Теорія i методи визначення i моделювання динаміки рельєфу морського дна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теорія i методи визначення i моделювання динаміки рельєфу морського дна

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Континентальний шельф Свiтового океану є невичерпним джерелом мiнеральної сировини, продовольчих та енергетичних ресурсiв. Освоювання його багатств є одним з напрямкiв розвитку народного господарства України на сучасному етапi її економiчного становлення.

Розробка шельфу з метою забезпечення нашої країни енергоносiями є однiєю з найважливiших задач економiчного та соцiального розвитку України. Пiд час рiшення цiєї задачi особливе мiсце вiдводиться геодезичному розвитку i забезпеченню розвiдки та експлуатацiї родовищ нафти i газу, а також картографуванню шельфу з метою виробничої та наукової дiяльностi.

Пiд час проектування та експлуатацiї морських пiдводних споруд виникає проблема негативного ввпливу динамiки рельєфу дна, яка є однiєю з основних причин виникнення аварiй та пошкоджень. Всi роботи, якi виконують на шельфi, так чи iнакше пов'язанi з морськм дном, рельєф якого постiйно змiнюється внаслiдок пересування пiдводного грунту, що призводить до необхiдностi корегування процесу виконання робiт та додаткових витрат.

В даний момент ще не розроблено єдиного пiдходу до визначення впливу динамiчних процесiв пiдводного рельєфу на морськi об'екти, пiдводнi комунiкацiї, судноплавнi канали, захиснi змiцнювальнi береговi споруди тощо. У зв'язку з цим, неможливо прогнозувати стан морських пiдводних об'ектiв пiд час їх експлуатацiї. Всi вищеназванi причини призводять до значних труднощiв пiд час розташування пiдводних об'єктiв на морському днi. Невiрно вибране мiсцерозтащування об'єктiв призводить до неминучих аварiйних ситуацiй.

Розв'язання проблеми визначення та моделювання динамiки рельєфу морського дна з метою урахування та прогнозування її дiї на пiдводнi споруди стає можливим завдяки розробленим автором методам топографічного знімання, дослiдженню характерних особливостей пересування грунту на днi та встановленню видiв функцiональної залежностi висоти точок рельєфу вiд часу зпаходження споруди на днi. Вирiшення цiєї проблеми тiсно пов'язане з проблемою екологiчної чистоти морського середовища, актуальнiсть якої безперечна.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вирішення проблем запобігання негативного впливу динаміки підводного рель"єфу на морські споруди є одним із найважливіших факторів забезпечення безпеки судноплавства та експлуатації обєктів, які розташовані на шельфі. Робота виконана згідно планів наукової роботи кафедри гідрографії і морської геодезії ОДМА, а також згідно наукових програм гідрографічної служби України і ВМС України Мета і задачі дослідження. Дисертацiйна робота виконувалась з метою методоло гiчного обгрунтування теоретичної та практичної розробки проблем визначення динамiчних параметрiв пiдводного рельєфу в мiсцях розташування морських споруд.

Пiд час досягнення цiєї мети в дисертацiї вирiшенi такi задачi:

- Розробка наукового пiдходу до проблеми визначення впливу динамiки рельєфу морського дна на пiдводнi споруди.

- Розробка теоретичних основ удосконалення сучасних засобiв та методiв топографічного знімання шельфу.

- Розробка методiв пiдвищення точностi визначення просторових координат точок морського дна.

- Теоретичне обґрунтування необхідностi урахування динамiчної дiї рельєфу морського дна на пiдводнi споруди та розробка методiв контролю стану цих споруд.

- Дослiдження i розробка принципово нових методiв визначення швидкостi i напрямку руху ґрунту на морському днi.

- Розробка теоретичних основ розрахунку силової дiї пересувного ґрунту на пiдводнi споруди.

- Розробка математичних моделей динамiки пiдводного рельєфу морського дна.

- Розробка теорiї прогнозування стану пiдводних споруд на шельфi внаслiдок дiї на них динамiчних процесiв рельєфу морського дна.

- Доведення розробок до рiвня ефективного практичного застосування пiд час вирiшення народно-господарських задач.

Наукова новизна одержаних результатiв полягає в тому, що вперше теоретично обгрунтовано та створено методику, яка дозволяє визначити параметри динамiки пiдводного рельєфу i її вплив на споруди, що знаходяться на шельфi. Удосконалено теорiю топографічного знімання рельєфу морського дна з метою визначення його динаміки. Розроблено високоточний метод визначення координат знімального судна за допомогою радiо-геодезичних систем. Виконано дослiдження методiв супутникової геодезiї пiд час знімання шельфу з використанням приймачiв, розроблених в Українi. Отримано формули для введення поправки за рефракцiю звукового променю що пiдвищують точнiсть гiдролокацiйного знімання. Удосконалено систему проектування геодезичних робiт на шельфi. Дiстали подальший розвиток геодезичнi роботи на шельфi за допомогою об'єднання методiв супутникової геодезiї та гiдролокацii морського дна. Вперше розроблено математичну модель динамiки рельєфу морського дна i високоточнi методи знімання цього рельєфу. Розроблено та дослiджено методику прогнозування стану споруд в залежностi вiд динамiки морського дна.

