10903

Рис. 17.7. Горьковское водохранилище. Цифровая модель рельефа озерной части (слева план приплотинного участка в изогипсах) и кривые площадей

зеркала F и объемовW: 1 – на 1955 г. введения водохранилища в эксплуатацию; 2 – уточненные на 2009 г. [244; 319]

60

Рис. 17.9. Камское водохранилище. Цифровая модель рельефа нижней части водохранилища и кривые площадей зеркала и объемов на 1966 г. и 2008 г. [401]

62

Т а б л и ц а 17.1

Морфометрические характеристики Угличского водохранилища [244]

Т а б л и ц а 17.2

Морфометрические характеристики Рыбинского водохранилища

63

Т а б л и ц а 17.3.

Морфометрические характеристики Горьковского водохранилища

Т а б л и ц а 17.4

Морфометрические характеристики Чебоксарского водохранилища

Примечание. Проектные данные по Чебоксарскому водохранилищу при ВПУ = 63,0 м БС в источниках указаны с незначительными расхождениями: полный объем 4600 млн м3 – табл. 17.4 [260] и 4550 млн м3 – табл. 9.1 [380]; площадь зеркала 1080 км2 – табл. 17.4 [260] и 1110 км2 – табл. 9.1 [380].

64

Т а б л и ц а 17.5

Морфометрические характеристики Камского водохранилища

Т а б л и ц а 17.6

Морфометрические характеристики Воткинского водохранилища

Фактическое состояние береговой зоны водохранилища надежнее всего определяется традиционными методами топографии. Однако, это требует значительных материальных и людских затрат и растягивается, как правило, на годы с периодичностью обновления карт в несколько десятилетий даже для урбанизированных территорий. Так, последняя топографическая съемка береговой зоны Камского водохранилища в пределах г. Перми выполнялась в 1970 –х гг. и не отражает ее состояние на сегодняшний день

[162].

Современное положение береговой линии устанавливают путем засечек уреза воды при проведении эхолотной съемки донного рельефа водохранилищ с координатной привязкой через спутниковые системы GPS – CNSS, на сложных для промеров участках привлекая данные дистанционного зондирования Земли. Береговую линию отражают на создаваемой в результате цифровой модели рельефа (ЦМР) [243; 575].

Надо сказать, что не все средства дистанционного зондирования могут дать ожидаемый эффект. Прежде всего успех зависит от разрешения материалов зондирования. Приемлемые результаты при определении положения береговой линии дают спутниковые съемки [44; 162]. Геоинформационный опыт ННГАСУ показал, что, например, от спутника Quick-Bird можно получать снимки с разрешением 0,6 – 0,7 м при ширине полосы съемки 16,5 км. Аэрофотосъемка позволяет получать аналоговые или цифровые снимки небольших участков с разрешением 0,1 – 0,2 м, но организационные и экономические затруднения сдерживают ее применение. Пробовалось проводить фотосъемку участков берегов с беспилотного летального аппарата вертолетного типа – гексакоптера. Точность позиционирования его в пространстве при высоте полета 160 м составляла ± 1,5 м по горизонтали (при порывистом ветре до 8 м/с) и ± 0,5 м по вертикали. Цифровая модель береговой полосы (ортофотоплан) создавалась в программе AgisoftPhotoScan. Однако, опыт пока недостаточен, чтобы оценить достоинства и недостатки этой технологии применительно к фиксации береговой линии водохрани-

лищ [361; 574].

Для оценки точности моделирования плановых контуров водохранилищ реализована редкая возможность сравнения результатов двух независимых исследований. ННГАСУ совместно с Государственным океанологическим институтом (ГОИН) в 2009 г. определил длину береговой линии Горьковского водохранилища при составлении ЦМР с привлечением материалов эхолотной съемки донного рельефа, топографических карт

66

масштабов 1: 25000 и 1: 10000 1963 – 1998 гг. выпуска и данных дистанционного зондирования Земли [319]. ОАО «Кировводпроект» за 2011 – 2013 гг. определило длину береговой линии Горьковского водохранилища в составе работ по установлению границ водоохраной зоны. В качестве «рабочего материала» использовались топографические карты масштаба 1:10000 выпуска 1980 – 2003 гг., а «в особо сложных условиях было проведено уточнение положения береговой линии по результатам полевого маршрутного

Измеренная современная длина береговой линии водохранилища в обоих случаях оказалась больше первоначальной длины, но с расхождением в 287,7 км (около 10 %). Подобная сходимость результатов в гидротехнике считается хорошей, но все же точность моделирования планового контура большого действующего водохранилища оставляет желать лучшего.

