11059

В разных котловинах озера температура неодинакова, так как глубины различны. В районе самых больших глубин температура воды у дна - 3,2 °С. Примерно такая же температура на дне океана.

Вода озера Байкал характеризуется тем, что в весенний период

200 м		Т	= 3.2 + 3.4		0			.
температура по всей глубине практически не меняется и составляет
обычно		о	. Только вблизи поверхности, от глубины 150					-
	температура плавно уменьшается почти до					на поверхности
				незначителен			что конвекция
Возникающий градиент температуры столь						,
воды не возникает.
Воды			Байкала по классификации	О.А. Алекина			относятся	к

слабоминерализованным гидрокарбонатно-кальциевым водам первого типа. Суммарная концентрация растворенных в воде солей составляет около 100 мг/л. Схему рельефа дна озера Байкал см. рис.2.

Рис.2 Рельеф дна озера Байкал

С1969 года на ледовой поверхности Байкала наблюдается неравномерное появление кольцевых структур, которые приводят к подвижкам льда (более 57 кольцевых структур). Схему появления ледовых явлений с 2003 по 2016 см. рис. 3.

Спомощью приемной станции «УниСкан» и программного комплекса EOStation, которые функционируют в Москве (ИТЦ «СканЭкс»)

иИркутске (ООО «Байкальский центр» обнаружены уникальные кольцевые образования диаметром 7 - 8 км, которые формируются на

1350

заснеженном ледовом поле озера Байкал. Летом заметить это явление довольно сложно, т.к. на поверхность поднимаются пузыри газа и лопаются. Кольца появляются по одному или по два, но не каждый год. Хотя кольца имеют значительные размеры, но увидеть их со льда и даже с горных хребтов, окружающих котловину озера, практически невозможно

[1].

Самое аномальное ледовое явление было выявлено в 2009 году в районе мыса Нижнее Изголовье полуострова Святой Нос округлая полынья площадью 35 квадратных километров. Для сравнения, площадь самой крупной «стационарной» полыньи от пропарины, которая зафиксирована в это же время в Баргузинском и Чивыркуйском заливах, составляет не более 0.1 квадратных километра.

Рис. 3 Схема появления кольцевых ледовых явлений с 2003 по 2016 года 1 - Култук, 2 – Посольская банка, 3 – м. Крестовский, 4 – Малое море, 5 – Академический хребет, 6 – Турка, 7 – м. Нижнее Изголовье.

В центре водоворота, несмотря на теплую воду, лед не тает, потому что течения слабые, но ближе к границе потоки сильнее и теплая вода приводит к быстрому таянию.

А. Кураевым (гидролог университета Тулузы) были пробурены отверстия вблизи ледовых колец и установлены датчики, измерявшие на

1351

глубине 200 метров температуру и соленость водяного столба. Наблюдения показали, что вода в водоворотах была на 1-2 теплее, а так же водовороты имеют линзообразную форму, что часто встречается в океанах, но не в озерах.

Круговая структура возникает вследствие всплывания гидрата метана из поверхностного слоя донных отложений, происходит одномоментное поступление гидрата в покоящуюся водную среду, что изменяет эффективную плотность системы.

Гидрат всплывает, увлекая за собой окружающие воды. При прохождении границы устойчивости он начинает интенсивно разлагаться с выделением газовой фазы и кристаллизационной воды, что приводит к понижению температуры и минерализации окружающей жидкости

Гидрат метана – это супрамолекулярное соединение метана с водой, образующееся при низкой температуре и высоком давлении. Вокруг молекулы метана образуется решетка молекул воды (льда). Обычно залегает под слоем вечной мерзлоты или глубоко на дне океана. Внешне гидрат метана похож на лед или рыхлый снег. Соединение устойчиво при низкой температуре и повышенном давлении. Например, гидрат метана стабилен при температуре 0°C и давлении порядка 25 бар и выше.

Если гидрат метана нагревается, либо повышается давление, соединение распадается на воду и природный газ (метан). Если при этом поднести огонь, гидрат метана будет гореть. Поэтому его иногда называют «горящий лед».

По одной из теорий выделение гидратов метана происходит из-за землетрясений в рифтовой Байкальской зоне. На месте разлома земной коры происходит обильное выделение гидрата метана из так называемых грязевых вулканов (вода, газ и ил одновременно выделяются из внутренних слоев донных осадков).

Проведенный анализ показал, что кольцевые явления льда водохранилища озера Байкала происходят из-за выбросов гидрата метана со дна озера в результате особенностей геологического строения и движения земной поверхности. По этой причине эти явления возникают не равномерно и их движение можно отследить благодаря сейсмографическому мониторингу. Также выходы природного газа со дна озера известны давно, и это обычное явление. По мимо образования кольцевых структур гидраты метана могут также активно участвовать в процессах обновления глубинных вод озера.