Експериментально дослiджено отриманi формули визначення швидкостi та напрямку пересування пiдводного грунту в часi. Виконанi експериментальнi дослiдження пiдводного рельєфу i на їх основi вперше отриманi формули врахування динамiки висот точок морського дна в умовах експлуатацiї пiдводних споруд на шельфi.

Практичне значення одержаних результатiв полягає в тому що розробленi теорiя, методи i їх дослiдження дозволили пiдвищити ефективнiсть народно-господарських робiт на шельфi моря, а також посилити безпеку судноплавства та експлуатацiї морських пiдводних споруд, для чого розробили рекомендацiї iнспекцiювання морських трубопроводiв; в морських портах України ведуть розрахунки часу розчищення морських судноплавних каналiв; розраховують глибини i найкраще мiсце розташування траншей для пiдводних комунiкацiй; на судноремонтних заводах ведуть розрахунки розмиву або намиву грунту в мiсцях спуску (пiдйому) суден; обирають оптимальнi варiанти укладання пiдводних комунiкацiй, якi розташованi на поверхнi морського дна; аналiзують вплив можливих негативних дiй сил пересувного грунту на пiдводнi споруди; визначають змiнення геометричних параметрiв дзеркала об'ектiв космiчного зв'язку на шельфi.

Результати доcлiджень та розробок впровадженi в структурах i пiдроздiлах Нацiонального агенства морських дослiджень та технологiй, в гiдрографiчнiй службi ВМС України, в морських портах України з метою безпеки мореплавства. Результати роботи впроваджено також на судноремонтних заводах; пiд час дослiдження шельфу бiля острова Змiїний; в проектних та науководослiдних органiзацiях; у вiйськових частинах космiчного зв'язку; в Морськiй академiї пiд час пiдготовки фахiвцiв у галузi гiдрографiї та морської геодезiї. Перспективою розроблених методiв є застосування їх пiд час дослiдження Свiтового океану.

Особистий внесок здобувача. Авторові належить:

1. Удосконалений високоточний метод топографічного знімання рельєфу морського дна з використанням об'єднаних методiв супутникової геодезiї та гiдролокацiї.

2. Метод оптимальної оцiнки координат точок морського дна.

3. Теорiя вcтановлeння закономiрноcтей впливу рiзних зовнiшнiх факторiв на результати гiдролокацiйних вимiрювань.

4. Удоcконалена методика геодезичних робiт на мiлинi iз застосуванням доплеровського ефекту та методу ехолотного зондування.

5. Методи дослiдження точностi геодезичних приладiв, призначених для знімання шельфу.

6. Методи визначення точностi засобiв, якi використовують з метою знімання рельєфу морського дна.

7. Удосконалений високоточний метод нiвелювання площi на локальних дiлянках морського дна.

8. Формули швидкостi i напрямку пересування грунту та його силової дiї на пiдводнi споруди.

9. Математична модель динамiки пiдводного рельєфу.

10. Функцiональнi залежностi змiни висот точок морського дна вiд розташування на шельфi споруд.

11. Методи складання прогнозу стану споруд на шельфi, якi знаходяться пiд впливом динамiчних процесiв рельєфу морського дна.

Розробки автора, якi винесено на захист дозволяють пiдвищити cтупiнь безпеки та надiйностi експлуатацii морських споруд та безпеку мореплавства бiля берегiв.

Апробацiя результатiв дисертацii. Основнi положення дисертацiї були викладенi i обговоренi на:

1. Науково-дослiдних конференцiях Московського iнституту iнженерiв землевпорядкування /1986; 1987; 1988 рр./.

2. Конференцiях молодих вчених та спецiалiстiв на ВДНГ СРСР /1986; 1987; 1988; 1989 рр./.

З. Науково-дослiдних конференцiях професорсько-викладацького Cкладу Омського сiльськогосподарського iнституту /1986; 1987 рр./.

4. Науковiй конференцii профеcорcько-викладацького cкладу Ленiнградського сiльськогосподарського iнституту /1986 р./.

5. Науково-технiчнiй конференцiї ВАГО /м. Калiнiн, 1989 р./.