Причины приблизительности кроются в следующем:

–определение при эхолотировании координат береговой линии в точках, отстоящих на больших расстояниях одна от другой;

–приблизительная фиксация береговой линии на участках мелководий. Мелководья обычно заболочены и недоступны даже для маломерных экспедиционных судов, непроходимы вдоль уреза воды при полевом маршрутном обследовании и трудноразличимы для монохромного разделения воды и суши на космических снимках;

–неопределенность с учетом или игнорированием притоков до зоны выклинивания подпора;

–использование топографических карт, материалов аэрофотосъемок или результатов зондирования Земли из космоса разных масштабов;

–использование устаревших топографических карт;

–неточное отражение береговой линии на топографических картах. Так, на карте масштаба 1: 25000 положение контуров местности относительно точек съемочной опорной сети определяется с точностью ± 0,5 мм, что соответствует ± 12 м на местности; при измерении отрезка L ошибка в длине

составляет ∆ L= 12√2 = ±17 м. На карте масштаба 1: 10000 соответственно

±7 м;

67

– погрешность при векторизации карт. После сканирования полиграфических оттисков карт ширина контура береговой линии на растровом изображении составляет 3 – 4 пикселя, что соответствует 6 – 8 м на местности по карте масштаба 1: 10000. Векторная линия проводится по середине растрового контура береговой линии. Погрешность в положении береговой линии, векторизованной по растровым изображениям топографических карт, с учетом неточности проецирования карт, может не уложиться в 10 м.

Остается признать, что в работах по уточнению морфометрических параметров больших действующих водохранилищ декларируемая исполнителями точность в отношении длины береговой линии, не препятствуя делать общие заключения, представляется излишне оптимистичной [578; 601].

17.3.Общие закономерности изменения морфометрических параметров водохранилищ в период эксплуатации

Потеря объема водохранилищ мира. По сведениям Международной комиссии по большим плотинам к 1949 г. в мире было построено около 5 тыс., а к концу ХХ в. насчитывалось более 45 тыс. больших водохранилищ. Приблизительно 0,5 – 1 % общих запасов пресной воды в существующих водохранилищах по всему миру теряется ежегодно из-за накопления в них донных отложений. Это означает, что в ближайшие 25 – 50 лет 25 % запасов воды в водохранилищах может быть потеряно. Вывод базирован на линейном тренде выборки из 47 водохранилищ (рис. 17.10), среди которых российских водохранилищ нет [486].

Синтез динамической модели процесса. Известно, что накопление осадков в водохранилищах не подчиняется строго линейному закону [238], поэтому зависимость потери объема от возраста водохранилищ в общем случае не будет линейной. Визуально множество точек на рис. 17.10 похоже на некое облако, отличное от зрительного образа временного ряда. В частности видно, что на какой-то момент зафиксированы результаты измерений не по одному, а по целой совокупности объектов, разброс значений которых обусловлен неустановленными, но явно существующими различиями их свойств. В ННГАСУ предложен метод синтеза аппроксимирующего временного тренда в подобных задачах, учитывающий неоднородность множества объектов, представленных экспериментальными точками [189].

68

Рис. 17.10. Потеря активного объема водохранилищ мира вследствие накопления наносов [486]

Рис. 17.11 Синтезированная модель процесса потери объема Водохранилищ мира в зависимости от возраста [189]

Алгоритм реализован в виде программы, выполненной в среде Visual Basic for Application офисного приложения MS Excel.

Практически применяя метод, исследователь может выдвинуть две гипотезы: рассматриваемые объекты однородные или неоднородные. Результаты расчетов по обеим из них могут подтвердить его интуитивные представления о динамике процесса или войти с ними в противоречие. Исследователь вправе остановиться на той из гипотез, которая соответствует его интуитивным представлениям.

Предложенный метод синтеза дал тенденцию потери объема водохранилищ мира в зависимости от возраста в виде кривой, изображенной на

69