По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 528.47

Использование математических моделей водной поверхности для геодезического обеспечения строительства объектов агропромышленного комплекса

А. И. Уваров канд. техн. наук, доцент кафедры геодезии и дистанционного зондирования, ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск, E-mail: ai.uvarov@omgau.org
Н. А. Пархоменко канд. с.х. наук, доцент кафедры геодезии и дистанционного зондирования, ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск, E-mail: na.parkhomenko@omgau.org
А. С. Гарагуль канд. с.х. наук, доцент кафедры геодезии и дистанционного зондирования, ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск, E-mail: as.garagul@omgau.org

Целью исследования в статье являлось выполнение анализа возможностей применения математических моделей водной (уровенной) поверхности рек и водоемов для передачи высот. Применение эмпирической математической модели, полученной для реки Иртыш в районе г. Омска, позволяет определять высоты на исследуемом участке с точностью порядка 0,1 м. Для определения высоты уреза на выбранном участке работ необходимо получить: отметку уреза воды на водомерном посту; расстояние по течению реки от водомерного поста до участка работ. Желательно фиксирование уровня воды на водомерном посту и участке работ выполнить одновременно. Для передачи высот с берега на берег по программе нивелирования III класса предложена технология работ, включающая закладку временных реперов на берегах, фиксирование уровня с помощью специальных устройств, передачу высот зафиксированного уровня воды на временные репера. Предложены простые конструкции устройств для точного фиксирования уровня. Выявлены факторы, влияющие на точность передачи высот, это: фиксирование уровня воды, влияние центробежных сил потока, силы Кореолиса, вызываемой вращением Земли, ветровой нагон. Выполнен расчет ожидаемых величин погрешностей, определяющих точность передачи высот, для исследуемого объекта. Точность фиксирования уровня по предложенной методике обеспечивается порядка 1 мм, перепад высот у разных берегов за счет сил Кореолиса на исследуемом объекте составил 0,007 м. Влияние центробежных сил при радиусе поворота в 500 м вызывает перепад высот у противоположных берегов в 0,1 м. Разработаны рекомендации по передаче высот с берега на берег по программе нивелирования III класса, обеспечивающие заданную точность.

Литература:

1. Popielarczyk D. RTK Water Level Determination in Precise Inland Bathymetric Measurements. 25 th International Technical Meeting of the Satellite-Division of the Institute-of-Navigation, SEP 17–21. — 2012. — Р. 1158–1163.

2. Churuksaeva V. Mathematical Modeling of a River Stream Based on a Shallow Water Approach. 4th International Young Scientist Conference on Computational Science, 2015; Athens; Greece; 25 June 2015 до 25 June 2015; Procedia Computer Science. — 2015. — Vol. 66. — Р. 200–209.

3. Korablina A. D., Arkhipkin V. S., Samborski T. V. Modeling features formation storm surge in a dynamic system white sea — Mouth area northern Dvina River» Vestnik Moskovskogo Universiteta, Seriya 5: Geografiya. — 2016. — Vol. 2016January. — Issue 1. — Р. 78–86.

4. Седышев М. Е., Уваров А. И., Хлынцева Е. О. Геодезический мониторинг русловых деформаций в местах строительства и эксплуатации подводных переходов магистральных трубопроводов через реки Западной Сибири: монография. — Омск: Изд-во ФГОУ ВПО ОмГАУ, 2005. — 144 с.

5. Matskevich N. A., Chubarov L. B. Exact Solutions to Shallow Water Equations for a Water Oscillation Problem in an Idealized Basin and Their Use in Verifying Some Numerical Algorithms. — 2019. — Vol.12. — Issue-3, Jul. — Р. 234–250.

6. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. ГКИП (ГНТА) 0301003. — М.: ЦНИИГАиК, 2004. — 224 с.

7. Уваров A. M., Пархоменко Н. А. Повышение точности фиксирования уровня водной поверхности при геодезических работах на реках // Материалы Международной научно-практической конференции «Геодезия, землеустройство и кадастры: вчера, сегодня, завтра», посвященной 95летию землеустроительного факультета Омского ГАУ. 29–30 марта 2017 г. — Омск: Омский ГАУ, 2017. — С. 374–378.