6. Науково-виробничiй та науково-методичнiй конференцii професорсько-викладацького cкладу Ташкентського iнституту iригацiї, 1987 р.

7. Науковiй конференцiї Одеського гiдрометеорологiчного iнституту, /1989; 1990: 1991 рр./.

8. Науково-практичнiй конференцiї Київського державного технiчного унiверситету будiвництва i архiтектури /1996; 1997 рр./.

9. Наукових конференцiях УТ ГАЗК /м. Київ, 1993; 1994 рр /.

10. Мiжнароднiй науково-технiчнiй конференцiї НВО «Союзморiнжгеологiя», м. Pига. 1989 р.

11. Засiданнi секцiї вченої ради Всесоюзного науково-дослiдного проектного Iнституту морських нафто-газових родовищ / м. Москва, 1987 р./.

12. Наукових конференціях Одеської державної академії будівництва і архітектури / 1991-1997 рр. /.

13. Наукових конференціях Одеської державної морської академії / 1994-1999 рр. /.

Публiкацiї. По темi дисертацiї автором опублiковано 25 наукових робiт з яких 15 увійшли до основного списку, включаючи 1 монографiю i 1 навчальний посiбник.

Структура i обсяг роботи. Дисертацiйна робота складається з вступу, п'яти роздiлiв, заключних висновкiв, списку використаної лiтератури з 175 найменувань i 8 додаткiв загальним обсягом 355 сторiнок друкованих аркушiв. Текстова частина iлюструється 138 рисунками i 71 таблицею. Додатки до дисертацiї мiстять акти впровадження на 9 сторiнках.

Зміст роботи

морський дно рельєф споруда

У в с т у п i наведено обгрунтування актуальностi теми дисертацiї, коротко викладається сучасний стан проблеми впливу динамiки пiдводного рельєфу на морськi споруди шельфової зони, вказується мета дослiджень i наводяться основнi положення, якi виносяться на захист.

Роздiл 1. Аналiз засобiв i методiв, якi дозволяють визначати положення точок рельєфу морського дна у просторi

В цьому роздiлi виконано аналiз i розглянуто методи знаходження планових координат точок рельєфу дна вiдносно знімального судна. Автором розробленi i дослiдженi способи визначення планових кооррдинат опорних морських геодезичних пунктiв з середньою квадратичною помилкою, яка не перевищує 0,5 м.

Пiсля побудови опорної геодезичної мережi на морi, пiд час знімання рельєфу дна, використовують радiогеодезичнi або супутниковi системи.

Автором розроблено метод координування знімального судна, який базується на рiшеннi гiперболiчних рiвнянь з використанням iтерацiйного методу Ньютона. Дослiдження запропонованого методу показали, що в радiусi до 10 км середня квадратична помилка положення знімального судна не перевищує 0.7 м.

Дослiдження точностi роботи рiзних РГС показали, що пiд час топографічного знімання рельєфу дна краще використовувати РГС, якi базуються на частотному принципi, нiж на фазовому.

Супутниковi системи базуються на двох найбiльш розповсюджених методах - геометричному та орбiтальному.

В Українi на базi супутникових систем «Глонасс» i «Навстар» розробляють приймачi сигналiв вiд супутникiв (СН-ЗООО; СН-ЗОО1; СН-ЗIОI; СН-ЗЗОI; СН-3700 та iншi) якi дозволяють проводити роботи на шельфi, в диференцiйному режимi, з точнiстю до 1,0 м.

Дослiдження української супутникової апаратури показали, що вона досить надiйна в роботi i менше пiдпадає пiд вплив зовнiшнiх факторiв за рахунок бiльшої кiлькостi супутникiв, якi дiють у двох системах «Глонасс» i «Навстар».

Пiдбиваючи пiдсумки першого роздiлу автор робить висновки, що методи побудови i обробки морських геодезичних мереж в бiльшостi залишаються такими, як i на березi, але з деякими особливoстями. Радiогеодезичнi системи поряд iз супутниковими вирiшують практично всi задачi, якi пов'язанi з визначенням планових координат точок на днi шельфу.

Роздiл 2. Аналiз засобiв i методiв визначення висотного положення точок пiдводного рельєфу

В другому роздiлi автор розглядає питання, якi пов'язанi iз визначенням висот точок морського дна рiзними способами.

Виконуючи знімання площi морського дна за допомогою гiдролокаторiв отримують знiмки, фрагмент одного з яких показано на рис. 1.

В деяких випадках під час топографічного знімання шельфу, використовують нетрадиційні види знімання, до яких відносять фото та телезнімання із завстосуванням літаків та підводних апаратів. З метою виконання високоточних робіт під час визначення динаміки підводного рельєфу, автором запропоновано використання підводних нівелірів, в розробці і дослідженні яких він брав безпосередньо участь. Відносна помилка визначення позначок рельєфу дна в радіусі до одного кілометра не перевищує 1 см.

За результатами узагальнень і досліджень, виконаних автором, визначено що під час знімання, з метою визначення динаміки підводного рельєфу морського дна, можна використовувати:

ехолотний промір на малих (до 50 м) глибинах з плавним рельєфом, враховуючи коливання рівня моря;

гідролокаційне знімання під час хвилювання моря не більше 2-3-х балів з введенням поправки за рефракцію звукового променю та кута нахилу морського дна під час обчислення глибини, доведено що точність знімання зменшується із збільшенням кута нахилу звукового променя;

нетрадиційні види знімання лише частково, наприклад коли треба візуалізувати частину дна, або з метою розвязання суперечностей, а також під час побудови математичних моделей динаміки підводного рельєфу.

Розділ 3. Розробка методики геодезичних робіт з метою визначення динамічних параметрів підводного рельєфу

В даному розділі автором розроблено три відносно різних методики геодезичних робіт на шельфі з метою визначення пересування підводного грунту. Ці методики переслідують одну й ту ж мету, хоча й відрізняються за точністю і технічним обладнанням. Межі їх використання досить великі, починаючи від завдань забезпечення безпеки судноплавства і закінчуючи задачами, які виникають під час проектування інженерних та гідротехнічних споруд на шельфі.

На першому етапі геодезичних робіт на шельфі в кожній з методик передбачається їх проектування, яке включає до себе рішення таких основних задач: - аналіз та науково-технічну обгрунтованість поставленої задачі; - визначення ступеню знань в колі поставленої задачі; - вибір способу геодезичних робіт; - визначення обєму основних та допоміжних робіт, необхідної точності вимірювання та докладності знімання; обгрунтування доцільності проведення робіт обраним способом.

Першою розробкою автора є методика геодезичних робіт на шельфі за допомогою обєднання методів супутникової геодезії з методами гідролокації. Методика припускає виконання геодезичних робіт в такій послідовності: - складання проекту геодезичних робіт; - побудову опорної геодезичної мережі на березі (з віддаленням району робіт не більше 50 км від берега) та розвиток її на морі; - устанвку базової станції диференційних поправок на опорних пунктах; - виконання знімання шельфу відповідно проекту; - оцінка точності та камеральна обробка результатів знімання; - підготовка матеріалів до звіту.

Аналіз помилок гідролокаційного знімання показав, що найбільший вплив на точність визначення координат точок дна чинять кути крену знімального судна.

Виключаючи джерела виникнення максимальних помилок, автором запропоновано метод визначення координат точок дна з інтерференційної картини гідролокаційного знімка.

Пiд час дослiдження оцiнки точностi результатiв знімання, виконаного за допомогою промiрного комплексу, прийшли до висновку, що координати яскраво виявленої точки на гiдролокацiйному знiмку точнiше визначаються лiнiйною засiчкою нiж полярною, а результати теоретичної оцiнки добре узгоджуються з експериментальною. Помилки у визначеннi координат збiльшуються прямопропорцiйно номеру iнтерференцiйного променя.

Мультиквадрикова апроксимацiя описує рельєф дна плавною функцiєю з помилками вiд 0,15 м до 1,0 м.

Пiд час виконання знімання рельєфу морського дна з метою визначення його динамiчних параметрiв на промiрний планшет необхiдно наносити горизонталi (iзобати) з такою висотою перерiзу рельєфу, яка б дозволила вiдчути навiть дуже мiнiмальнi змiни висоти.

Другою розробкою автора є методика геодезичних робiт на шельфi за допомогою промiрного комплексу «Профiль» i «Галс».

До складу цього комплексу входять доплеровський лаг, який виробляє iнформацiю про швидкiсть пересування знімального судна, та сканерний ехолот. Дослiдження, проведенi автором, дозволили обирати оптимальнi варiанти виконання геодезичного знімання шельфу за допомогою розглянутого комплексу: - швидкiсть судна 7-8 км/год; - хвилювання моря не бiльше 3-х балiв; - температура зовнiшнього середовища бiля 20С; - напруга акумуляторної батареї вiд 24В до 30В.

Для того, щоб зробити дисперсiю Y максимальною вибирали найбiльший характеристичний корiнь коварицiйної матрицi S i позначили його , а нормований характеристичний вектор, який вiдповiдає цьому кореню, позначили .

Дисперсiя кожної головної компоненти дорiвнюватиме вiдповiдному характеристичному кореню i кожна компонента лiнiйно не залежить вiд будь-якої iншої компоненти.