Литература 1. Балханов В. К., Бушкаев Ю. Б., Хаптанов В. Б. Феномен

образования круговых колец на заснеженном ледовом поле озера Байкал // Журнал технической физики. – 2010. – Т. 80, вып. 9. – С. 34–37.

1352

2.Гранин Н.Г. Окольцованный Байкал // Наука из первых рук, 2009,

№3, с. 22—23.

3.Бордонский Г.С., Крылов С.Д. О природе кольцевых образований на спутниковых снимках ледяного покрова озера Байкал // Исследования Земли из космоса, 2014, № 4, с. 27—31.

В.О. Красиков

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ БЕРЕГОВОЙ ЛИНИИ И ФРАКТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГОРЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА НА БАЗЕ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА

Длина береговой линии водохранилища измеряется по урезу воды при нормальном подпорном уровне (НПУ) [3], однако это является сложной задачей. Сложность заключается в том, что при уменьшении мерного отрезка, получаемое значение длины будет увеличиваться.

Первое задокументированное описание данной проблемы было сделано английским математиком Льюисом Ричардсоном, он провел эксперимент, по измерению длины береговой линии Великобритании [2].

Методика определения длины заключается в следующем. Раствор циркуля-измерителя устанавливается на некоторую заданную длину шага ε, далее необходимо пройтись по береговой линии, начиная каждый последующий шаг там, где закончился предыдущий, таким образом определяется количество шагов N. Количество шагов N, умноженное на шаг измерителя ε, дает приблизительную длину береговой линии. И с уменьшением длины измерителя ε, длина береговой линии увеличивается, причем неограниченно [4].

Такая закономерность исходит из того, что береговая линия представляет собой случайный фрактал. Главным образом фрактал характеризуется фрактальной размерностью D. Таким образом, предполагая, что береговая линия является гладкой (d=1), получим, что длина её стремится к бесконечности. Предполагая, что береговая линия представляет собой плоскую поверхность (d=2), получим, что площадь этой поверхности равна нулю. Следовательно, береговую линию нужно рассматривать, как фрактал с размерностью 1 < D < 2.

Кроме того, фрактальные свойства проявляют также площадь водного зеркала и подводный рельеф [4].

В данной работе в качестве основы для вычисления фрактальных параметров водохранилища (размерности береговой линии D и

1353

коэффициента плановой формы KF) и длины береговой линии была использована цифровая модель рельефа Горьковского водохранилища. В соответствии с [1] цифровая модель рельефа (ЦМР) – цифровая модель местности, содержащая информацию о ее рельефе. Для целей вычисления фрактальной размерности и коэффициента формы на базе ЦМР достаточно одной лишь горизонтали, показывающей урез воды при НПУ.

Цифровая модель (рис. 1а) представляет собой геоинформационную систему в виде баз данных, созданных в программном комплексе (ПК) ArcGIS. Контур береговой линии Горьковского Водохранилища (рис. 1б) получен путем импорта векторных линий из ПК ArcGIS в CAD-файл.

Рис. 1. а) Цифровая модель рельефа Горьковского водохранилища [5] в виде растра высот GRID, б) береговая линия Горьковского водохранилища при НПУ=84,00 м БС, линейный масштаб в километрах

Для вычисления фрактальной размерности береговой линии применен метод Енса Федера [2]. Алгоритм метода следующий.

1.Изображение плана водохранилища покрывается сеткой с размером ячейки ε.

2.Подсчитывается число занятых береговой линией ячеек N.

3.Повторяются шаги 1 и 2 С увеличением размера ячейки ε.

4.Строится график зависимости N (ε) в билогарифмических координатах ln(N) и ln(ε).

5.Методом наименьших квадратов оценивается наклон этого графика, он и представляет собой фрактальную размерность.

1354

Применительно к Горьковскому водохранилищу:

первый шаг (рис. 2б): ε1=500м, ln(ε1)=6,214608 N1=4352, ln(N1)=8,378391 второй шаг (рис. 2а): ε2=1000м, ln(ε2)=6,907755 N2=1842, ln(N2)=7,518607

третий шаг (рис. 2в): ε3=3000м, ln(ε3)=8,006367

Nα3=435,52,0849°ln(N3)=6,075346D = 1,2839

четвертый шаг (рис. 2г): ,

Рис. 2. Обработанные изображения Горьковского водохранилища: а) при размере ячейки ε2=1000 м, б) при размере ячейки ε1=500 м, в) при размере ячейки

ε3=3000 м. Линейный масштаб в километрах; г) график зависимости N(ε) в билогарифмических координатах для Горьковского водохранилища

Коэффициент формы плоских фигур можно вычислить разными способами, применительно к водохранилищам, наиболее корректным способом ªдля определения коэффициента формы будет отношениеA периметра (длины береговой линии) к корню квадратному из площади . Причем, и площадь и длина береговой линии должны быть определены одной мерой [4].

