Промеры глубин у причалов: как подтверждают навигационные глубины в порту

Раз в год у причала появляется бригада с промерным комплексом. Через неделю порт получает планшет глубин, и по нему решают, судно какой осадки можно поставить к стенке. Со стороны это выглядит просто: проехали по акватории, записали глубины, нарисовали план.

На деле в этой работе три места, где легко получить красивый, но неверный результат: отсчётный уровень, раскладка галсов и слой ила на дне. Разберём их по порядку — и заодно расскажем, как мы работаем, когда в порту не принимается спутниковый сигнал.

Дно у причальной стенки не стоит на месте. Его перемешивают винты судов на отход, к нему приходят наносы, у кордона подмывается постель, просаживается грунт за шпунтом. За один навигационный сезон картина меняется настолько, что прошлогодние отметки перестают описывать реальность.

Поэтому свежий промер нужен сразу нескольким людям:

• капитану — он принимает решение о швартовке по фактической глубине, а не по проектной;

• администрации морского порта — она подтверждает, суда какой осадки причал может принимать;

• эксплуатирующей организации — по модели дна подмыв постели виден раньше, чем деформации на самом причале;

• проектировщику дноуглубления — промер до работ даёт объём выемки, промер после подтверждает проектную отметку.

Самая частая подмена в этой работе — выдать за глубину то, что намерил эхолот. Прибор измеряет расстояние от излучателя до дна в тот момент, когда катамаран прошёл над точкой. А навигационная глубина отсчитывается от нуля глубин — условной поверхности, к которой привязаны все отметки на карте и в паспорте причала.

В приливном море разница между этими числами — метры. В Кольском заливе уровень за смену уходит и возвращается настолько, что промер одного и того же места утром и вечером даст отметки, отличающиеся больше, чем допуск на всю работу.

Поэтому промер всегда идёт вместе с наблюдениями за уровнем:

• на кордоне устраивается временный уровенный пост — водомерная рейка с ценой деления один сантиметр;

• отсчёты снимаются не реже одного раза в десять минут всё время работы на воде;

• нуль рейки привязывается нивелированием к реперу, переданному заказчиком, — в начале и повторно в конце работ;

• в измеренные глубины вводится поправка за уровень интерполяцией по времени между отсчётами;

• связь нуля глубин с Балтийской системой высот приводится в отчёте формулой связи.

Сюда же относятся ещё две поправки, без которых результат поплывёт. Первая — за скорость звука в воде: она зависит от температуры и солёности, и разница между фактической скоростью и справочной на глубине двенадцать метров даёт расхождение до 0,26 метра — заметно больше собственной погрешности эхолота. Вторая — за заглубление излучателя, которое замеряется и контролируется тарированием по контрольной пластине в начале и конце каждой смены.

Второе место, где легко ошибиться, — направление промерных галсов. У причала глубины нарастают от стенки в сторону акватории, то есть рельеф меняется поперёк причальной линии. Значит и галсы кладутся перпендикулярно кордону: так каждый профиль описывает откос целиком. Галс, идущий вдоль стенки, проходит по одной изобате и про рельеф не говорит ничего.

Звучит очевидно, но ошибиться стороной проще, чем кажется: у причалов с изломом и у пирсов с тремя рабочими сторонами направление на глаз не определяется. Поэтому его считают — по каталогу координат поворотных точек границы участка, а не прикидывают по картинке. Мы однажды поймали такую ошибку уже на готовой схеме: сеть галсов построил тот же скрипт, который рисовал схему, и схема подтверждала сама себя.

Что ещё важно в раскладке у причального фронта:

• на изломах причальной линии добавляются галсы через вершину угла, в головной части пирса — веером;

• поперёк основных галсов прокладываются контрольные, сличение глубин делается во всех точках пересечения;

• прикордонная полоса шириной несколько метров промеряется наметкой с борта, отметка кордона снимается тахеометром с берега;

• шаг между галсами берётся по масштабу плана и характеру рельефа, а не «как получится».