З метою встановлення ступеня впливу того або iншого фактору на якiсть вимiрювань склали двi групи множини. До першої Х_Р увiйшли всi фактори зовнiшнi, якi впливають на роботу системи, а до другої Y_P - середнi квадратичнi помилки вимiрювання вiдстаней m_S, глибини m_H, ширини знімальної смуги m_X. Пiсля проведення аналiзу головних компонент отримали формулу (20).

З метою обчислення масштабу карти та висоти розрiзу рельєфу пiд час зйомки, використовували критерiй надлишковостi iнформацiї, розроблений Ю.К. Неумивакiним. Отримали, що зйомку рельєфу морського дна за допомогою комплексу «Галс» i «Профiль» краще виконувати в масштабi 1:2000 з висотою розрiзу 1 м. Обробляючи матерiали зйомки отримали, що похибки узагальнення рельєфу домiнують над iншими, у випадках коли кути нахилу бiля 1.

Третьою розробкою автора є зйомка пiдводного рельєфу методами нiвелю - вання площi. Цi методи, застосовували на локальних дiлянках /в мiсцях встановлення бурових, де вiдбувається пересування грунту, вздовж траси морських трубопроводiв та iнш./ де необхiдно мати високу точнiсть.

Метод складається з того, що на початку робiт, знімальну дiлянку розбивають на правильнi геометричнi фiгури (квадрати, прямокутники, трикутники) вершини яких закрiплюють реперами з рухомими шайбами. В центрi дiлянки Ц (рис. 4) встановлюють пiдводний нiвелiр, покази якого фiксують та заносять до електронного блоку пам'ятi у реальному масштабi часу з метою спостереження за поверхнею відносності.

Розділ 4. Розробка геодезичних методiв визначення динамiки пiдводного рельєфу, контролю та врахування його впливу на морськi споруди

В цьому роздiлi автор проводить аналiтичний огляд традицiйних методiв визначення динамiки пiдводного рельєфу, пiд час якого приходить до висновку, що вони не дозволяють прогнозувати стан морських споруд внаслiдок дiї на них пересувного грунту.

Основною складовою частиною динамiчних процесiв пiдводного рельєфу є швидкiсть пересування грунту, яка залежить вiд швидкостi течiї бiля дна. Швидкiсть течiї, яка бiльше нiж здiбна зрушати з мiсця окремi частини пiдводного грунту. Цю швидкiсть знаходили багато авторiв пiд час натурних експериментiв у лотках. Пiсля проведеного автором аналiзу, на дiлянках Чорного моря запропоновано використовувати формулу Є.I. Маса.

Методика, яку розробив автор, припускає складання повторних топографiчних планiв на дослiджуваних дiлянках. Попередньо границi дiлянок закрiплюють реперами. Далi на план накладають сiтку квадратiв заданого розмiру (це може бути зроблено на монiторi комп'ютеру з виведенням на плотер). У вершинах кожного квадрату знаходять позначки точок дна.

Рiзниця цих позначок пiд час повторних спостережень є функцiєю пересування грунту на дiлянцi. Якщо поверхню морського дна показати функцiональною залежнiстю Н = f (X, Y), а цю функцiю записати у виглядi полiному К-го ступеню.

Для того, щоб визначити швидкiсть пересування грунту з мiнiмальною помилкою, пiдбирають такий вид апроксимуючої функцiї яка була б максимально вiрогiдною.

Багаторазовi зйомки рiзних дiлянок Чорного, Азовського, Каспiйського та iнших морiв дозволили автору дiстати висновку, що пересування грунту у глобальному значеннi слiд розглядати, як паралельне перенесення основних форм рельєфу.

Запропоновану методику розробляли за експериментальними даними на дiлянках морських трубопроводiв Чорного та Каспiйського морiв. Дiлянки розбивали на сiтку квадратiв, вершини яких закрiплювали реперами з рухомими шайбами i знаходили позначки, використовуючи метод нiвелювання площ. За даною методикою знаходили значення V_Г i порiвнювали їх iз дiйсними значеннями, якi отримали за допомогою методу iндикаторiв. В табл. 3 наведені данi середнiх квадратичних помилок розробленої методики, якi отриманi пiд час експерименту та розрахованi за формулою (35) доводять, що отримана автором формула досить добре узгоджується з потребою в її використаннi.

Пiсля проведення аналiзу швидкостi пересування пiдводного грунту, автором пiд час експериментiв на 24 дiлянках за 9 рокiв спостережень отримано графiк зміни V_Г вiд пори року. 20

Пересувний пiдводний грунт негативно впливає на споруди, якi розташованi на шельфi, за рахунок силової або розмиваючої дiї. На думку дисертанта, силову дiю слiд розраховувати залежно вiд того, як поводить себе грунт вiдносно пiдводної споруди.