8. Krzyk M., Četina M. Analysis of flow in a curved channel using the curvilinear orthogonal numerical mesh // Journal of Mechanical Engineering. — 2018. — Vol. 64. — Issue-9. — Р. 536–542.

9. Gholami A., Akhtari AA. Minatour Y., Bonakdari H., Javadi A. A. Experimental and numerical study on velocity fields and water surface profile in a strongly-curved 90 degrees open channel bend. Еngineering applications of computational fluid mechanics. — 2014. — Vol. 8. — Issue-3. — Р. 447–461.

10. Mi Y. S., Liu Y., Luo T., Guo B. L. On the Cauchy problem for the shallow-water model with the Coriolis effect // Journal of differential equations. — 2019. — Nov 15. — Vol. 267. — Issue-11. — Р. 6370–6408.

11. Liu X., Chertock A., Kurganov A. An asymptotic preserving scheme for the two-dimensional shallow water equations with Coriolis forces // Journal of computational physics. — 2019. — Vol. 391, Aug 15. — Р. 259–279.

12. Luo T., Liu Y., Mi Y. S., Moon B. On a shallow-water model with the Coriolis effect // Journal of differential equations. 2019. — Vol. 267. — Issue-5. — Aug 15. — Р. 3232–3270.

13. Gui G. L., Liu Y., Luo T. Model Equations and Traveling Wave Solutions for Shallow-Water Waves with the Coriolis Effect // Journal of nonlinear science. — 2019. — Vol. 29. — Issue-3, Jun. — Р. 993–1039.

14. Ong H., Roundy P. E. Linear effects of nontraditional Coriolis terms on intertropical convergence zone forced large-scale flow // Quarterly journal of the royal meteorological society. — Р. 2445–2453.

Первое звено агропромышленного комплекса включает такие объекты, как мелиоративные системы. Мелиоративные системы представляют собой сложные инженерные сооружения, связанные с использованием воды. При проведении инженерных изысканий для проектирования строительства, эксплуатации и ликвидации таких инженерных сооружений или их элементов, расположенных на акватории или на берегу, необходима геодезическая основа в виде пунктов плановых и высотных сетей. В настоящее время для этих целей плановые сети создают либо спутниковым способом с определением координат приемниками глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), либо комбинированным способом. При использовании комбинированного способа координаты опорных пунктов определяют с помощью измерений приемниками глобальных навигационных спутниковых систем. Координаты точек съемочной сети получают проложением полигонометрических ходов между опорными пунктами с использованием электронных тахеометров. Высотную сеть создают геометрическим нивелированием — нивелирами, тригонометрическим нивелированием — электронными тахеометрами или приемниками ГНСС.

При работе на берегах рек, озер, водохранилищ, на шельфе морей часто требуется передавать высоты на противоположный берег или на значительное расстояние вдоль берега. Эта задача, как отмечается в работе [1], может быть легко решена с помощью ГНСС приемников, обеспечивающих заданную точность определения высот и благоприятных условий для производства спутниковых измерений (открытое небо и отсутствие помех для прохождения спутниковых сигналов). Рассмотрим пути решения этой технической задачи, если применение ГНСС измерений невозможно или затруднительно.

В научной литературе в работах [2–6] и других описаны возможности использования математических моделей рек для решения различных инженерно-технических задач. Нами исследована возможность использования математической модели уровенной поверхности реки для решения геодезических задач — передачи высот. По материалам геодезических работ, проведенных сотрудниками кафедры геодезии ОмСХИ на реке Иртыш в районе города Омска [4], получена математическая модель уровенной поверхности для участка протяженностью 92 км. При расчете модели использован метод наименьших квадратов. Исследуемый участок реки располагался между двумя водомерными постами Покрово-Иртышским и Омским. Данные для построения модели получены по шести циклам наблюдений в течение двух лет при различных гидрологических режимах реки. С использованием математической модели уровенной поверхности получена эмпирическая формула (1), позволяющая вычислять высоту уреза воды в любом месте исследуемого участка,

Для Цитирования:
А. И. Уваров, Н. А. Пархоменко, А. С. Гарагуль, Использование математических моделей водной поверхности для геодезического обеспечения строительства объектов агропромышленного комплекса. Проектные и изыскательские работы в строительстве. 2023;7.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: