Река Ница в Ирбите: промеры русла и мощность донных отложений

Русло в черте города захламлено. На обсохшем иле лежат автомобильные покрышки и бытовой мусор, в воде — топляк. Русло здесь узкое — от двадцати пяти до шестидесяти метров в ширину. Катамарану приходится часто разворачиваться, а дуги разворотов потом отбраковываются при обработке — в расчёт идут только прямые куски галсов.

Часть берегов заросла так, что подойти к воде можно не везде: линии уреза приходилось снимать оттуда, куда удавалось спуститься.

Шестого сентября работу на первом участке заканчивали уже в сумерках, при фонарях.

Ил не отделяется от дна обычным промером. Однолучевой эхолот на одной частоте вернёт одну линию — верх того, на чём стоит лодка. Сколько под этой линией рыхлых наносов и где начинается плотный грунт, из такой записи не узнать. А проекту расчистки нужно именно это: вынимать имеет смысл наносы, а не коренное дно.

Решение — две частоты сразу. Высокая, 191 килогерц, отражается от первой же границы, от верха ила. Низкая, 33 килогерца, проходит сквозь рыхлый осадок и возвращается глубже — от плотного основания. Промежуток между двумя отражениями и есть слой наносов.

Обе частоты работают в одном излучателе, по одной и той же точке дна, в одну и ту же секунду. Это не два прохода и не два прибора — поэтому разница между линиями не зависит ни от уровня воды, ни от того, насколько точно катамаран повторил линию галса.

На снимке экрана обработки видно обе линии сразу. Зелёная — поверхность донных отложений, её даёт высокая частота. Фиолетовый пунктир ниже — кровля плотного грунта по низкой частоте. В подписи под курсором: высокая частота показывает дно на 2,15 метра, низкая — на 2,49. Слой наносов лежит между ними.

Там, где линии сходятся почти вплотную, под катамараном плотное дно и вынимать нечего. Там, где между ними ровный зазор по всей записи, ил лежит сплошным чехлом.

Класс дна определён в каждой из 3 981 точки промера, а по классу назначена мощность отложений. Тёмное на схеме — мягкое дно с наибольшей мощностью, светлое — плотное дно, где наносов почти нет.

Толстый ил лежит пятнами: в заводях, за поворотами, у пологого берега — там, где скорость течения падает и взвесь успевает осесть. На стрежне и на перекатах плотный грунт выходит почти под воду. Сплошная выемка по всей площади участка здесь не оправдана — большая часть ковша пойдёт по коренному дну.

Объём по обследованному руслу — около двенадцати тысяч кубометров при средней мощности слоя десять сантиметров. Само по себе среднее мало о чём говорит: на плотном дне это три сантиметра, на мягком — двадцать с лишним.

Поэтому карта мощности важнее итоговой цифры. По ней видно, какие площади дают объём, а какие только увеличивают площадь разработки. Границы мягкого дна ложатся в проект как контуры первой очереди; отметка кровли плотного грунта — как нижний предел выемки, ниже которого копать нет смысла.

Оценка предварительная. Мощность назначена по классу отражения низкой частоты, а не измерена в каждой точке; она уточняется контрольными измерениями вехой и отбором проб донных отложений. Ожидаемый диапазон после уточнения — от одиннадцати до четырнадцати тысяч кубометров.

По каждому участку построена поверхность дна с изобатами — линиями равных глубин через 0,25 метра. Тёмно-синее — самые глубокие места, светлое — мелководье у берегов и отмели.

Русло на всех четырёх участках несимметричное: глубокая струя прижата к одному берегу, противоположный борт — пологая отмель. Расчищать имеет смысл именно отмели и заводи, где скорость течения падает и оседает ил, а не стрежень, который река промывает сама.

Профиль идёт от верхней границы первого участка вниз по течению на 6,76 километра. Отметки дна — от 48,62 до 58,06 метра в Балтийской системе высот, средняя 54,55.

Самое глубокое место — на 2,1 километра от начала оси. И это не одиночная точка: сплошным отрезком в 730 метров идут глубины больше пяти метров. Такая яма живёт своей жизнью, она не заносится и расчистки не требует, но её нельзя пропустить при расчёте пропускной способности русла и при выборе мест для работы техники.

Резкие подъёмы дна на профиле — перекаты, места, где русло сужается или подпирается. Между ними лежат плёсы с малыми скоростями, где ил и накапливается. Расчистка, назначенная без такого профиля, рискует попасть в участки, которые заносятся обратно за один паводок.

Высотная привязка промеров проверена независимым измерением. По берегам снято одиннадцать контрольных отметок уреза воды спутниковым приёмником на вехе; эти отметки сравнены с моделью водной поверхности, построенной по самим промерам.

Правило исключения объявлено заранее: точка не участвует в контроле, если она дальше двадцати метров от ближайшей линии модели — сравнивать её просто не с чем. Две точки оказались в 52 и 563 метрах и в расчёт не вошли. У девяти принятых это расстояние от 1,3 до 11,3 метра; промежуточных значений нет, и молча не выброшена ни одна точка.

Серым показаны отметки водной поверхности по всем промерам, красными точками — отсеянные выбросы, синей линией — медиана по отрезкам, красной — принятая модель уровня, чёрным — вершины линий уреза. Уровень падает вниз по течению с 58,91 до 58,45 метра; уклон водной поверхности 7,5 сантиметра на километр. Видно и место сбоя спутникового определения высоты около пикета 4000 — эти отметки в расчёт не пошли.

Допустимая средняя погрешность — треть сечения изобат, то есть 0,083 метра: уклоны дна в местах контроля от 3,8 до 15,5 градуса. Ни одно расхождение не вышло за предельное значение. Вторая, независимая проверка — насколько модель водной поверхности следует самим промерам: по всем 345 вершинам линий уреза средняя квадратическая погрешность 0,021 метра.

Стоит сказать и о том, чего этот контроль не проверяет. Он оценивает цепочку «спутниковая антенна — излучатель — уровень воды», то есть высотную привязку. Измеренную глубину и мощность донных отложений он не проверяет: для этого нужны контрольные измерения вехой прямо на дне.

Результат передан не картинками, а рабочими файлами, по которым объём можно пересчитать самостоятельно: цифровая модель поверхности донных отложений и цифровая модель кровли плотного грунта — 3 981 точка промера и 7 548 треугольников в каждой, карта мощности наносов, линии уреза и модель водной поверхности, ось русла с пикетажем и продольный профиль дна.

К ним — ведомость объёмов по отрезкам русла длиной 250 метров, каталог четырёх пунктов съёмочной сети с координатами, отметками и описанием закрепления, ведомость отметок уреза воды на дату работ. Форматы обменные: DWG для чертежа, LandXML для поверхностей, таблицы — для проверки и пересчёта.

Промеры глубин, определение мощности донных отложений, батиметрические планы и подсчёт объёмов выемки выполняются своими силами и на своём оборудовании, без субподряда: безэкипажные катамараны, двухчастотные эхолоты, гидролокатор бокового обзора, спутниковая аппаратура, лазерное сканирование берегов. Обработка идёт в собственном программном комплексе — в нём же читаются обе частоты эхолота и строятся две поверхности вместо одной.

Для расчёта достаточно технического задания или просто границ участка на карте: контур акватории, желаемый масштаб плана и сечение изобат, срок. Если объект попадает в приграничную зону, в зону аэродрома или требует пропусков, разрешения оформляются заранее и входят в срок работ.