1. Якщо грунт пересувається монолiтно i повнiстю спiвпадає з напрямком течiї, дисертантом розраховано формулу знаходження сили тиску на пiдводну споруду.

2. Якщо пiд спорудою вiдбувається розмив грунту за рахунок пiдводної течiї, тодi цей грунт розрiдженим потоком «бомбардує» споруду iз силою.

Пiд час аналiзу впливу дiї пересувного грунту на пiдводнi об'єкти прийшли до висновку, що на стадiї проектування необхiдно розраховувати швидкiсть i напрямок пересувного грунту, а також прогнозувати наслiдки до яких цi дiї можуть призвести.

Роздiл 5. Розробка математичної моделi динамiки пiдводного рельєфу морського дна

В цьому роздiлi автором розроблено математичну модель динамiки пiдводного рельєфу з метою прогнозування наслiдкiв дiї пересувного грунту на морські пiдводнi споруди.

Ця модель складається з двох окремих частин, які вiдображають рiзний стан пересувного грунту.

В першiй частинi дається розробка моделi динамiки пiдводного рельєфу морського дна бiля берега за рахунок наносовiдтворюючих факторiв.

Функцiя пересування наносiв у багаторiчнiй динамiцi рельєфу з однаковим рiвнем моря зводиться до знакозмiнного зсування часток в гpaницяx кожного iз одиничних профелiв. Динамiка рельєфу визначається балансом вздовжберегового потоку наносiв за вiдповiдними коридорами. Пiд час розмиву або акумуляцiї вiдбувається вiдступання або наступ пiдводного схилу паралельно самому собi в границях кожної зони автономно. Просторове положення границь мiж вiдповiдними зонами в цьому випадку не змiнюється.

В моделi, яку запропоновано автором, застосовано спосiб сiткового задавання основних параметрiв динамiки пiдводного рельєфу. Це означає, що вказанi параметри характеризуються в кожний фiксований момент часу у вузлах масштабно-координатної сiтки. Основними результатами розрахунку є значення глибин (висот), якi змiнюються у дослiджуваному iнтервалi часу, в одних тих самих вузлах сiтки. Блок-схему запропонованої моделi наведено на рис. 8.

Означену модель випробовували на дiлянках мiлини бiля берега з пiдводними пригорбками в районi порту Iллiчiвськ, шляхом встановлювання на морському днi батометрiв-накопиiчувачiв. Пiд час випробувань отримали графiки порiвняння розрахованих та натурних даних вздовжберегового потоку.

Розходження Q, у визначеннi основних параметрiв структури вздовжберегового потоку наносiв складаються з: - Q - сумарного видатку за усiма коридорами пересування наносiв; - Q_ocн.-основного видатку в коридорi максимального пересування наносiв; - Q_заг. - загального видатку наноciв; i не перевищують 12%, що в даному випадку є граничною помилкою методу. Дослiдження руху вiдiрваних наносiв показали, що цей фактор призводить до змiни рельєфу дна, формуванню його структури, а в деяких випадках до розмиву або замулюванню споруд на морському днi. Однак, найбiльш небезпечним фактором динамiки рельєфу, який негативно впливає на умови експлуатацiї морських споруд є монолiтне пересування пiдводних грунтiв, модель динамiки яких розроблено автором в другiй частинi запропонованої методики

З метою розробки такої моделi виконували спецiальнi дослiдження, якi полягали у спостерiганнi змiни висот точок рельєфу дна на дiлянках траси морських трубопроводiв на Чорному та Каспiйському морях на протязi 9 рокiв. На пiдставi дослiджуваних значень змiни висоти у вузлових точках сiтки на пiдводних дiлянках отримали таку апроксимовану криву.

Графiк умовно розбито на три перiоди. Для першого перiоду, який продовжується 3-4 мiсяцi пiсля встановлювання споруди на морському днi, характерна досить сильна протидiя зовнiшнього середовища появi в нiй iншого тiла, що являють значнi биття кривої з ксимальною амплiтудою. Для другого перiоду характерне поступове падiння коливань та бiльш постiйне затухання гармонiк. На третьому етапi можна сказати, що споруда стала частиною того середовища в якому вона була розмiщена.

З метою практичної перевiрки запропонованої моделi динамiки рельєфу склали прогноз стану морських трубопроводiв у Чорному морi на один та три роки експлуатацiї. Перевiрку прогнозу проводили за допомогою пiдводного апарату iз використанням телевiзiйного обладнання та гiдроакустичних систем. Пiд час перевiрки встановлено, що прогноз на один рiк пiдтвердився на 90%, а на три роки 80%. Це дозволило зробити висновки про високу вiрогiднiсть розробленої методики. Один iз найяскравiших прикладiв пiдтверження прогнозу є висячий вiдрiзок на трасi морського трубопроводу, який наведено на рис. 11.