1355

F = √e

(1)

Вданной работе площадь и длина береговой линии вычислены при помощи стандартных инструментов ПК AutoCAD 2022.

Коэффициент плановой формы является безразмерным и количественно характеризует её сложность, чем больше этот коэффициент, тем более сложна форма, в данном случае форма зеркала водохранилища.

Втаблице 1 представлены результаты определения длины береговой линии, площади зеркала, коэффициента плановой формы и фрактальной размерности береговой линии водохранилища на базе ЦМР, также в таблице приведены аналогичные данные, полученные в 2017 году на базе топографических карт масштаба 1:500000 [7].

Всоответствии с классификацией водохранилищ по сложности плановой конфигурации, предложенной в [6], Горьковское водохранилище относится к очень сложной категории.

Таблица 1. Обобщение результатов измерений на базе топографических карт масштаба

1:500000 и ЦМР, и их сравнение

			Длина	Площадь	Коэффициент	Фрактальная
	База	Наименование,	береговой	зеркала,	плановой	размерность
		НПУ, м БС	линии, км	км2	формы	береговой
						линии
	Карты	Горьковское,	1250,80	1446,70	40,91	1,249
	М1:500000	84,00
	ЦМР	Горьковское,	3117,062	1516,366	80,047	1,2839
		84,00

Такое существенное изменение параметров связано с тем, что Цифровая модель рельефа более подробно показывает контур береговой линии в сравнении с топографической картой.

Результаты измерения еще раз подтверждают то, что при увеличении масштаба, береговая линия становится более изрезанной, проявляет признаки самоподобия, в следствии чего результат измерения длины изменился в 2,5 раза, а площадь при этом изменилась незначительно.

Литература 1. ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения :

введ. 01.07.1999. – М. : Моск. печатник, 1999. – 13 с.

2.Иудин, Д. И. Фракталы: от простого к сложному / Д. И. Иудин, Е. В. Копосов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2012. – 200 с.

3.Соболь, И. С. Об измерении длины береговой линии водохранилищ / И. С. Соболь, С. В. Соболь, А. С. Крупинов // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. – 2014. – № 6. – С. 30–43

1356

4.Соболь С. В. Фрактальные параметры водных объектов [Текст]: монография / С. В. Соболь; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2019. – 232 с.

5.Красильников, В.М. Цифровой рельеф ложа и берегов водохранилищ в составе гидродинамической модели Верхней Волги / В.М. Красильников // Приволжский научный журнал, 2013. – №4. – С. 47 – 49.

6.Соболь, С.В. О классификации водохранилищ по конфигурации в плане / С.В. Соболь, Н.Р. Зайнуллина // Приволжский научный журнал, 2017(1). – №2. – С.116 – 124.

7.Соболь, С.В. Фрактальные размерности береговых линий долинных водохранилищ / С.В. Соболь, Н.Р. Зайнуллина // Приволжский научный журнал, 2017 (2). – №2. – С. 252 – 256.

Л.О. Оганесян, М.А. Хехнев

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительныйуниверситет», г. Н. Новгород, Россия

ПРОЕКТ ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРОТИВООПОЛЗНЕВЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ОБЪЕКТЕ ПОЧАИНСКИЙ ОВРАГ

Целью геотехнического мониторинга противооползневых сооружений является обеспечение безопасности строительства и эксплуатационной надежности объекта: «Почаинский овраг».

На данном объекте планируется создание террасного парка с проведением работ по реконструкции коллектора, дождевой канализации

ивыполнением работ по инженерной защите склонов.

Вгеоморфологическом отношении участок располагается на при водораздельном склоне осложненный эрозионными врезами временных водотоков, овражно-балочной сетью. Отметки поверхности земли в пределах участка изменяются от 92,8 до 163,6 м БС. Рельеф пересеченный, с уклоном всеверном направлении в сторону р. Волга.

На объекте предусмотрено размещение 5-и линейных объектов: коллектор ливневой канализации, противооползневые сооружения (подпорные стенки), пешеходный мост (реконструкция), автомобильная дорога ул. Архитектора Харитонова, автомобильная дорога съезд в пер. Лудильный с ул. Добролюбова, пешеходный тоннель под ул. Добролюбова (Лыковая Дамба).

Для обеспечения безопасности строительства и эксплуатационной надежности объекта «Почаинский овраг» разрабатывается проект геотехнического мониторинга.

1357

Контролируемые, при геотехническом мониторинге противооползневых сооружений, параметры сооружений, строящихся на территории с распространением оползневых процессов, приняты на основании требований [таблица 12.1, приложение Л, 1; п. 8.9, 2]. Контролируются следующие параметры:

∙горизонтальные перемещения верха конструкциипротивооползневых сооружений;

∙осадки фундаментов и перемещения несущих элементовпроектируемых и реконструируемых сооружений;

∙горизонтальные перемещения поверхности грунтовогооползневого массива;

∙горизонтальные перемещения грунтового массива по глубине;

∙уровень грунтовых вод в водонесущих горизонтах, влияющих на устойчивость склона.

Для мониторинга горизонтальных перемещений верха конструкций противооползневых сооружений используется пленочный отражатель. Данные марки располагаются на торцах секций ростверков. Класс точности геодезических измерений не менее II [3]. Погрешности измерений не должны превышать регламентированных значений [2]. Размещение осуществляется в нижнем и верхнем уровнях конструкций, с учетом обеспечения однозначного визирования электронным оборудованием для наблюдения, в количестве не менее 1 КИПа на каждый уровень (максимально верхний видимый и минимально нижний видимый)

Мониторинг за осадками фундаментов и перемещениями несущих элементов проектируемых и конструируемых сооружений осуществляется при помощи осадочно-деформационных марок в виде заглубленных в конструкции фундаментов анкерных болтов или металлических штырей.

Внижнем уровне здания, с учетом обеспечения однозначной установки инварной рейки для наблюдения, в виде заглубленных в конструкцию или неразъёмно соединенных (приваренных) с конструкцией деформационных марок, позволяющих проводить определение просадки точки.

Для наблюдений за массивом грунта используются поверхностные геодезические марки. Верхняя часть марки в пределах 5-20 см возвышаетсянад землей, а нижняя — устанавливается на 0,5 м ниже глубины промерзания.Конструкция марки имеет металлическую головку, заточенную в виде полусферы с высверленным в центре отверстием,

достаточным для установки в него переносного щитка с изображением визирной цели.

После установки все поверхностные геодезические марки нумеруются ипривязываются к местным предметам, створам, создаваемым

1358

направлениям наместные ориентиры.

Измерение глубинных деформаций грунтового массива выполняются параметрическим методом с помощью инклинометров. Измерение деформаций грунта производится в соответствии [1].

Инклинометрическая колонна представляет собой трубы из АБС- пластика, соединенные между собой в пазах, дополнительно скрепленные заклепками. Длина одной трубы 3,0 м. Колонна погружается в пробуренную скважину, глубиной от 30 до 70 м в зависимости от места ее расположения, оборудованную не извлекаемой обсадной трубой диаметром 160 мм. Между обсадной и инклинометрической трубой укладывается цементопесчанная смесь. В нижней части колонна имеет конусообразную заглушку, а с сверху защитный запираемый стальной кожух.

Выполнение измерений производится цифровым вертикальным скважинным инклинометром (например, «УСМ-ИСП-В». Погрешности измерений не должны превышать 2-3 мм на 10 м [таблица А1, 2]

Измерение уровней грунтовых вод в водонесущих горизонтах определяется визуально-инструментальным методом с помощью пьезометров. При определении уровня грунтовых вод применяется визуально-инструментальный метод. Погрешности измерений не должны превышать 10 мм [таблица А1, 2].

Учитывая сложность территории, необходимость многолетних наблюдений и большие перепады высот была составлена схема размещения сети наблюдений (рис 1).

Геотехнический мониторинг проводится в 2 этапа:

∙начальный этап, в течение которого выполняется установка марок, инклинометров и пьезометров, выполняется фиксация первоначального положения марок, пьезометров и инклинометров;

∙этап мониторинговых измерений, в течении которого выполняются измерения контролируемых параметров, составляются промежуточные отчеты, выполняется анализ результатов измерений.

Сроки и периодичность проведения геотехнического мониторинга определяются согласно таблице 12.1 [1] при строительстве зданий и сооружений, а также для массива грунта

Сроки выполнения геотехнического мониторинга необходимо продлевать при отсутствии стабилизации изменений контролируемых параметров.

Результаты геотехнического мониторинга отражаются в отчетной документации. В состав отчета входят:

- начальный отчет с описанием методов наблюдений за измеряемыми параметрами, характеристиками оборудования применяемого на объекте мониторинга, результатами оценки точности измерений, схемами фактического расположения участков измерений

1359