Третье место — и самое дорогое в деньгах. В портовых акваториях на плотном основании лежит слой жидкого ила: вязкая взвесь, которая для судна препятствием не является — корпус проходит сквозь неё, не теряя управляемости. И вот здесь решается, какую цифру порт объявит проходной осадкой.

Система глубин у причала задана РД 31.35.10-86, приложение 7. Навигационная глубина там определена не геометрически, а по назначению: это глубина, «обеспечивающая подход к сооружению, стоянку у него и отход от сооружения расчётного судна при самых неблагоприятных расчётных условиях». Проектная глубина — это навигационная плюс запас на заносимость за межремонтный период. То есть норматив прямо признаёт, что между дноуглублениями дно заносится, и отделяет судоходную глубину от геометрии выемки.

Чего в отечественных нормах нет — так это указания, где внутри мягкого слоя проходит та самая граница. А от неё зависит всё.

Многолучевой эхолот и однолучевой на высокой частоте — 200–210 кГц — отражаются от верхней кромки жидкого ила, от так называемого лютоклина. Эту отметку они и выдают за дно. Низкая частота, 24–33 кГц, проходит сквозь взвесь и возвращается от плотного горизонта ниже. На эхограмме это две линии, и расстояние между ними — мощность текучего слоя.

Разница не академическая. Если порт считает глубину по верхней кромке, он объявляет проходную осадку меньше действительной и платит за выемку грунта, который судоходству не мешал. Если считает по нижней без проверки — рискует посадить судно на плотное дно. Правильный ответ лежит между ними, и его надо измерить, а не назначить.

Международная практика ввела для этого понятие навигационного дна. Рабочая группа 30 PIANC в 1997 году определила его как уровень, на котором физические свойства грунта достигают предела, за которым касание килем вызывает либо повреждение, либо недопустимое ухудшение управляемости судна. То есть граница проводится не по плотности вообще, а по тому, с какого момента грунт становится помехой.

Отчёт PIANC № 121 (2014), приложение E, сводит критерии действующих портов:

• плотность 1200 кг/м³ — Роттердам, Зебрюгге, Эймёйден, Нант-Сен-Назер, Бордо;

• 1250–1300 кг/м³ — Дюнкерк; 1300 кг/м³ — Итажаи;

• предел текучести 70 Па — Эмден, 50 Па — Гамбург;

• вязкость 10 Па·с — подходные каналы Германии;

• в США единого критерия нет — назначается по объекту.

Единой цифры, как видно, нет и в мире: критерий свой у каждого порта и закрепляется решением портовых властей. Но сам подход общий — навигационное дно ищут ниже верхней кромки ила.

Оборудование выбрано именно под эту задачу. Промер идёт двухчастотным однолучевым эхолотом, и заказчик получает не одну поверхность, а две: по верхней кромке мягкого слоя и по плотному горизонту под ним. Между ними — карта мощности текучего слоя.

Низкие частоты для такой работы предписывает и отечественный документ: РД 31.74.04-2002, пункт 5.8.4, при большой концентрации взвешенных частиц рекомендует исполнительный промер эхолотом на низких частотах — с контрольным промером в отдельных точках наметкой или лотом. Этот контроль мы и выполняем: он привязывает акустику к прямому замеру.

Что это даёт заказчику:

• проходную осадку, обоснованную измерением, а не отметкой верха взвеси;

• объёмы дноуглубления по плотному горизонту — без оплаты выемки жидкого ила, который судну не мешает;

• карту, где текучий слой есть и где его нет, — чтобы работать точечно, а не по всей акватории;

• точки, в которых прямой контроль подтверждает акустику.

Честно о границах применимости. Критерий навигационного дна — вопрос не наш, а портовых властей и заказчика: плотность или предел текучести назначаются решением по объекту, а мы под этот критерий даём измерение и точки прямого контроля. Разделительная способность низкого ствола — около тридцати сантиметров, слой тоньше он не разделит. На крутых откосах и бровках разница частот к мощности слоя не пересчитывается: первый отклик приходит с ближнего края луча, и «слой» там рисуется там, где его нет. Плотность акустика не измеряет вовсе — её дают проба или зонд. Поэтому сдаточная отметка дна идёт по высокочастотному стволу, а нижний горизонт мы подаём как навигационную оценку, подтверждённую прямым контролем, и прямо это пишем в отчёте.