Запропонованi автором методи визначення динамiки пiдводного рельєфу практично повнiстю задовольняють потреби у врахуваннi негативних наслiдкiв, якi можуть виникати на морських об'єктах, розташованих на шельфi.

Одним з основних параметрiв динамiки пiдводного рельєфу є швидкiсть пересування грунту, методику визначення якої розроблено в данiй роботi а також розглянуто найбiльш ймовiрнi наслiдки пересування в рiзних зонах шельфу.

Дослiдження, якi виконав автор, показують що рельєф змiнюється шляхом паралельного переносу його основних форм з такою особливiстю, що верхнi та нижнi шари грунту мають тенденцiю до пересування в рiзних напрямках.

Заключнi висновки

В дисертацiї на базi теоретичних та експериментальних дослiджень розроблено теорiю та методи геодезичних робiт на шельфi, якi дозволяють побудувати математичну модель динамiки пiдводного рельєфу. Встановлено закономiрностi змiни параметрiв рельєфу морського дна та розроблено методику прогнозування стану пiдводних споруд на шельфi.

Результати виконаних автором дисертацiї розробок i дослiджень з проблеми визначення динамiчних параметрiв рельєфу дна i його впливу на морськi споруди, дають можливiсть зробити такi висновки:

1. На основi узагальненого аналiзу засобiв та методiв координування знімальних суден встановлено, що пiд час знімання шельфу краще застосовувати частотнi радiогеодезичнi системи нiж фазовi.

2. Розроблений метод визначення координат знімального судна, який базується на рiшеннi гiперболiчних рiвнянь з використанням iтерацiйного методу Ньютона дозволяє отримати координати знімального судна в радiусi 10 км з с.к.п. яка не перевищує О, 7 м.

3. Супутникова апаратура, яку виробляють в Українi досить добре захищена вiд дiї зовнiшних факторiв, за рахунок використання двох супутникових систем водночас, i може бути використана пiд час картографування шельфу з метою визначення його динамiчних параметрiв на великих площах.

4. Поправки за нахил дна до вимiряних глибин треба вводити не до всiх значень, а лише до тих, якi вiдповiдають умовам конкретного знімання.

5. Отриману формулу оптимальної швидкостi знімального судна застосовують пiд час використання ехотралiв, залежно вiд довжини знімальної дiлянки, глибини та кута нахилу дна.

6. Розроблену методику геодезичних робiт на шельфi iз застосуванням методiв супутникової геодезiї i гiдролокацiї використовують пiд час автоматизування процесу знімання. Аналiз похибок методики показує, що з нахиленою вiдстанню R _i 400 м до акусттчного об'єкту, с.к.п. визначення його координат не перевищує 0,4 м.

7. Запропонований метод багатофакторного аналiзу та аналізу головних компонент пiд час дослiдження точностi промiрних комплексiв дозволяє встановлювати i частково виключати дiю зовнiшних факторiв, якi максимально впливають на результати знімання шельфу.

8. Розробленi методи нiвелювання площ iз використанням пiдводних нiвелiрiв застосовують на локальних дiлянках знімання з метою побудови математичної моделi динамiки пiдводного рельєфу. Дослiдження показують, що точнiсть знімання методами нiвелювання площ пiд водою складає 0,01 м за висотою, в pадiyci до 1,0 км.

9. Вперше встановлено, що функцiональний зв'язок мiж швидкiстю пересування пiдводного грунту та порою року має циклiчний характер, а його швидкiсть є похiдною вiд швидкостi придоних течiй.

10. Математичну модель динамiки пiдводного рельєфу шельфу з хвильовидним характером дна розроблено на основi припущення, що висоти точок поверхнi морського дна змiнюються за рахунок ковзання грунту, або внаслiдку мiграцii наносiв.

В першому випадку пересування грунту розглянено, як паралельне перенесения основних форм рельєфу, а в другому, як цiлеспрямоване перенесення грунту в одному з найбiльш глобальних напрямкiв. Пiд час дослiдження математичної моделi базуючись на практичних експериментах, отримали що с.к.п. швидкості пересування пiдводного грунту складає 0,04 дм/мiс i це є величиною одного порядку точностi iз визначенням висот точок морського дна.

11. Вперше розроблено методику розрахунку силової дiї пересувного ґрунту на пiдводнi споруди шельфової зони, яка передбачає розглядання рiзного стану споруд по вiдношенню до фрунту:

- на поверхнi дна коли намивання ґрунту йдеться з «лицьового» боку пiдводної течiї; - на поверхнi дна коли намивання ґрунту йдеться з «тiньового» боку; - йдеться про розмив грунту; - у замуленому станi. Пiд час дiї пересувного грунту споруда може опинитись у станi зависання, коливання або зсуву, тому формули силової дiї залежно вiд стану споруди мають рiзний вид.

