крупных реках с широкой поймой рекомендуется съемка большого массива (участка) поймы в масштабе 1:50 000 и детальные съемки масштаба 1 : 10 000 и 1:5000 для наиболее сложных участков у ЛЭП. Аэрогидрометрические работы позволяют установить направление и величины скоростей течения для любых фаз затопления поймы.
Методика производства аэрогидрометрических работ изложена в Методических указаниях УГМС, № 72 (Л. Гидрометеоиздат, 1966).
Аэрогидрометрические работы заключаются в сбросе специальных поплавков и их фотографировании с самолета через определенные интервалы времени. Это дает возможность проследить траекторию поплавка и вычислить скорость его перемещения. При этом вводится специальная поправка на ветер, для чего необходимо знать его направление и скорость на снимаемом участке по наземным измерениям. Перенос положения поплавков с одного снимка да другой производится обычно принятыми в фотограмметрии методами, например методом проекционных сеток.
Составление фотосхемы требует 5—6 дней, обработка данных одного гидроствора — не более 1 дня (при числе поплавков более 30).
Створы, в которых сбрасываются поплавки, выбираются заблаговременно, по аэрофотоснимку незатопленной поймы или на основе авиаразведки. Они размещаются с расчетом освещения скоростного поля по всей периферии пойменного массива, а также на границах аккумулирующих емкостей. При неполном затоплении они должны освещать скорости течения во всех прорвах по бровке поймы, а также на внутренних прорвах. Кроме того, аэрогидрометрические измерения следует выполнять по всей трассе ЛЭП. Аэрогидрометрические работы могут выполняться при том же залете, что и съемка контуров затопления — вначале снимается общая площадь поймы, а при втором и третьем заходах сбрасываются и фотографируются поплавки.