В морских портах приём спутникового сигнала бывает неустойчивым, и заказчики нередко предупреждают об этом прямо в письме. Мы не держим это как аварийный вариант — на портовых объектах работа без спутников у нас основной способ.

Устроено это так:

• роботизированный тахеометр ставится на пункте обоснования на кордоне причала;

• он автоматически ведёт отражатель на мачте катамарана и передаёт координаты на борт не реже раза в секунду;

• плановая привязка идёт от пунктов на берегу, а не от спутниковой сети;

• высоты определяются тригонометрическим нивелированием тем же прибором;

• в начале и в конце каждой смены координаты контрольного пункта определяются заново — расхождение не более 0,2 миллиметра в масштабе плана.

Побочная выгода этого способа — независимость от качества связи и от базовых станций. Минус честный: нужен человек на берегу у прибора и прямая видимость на всю акваторию работ, поэтому на больших открытых площадях способ становится неудобным.

Заказчик в порту почти всегда просит приложить сертификаты и паспорта на приборы. Это разумно: цифра в отчёте стоит ровно столько, сколько стоит подтверждение прибора, которым она получена. Поэтому у нас есть правило: в программе работ называется только тот прибор, на который есть действующий документ.

Что мы прикладываем к портовым работам:

• эхолот MOL'T Boats Sonar — наш собственный тип средства измерений, регистрационный номер 97852-26, погрешность ±5 сантиметров на глубинах до 15 метров при межповерочном интервале два года;

• гидролокатор бокового обзора MOL'T Boats SideScan — поверен в составе того же комплекса;

• роботизированный тахеометр — действующее свидетельство о поверке;

• программа обработки — наша разработка, в реестре российского программного обеспечения.

Для сравнения: действующий руководящий документ на технологию промерных работ требует точности отсчёта ±0,10 метра на глубинах от 5 до 20 метров. Наш эхолот на этих глубинах даёт ±0,05 метра — то есть проходит в допуск с двойным запасом. Это не маркетинговая формулировка, а число из описания типа средства измерений, которое можно открыть и проверить.

• планшеты глубин в заданном масштабе, в бумажном и электронном виде, оформленные по требованиям принимающей организации;

• технический отчёт с методикой, оценкой точности, копиями свидетельств о поверке и исполнительными схемами;

• цифровую модель рельефа дна и каталог отметок в обменном формате — ложится в проект без переоцифровки;

• изобаты и профили по причалам, сравнение с проектной отметкой и с прошлой съёмкой;

• фото- и видеоматериалы хода работ.

Материалы для администрации морского порта и материалы для проектировщика — это разные комплекты, оформленные по-разному. Мы делаем оба и не заставляем заказчика переделывать один в другой.

Промерный комплекс, которым мы работаем в портах, — безэкипажный катамаран массой десять килограммов, в транспортном положении помещающийся в багаж. Он летит на объект вместе с бригадой, спускается на воду вручную вдвоём и не занимает причал под стоянку.

На малой акватории у причалов это решает вопрос цены. Фрахт промерного судна в порту обходится в 40–50 тысяч рублей за судо-сутки, и на объекте в полгектара аренда стоит дороже самой съёмки. Плюс осадка пять сантиметров позволяет подойти к стенке ближе, чем подходит катер, и не рисковать бортом о кранцы и отбойные устройства.

Больше ста десяти объектов по стране. По морям и бассейнам:

• Баренцево и Белое моря — Мурманск, Кемь, Нарьян-Мар;

• Балтика — Усть-Луга;

• Чёрное и Азовское моря — Новороссийск, Керчь, Тамань, Сочи;

• Дальний Восток — Владивосток, Хабаровск, Бечевинская бухта, Северо-Курильск, Магадан;

• Северный морской путь — Дудинка, Хатанга;

• внутренние водные пути — Городец на Волге, Байкал.