12. Вперше встановлено функцiональну та емпiричну залежнiсть висот точок пiдводного рельєфу, якi є функцiєю часу, починаючи з встановлювання морських споруд на шельфi. Змiни висот роздiляють на три етапи, якi тривають вiд 2-х до 5-ти рокiв, доки не наступить плавне вживання споруди до структури рельєфу дна

13. Запропонований метод прогнозування стану пiдводних споруд на шельфi внаслiдок дiї на них динамiки рельєфу дна показав високу ступiнь вiрогiдностi пiд час експериментальних дослiджень.

14. Встановлено, що змiни форм рельєфу вiдбуваються шляхом зсуву верхнiх та нижнiх шарiв грунту в рiзних напрямках вiдносно одне одного, що є дуже небезпечним для споруд, якi знаходяться пiд грунтом на границi цих шарiв.

Таким чином, в представленiй роботi, на наш погляд, вирiшено проблему пiдвищеня ефективностi будiвництва i експлуатацii морських пiдводних споруд на шельфi, а також сприяння безпеки судноплавства у районах портiв i каналiв, за рахунок прогнозування динамiки пiдводного рельєфу дна.

Перелік праць, опублікованих за темою дисертації

1. Гладких И.И. Геодезические методы контроля динамики подводного рельефа на участках морских трубопроводов. - К.: Ротекс, 1997. - 153 с.

2. Гладких I.I. Геодезичнi вимiри на морi. - К.: IСДО, 1995. - 164 с.

3. Маммаев А.А. Апрелев А.Н. Гладких И.И., Проведение инспекции трубопроводов, проложеных на шельфе, геодезическими методами // Геология, бурение и разработка морских нефтяных и газовых месторождений. Москва; Экспрес- информация. -1988. - Вып.6.-С. 9-15.

4. Гладких И.И. Оценка аппроксимации динамики рельефа морского дна за счет движения подводного грунта // Аэрогеодезические изыскания для целей сельского хозяйства.-Москва: МИИЗ. - 1988. - С. 96-107.

Гладких И.И. Маммаев А.А. Апрелев А.Н. Выбор оптимального варианта трассы трубопроводов с учетом динамических процесов подводного рельефа // Разведка и разработка морских месторождений нефти и газа.-Москва: НТИ. - 1989. - вып. 11. - С. 1 - 4.

Гладких И.И. Динамика рельефа на участках трубопроводов, проложенных по дну моря. //

Инженерная геодезия. -1989. - .Вып. 32. - С. 24 - 31.

7. Гладких И.И. Геодезическая съемка трубопроводов в прибрежной зоне их проложения // Геодезические работы в строительстве. - Куйбышев: КГУ. - 1988. - С. 21 - 28.

8. Гладких И.И. Определение факторов взаимодействия подводных грунтов с морскими трубопроводами // Геодезические методы контроля качества строительства. - Куйбышев: КГУ. - 1989. - С. 21 - 33.

9. Гладких I.I. Порядок виконання морських геодезичних робiт на дiлянках розробки морських корисних копалин. // Iнженерна геодезiя. - 1994. - Вып. 37. - С. 43 - 51.

10. Гладких I.I. Геодезична модель динамiки рельєфу на дiлянках пiдводних переходiв магiстральних трубопроводiв // Вiсник геодезiї та картографiї. - 1994. №2. - С. 53 - 62.

11. Гладких I.I, Юркiвський P.Г., Пiдмогильний I.0. На шляху створення гiдрографiчної служби України. // Вiсник геодезiї та картографiї. - 1994. - №2. - С. 133 - 136.

12 Гладких I.I. Геодезичнi роботи у гiдрографiчних дослiдженнях з метою визначення динамiчних параметрів підводного рельєфу. // Iнженерна геодезiя. -1997. - Вип. 38. - С. 37 - 48.

13. Гладких I.I. Визначення замулення судоходних каналiв геодезичними методами. // Інженерна геодезія.1997. - Вип. 38. - С. 49 - 58.

14. Гладких І.І. Геодезичні методи визначення динаміки підводного рельєфу, контролю та врахування його впливу на морські споруди // Вісник геодезії та картографії. - 1999. - №1. - С. 23 - 25.

15. Гладких І.І. Визначення координат точок морського дна з урахуванням динаміки підводного рельєфу // Вісник геодезії та картографії. - 1999. №1. - С. 25 - 27.

Размещено на Allbest.ru

...