В) Стереофотограмметрический метод

В стереофотограмметрическом методе глубины определяются по разности продольных параллаксов точек аэрофотоснимков с изображением дна реки сквозь прозрачный слой воды. При аэрофотосъемке водоемов проектирующие лучи проходят две среды -- воздух и воду, имеющие различные коэффициент преломления. В результате проектирующий луч изменяет направление в воде, и точки дна изображаются на аэрофотоснимке с некоторым линейным искажением (рис. 237). Величина этого искажения находится из соотношения

.

Так как то

(11)

Как известно,

sin /sin = n, (12)

где n - показатель преломления воды.

Кроме того,

tg = r/fk . (13)

Рисунок 237. Измерение глубины стереофотограмметрическим методом

С учетом формул (12 и (13), выражение (11) приводится к виду:

(14)

где обозначено

(15)

Из формулы (14) следует, что искажения контуров на подводных аэрофотоснимках увеличиваются с возрастанием и расстояния от главной точки и уменьшаются с увеличением фокусного расстояния снимающей камеры. Параметр F также изменяется в зависимости от величины радиуса-вектора r до наблюдаемого контура.

Глубина водоема вычисляется по формуле

, (16)

где p- разность продольных параллаксов точек стереопары, измеряемая относительно урезов воды на видимые контуры дна; F1, и F2 -параметры, вычисляемые по формуле (41); хл и хп - абсцисса наблюдаемой точки на левом и правом аэрофотоснимках.

Если принять , то

(17)

При n=1,34, r=50 мм параметр F равен:

Следовательно, для определения глубины потока необходимо каждую измеряемую абсциссу умножать на величину F ,вычисляемую для этой точки, что является трудоемкой задачей.

При использовании аэрофотоснимков, полученных фотокамерой с фокусным расстоянием 200 м и более для рабочей площади, ограниченной радиусом - вектором 40 - 50 мм, можно принимать для всех точек среднее значение параметра F и вычислять превышения по формуле (17).

Для рек с песчаным и каменистым дном и хорошей прозрачностью воды глубина может измеряться стереометодом на крупномасштабных аэрофотоснимках до 5 -6 м с точностью 3 - 5%.

Влияние поперечного уклона реки.

Промеряя глубины, необходимо иметь в виду, что водная поверхность реки имеет некоторый поперечный уклон, вызванный вращением Земли, влиянием центробежной силы на поворотах, действием бокового ветра и др.

Вследствие вращения 3емли уровень воды у правых берегов рек северного полушария несколько возвышен. Величина этого возвышения равна

(18)

где - средняя скорость потока в м/с; - угловая скорость вращения Земли (0.0000729 l/c); - широта места; g- ускорение свободного падения (9,8 м/ ); s- ширина реки.

На поворотах реки дополнительно возникает центробежная сила, под влиянием которой точки водной поверхности, расположенные с внешней стороны поворота, возвышаются над точками, расположенными с внутренней стороны. Величина этого возвышения может быть найдена по формуле

, (19)

здесь R - радиус поворота.

Резкое искажение поперечного профиля водной поверхности вызывается боковым ветр о м и быстрым изменением уровня воды в паводки. В последнем случае вследствие того, что скорость течения в середине потока больше, чем у берегов, средняя часть водной поверхности будет несколько приподнятой при резком подъеме воды и опущенной при сильном спаде ее. На больших реках величина этого подъема или спада воды может достигать нескольких дециметров.

При промерных работах на больших реках необходимо учитывать поперечный уклон реки, развивать высотное обоснование на обоих берегах реки и периодически нивелировать в поперечных профилях правые и левые урезы воды.

2.1.10.4. Обработка материалов

Как уже отмечалось, одновременно с промерами глубин ведутся наблюдения на временных и постоянных водомерных постах за колебаниями уровня воды. Зная высоту уровня в момент промера и вычитая из нее измеренную глубину в зафиксированной промерной точке, получают ее высоту, которую выписывают на плане. По высотам рисуют горизонтали дна. Методом тахеометрической съемки или стереофотограмметрии изображают рельеф берегов и поймы.

Для целей судоходства измененные глубины по наблюдениям на водомерных постах и высотам точек однодневной связки приводят к одной дате, выписывают их на план и проводят линии равных глубин -- изобаты. По высотам дна и глубинам реки на плане изображают линию наибольших глубин.

1) Определение морфологических характеристик реки

Живое сечение реки определяется:

* площадью

* шириной

* смоченным периметром

* гидравлическим радиусом

* средней скоростью

* расходом воды

а) ширина реки – В (рис. 238).

B = S_п.б. - S_л.б.

Рисунок 238 – Определение ширины реки.

б) Площадь живого сечения реки - w в м² (рис. 239):

Рисунок 239.

h_i - отметки воды;

H_i - отметки дна.

в) смоченный периметр p_i (гипотенуза):

г) гидравлический радиус R:

д) средняя глубина h_ср.:

Для равнинных и неглубоких рек R»R_ср.

Профиль живого сечения строят от постоянного начала до промерных вертикалей 2, 3, 4, 5, 6, 7 (рис. 239) и по отметкам дна русла H₂, H₃, H₄, H₅, H₆, H₇. Для этого используют измерения глубин h_i и отметку уреза воды H_{ур в}.

H_{дна i} = H_{ур в.} - h_i

2) Определение скоростей и расходов воды

Скорость воды определяется с помощью поплавков или гидрометрических вертушек.

Первый способ ( с помощью поплавков) основан на перемещении вместе с водой тела, отличного от воды (рис. 240).

Во втором способе ( с помощью гидрометрических вертушек) скорость определяется по числу оборотов лопасти в единицу времени, вращающейся под действием потока.

Рисунок 240 - Способ поплавков

Для определения поверхностной скорости, на берегу разбивают три створа и устанавливают вехи (створы пусков, верхний, нижний, главный).

Расстояние между створами поплавок проходит за время 20-40 мин. Время пересечения верхнего, главного и нижнего створов фиксируется по секундомеру.

Во втором способе определяют число оборотов вертушки n за время t:

.

Затем, по специальной таблице в зависимости от n определяют скорость потока в данной точке:

Расход воды - объем, протекающий через единицу сечения в единицу времени, определяется графоаналитическим способом с использованием средних скоростей на скоростных вертикалях:

(м³/с).

q_i- элементарные расходы;

q_i = v_cp. h_срезки

h_срезки - глубина реки со срезкой по данной вертикали;

b₁,...,b_n - расстояние между вертикалями;

v_ср. - средняя скорость по данной скоростной вертикали.