Журнал «Профессиональный Геодезист» - Май, 2011 г.

Для проведения работ по изучению изменений уровня воды требуется пересечь крупные пороги и подняться на скалы.

Автор: Тайлер Свит, PLS

 

В рамках исследований изменений уровня воды, отделению Инженерного корпуса сухопутных войск США (United States Army Corps of Engineers) в Сиэтле, в июле прошлого года потребовалось проведение топографических изысканий, для получения данных о тальвегах, створах и переправах, таких, как мосты и трубопроводы, вдоль участка в 23 мили реки Грин-Ривер в Вашингтоне,  в западных предгорьях Каскадных гор. Корпусом была выбрана моя компания, APS Survey and Mapping of Bellevue, Вашингтон для проведения работ по изысканиям, которые одновременно были волнительными, изнуряющими и при этом приносящими удовлетворение.  

Нижняя зона проекта на 37-ой миле реки находилась всего в восьми километрах к востоку от делового района Оберна (Вашингтон, США) и проходила через леса и пастбища. Однако при перемещении вверх по течению удаленность увеличивалась с каждой милей реки. 

Наибольшая часть изысканий проходила в Ущелье реки Грин-Ривер, названном первыми железнодорожниками Орлиным Ущельем. Это изолированный участок реки с отвесными скалами, поднимающимися на 300 футов при ширине ложа реки 70 футов. Бушующая вода выдолбила в скалах пещеры с причудливыми формами. Двадцатиметровые куски скал, которые в далеком прошлом упали в реку, стали гладкими, со странными круглыми отверстиями на поверхности. При перепаде высот более 700 футов, в реке имеется более двадцати порогов класса III и Class IV на расстоянии около 23.3 миль, на которых и производились изыскания.

Топографические работы APS также включали участки реки, проходящие через национальные парки Flaming Geyser State Park, Nolte State Park и Kanaskat-Palmer State Park: на пути встречались лоси, олени, медведи, пумы и койоты. В реке, в определенное время года много мигрирующего лосося, а также нашей команде постоянно попадались на пути речные выдры.  

Фото: Лорен Виллет и Мэтт Хэнсон из APSSurveyandMappingofBellevue, Вашингтон, готовы к спуску по Грин-Ривер для изучения подъема воды по просьбе Инженерного корпуса сухопутных войск США

Подъем уровня воды на реке тщательно регулируется Инженерным корпусом, который управляет дамбой Howard A. Hanson в нескольких километрах вверх по течению, от границ зоны работ, на контрольной станции речного стока Палмер. Доля воды из дамбы подается по трубам от верхнего водораздела и используется в качестве питьевой для города Такома. Корпус управляет уровнем воды у дамбы для обеспечения постоянного потока для города в случае нехватки дождей и таяния снегов. Конечно, основным назначением плотины является защита от наводнения, так соответствующий потенциал должен быть зарезервирован на случай неожиданных ливневых дождей или стока талых вод. Сохранение такого равновесия – это искусство, особенно при экстремальных погодных условиях северо-запада.

Однако, несмотря на хитроумное регулирование, этот изменчивый водный поток являлся постоянной заботой наших геодезистов, выдвигая дополнительные требования к нашим проектам.

Объем вытекающей воды варьировался от низкого уровня в 135 кубических футов в секунду (CFS) до 850 футов с секунду в течение наших изысканий. Поток 850 CFS в узком ущелье может быть минимальный для байдарачнеков, но явно разрушительный и небезопасный, когда мы пытаемся сделать точные измерения вдоль русла реки. Через два дня после завершения изысканий на последнем участке реки, поток ±3000 CFS был освобожден из плотины, который мог стать большой проблемой даже для очень опытных спортсменов, и сделал бы точные измерения невозможными.

Рекогносцировка и контроль

Фото: Бушующая река представляет много проблем для сбора данных, такие как наличие порогов, пещер, вымытых проточной водой и перепадов её высот более 700 футов.

Мы начали нашу работу с рекогносцировки и поиска доступных мест для спуска. Мы знали, что нам потребуются надувные лодки и большое количество оборудования. Это ограничило наш доступ к реке приблизительно шестью точками от национального парка Kanaskat-Palmer State Park вниз к парку Flaming Geyser State Park. Эти места спуска/подъема также имели первостепенное значение в нашем общем плане обеспечения безопасности. Мобильная связь внизу ущелья была в лучшем случае прерывистой и отсутствовала на промежутке 5 миль. Мы включили аварийную радиостанцию в комплект нашего стандартного речного оборудования, потому что пороги на таком участке могли бы быть опасными для жизни.

Как часть плана обеспечения безопасности, APS обратилась к компании River Recreation, которая за 25-ть лет работы заслужила себе отличную репутацию, по вопросу подготовки специалистов и поддержки нашего проекта.  Они проложили маршрут, а также их персонал помог нам выбрать гидрокостюмы, водолазные костюмы, шлемы и другое защитное снаряжение. У нас была надувная лодка Big Sky Inflatables от Мизула, Монтана, а также нам построили два своих плота Grizzly Rafts. Они показались нам очень прочными, безопасными и простыми в управлении. Даже пройдя подготовку и имея защитное снаряжение, мы попросили гидов компании River Recreation сопровождать нашу команду на наиболее технически сложных участках реки.

За первый наш спуск по реке мы подготовили схему контроля. Мы решили ночевать под открытым небом на берегу реки на участке от национального парка Kanaskat-Palmer State Park до Flaming Geyser State Park. Каждый день мы вставали до рассвета, готовили завтрак, собирали лагерь, убирали мусор, и влезали в наши холодные, сырые гидрокостюмы и обувь.  По мере продвижения в глубь ущелья, к порогу IV класса The Nozzle, выбор мест для разбивки лагеря начал уменьшаться. Здесь каждый спал на своем кусочке обнаженной горной породы, привязываясь веревкой на ночь, чтобы не скатиться в ревущую реку. И хотя некоторые могут счесть это опасным мероприятием, единодушной реакцией наших геодезистов было “Я не могу поверить, что мне за это платят!”

Фото: Красивые пейзажи вдоль Грин-Ривер, а также возможность увидеть дикую природу заставляла некоторых геодезистов сказать “Я не могу поверить, что мне за это платят!”

Мы хотели установить пары взаимно видимых контрольных точек с интервалами около 1 500 футов, или в местах, открывавших широкую перспективу реки. В одном из таких мест 25-футовая скала выдавалась в реку. Это был 100 футовый участок, на 25 футов гладкий от проточной воды и по колено покрытый водой. Но по краям и в середине плоской части скалы, река проточила практически идеально круглые выбоины 12 футов глубиной. По внешнему краю река обточила скалу на 18 футов по мере приближения к крутым утесам с другого берега. Значение 25-футовой скалы в наших изысканиях было очевидно, она обеспечивала отличную видимость вверх и вниз по течению. Проблемой было забраться на вершину с GPS-оборудованием и тахеометром.

В ущелье сюрпризы ожидали нас за каждым изгибом реки. Трудно поверить, что такая девственная природа находится в 30 милях от центра Сиэтла.

Из-за глубины ущелья и высоких деревьев по берегам реки мы применяли Trimble R8, пользуясь преимуществом дополнительных спутников системы ГЛОНАСС. Все наблюдения на реке производились в режиме «быстрая статика» (периоды наблюдения по 45 минут) с захватом спутников двух систем. Изначально мы планировали работать в режиме кинематика в реальном времени (RTK) c радио модемами, установив репитеры через стратегические интервалы вниз по ущелью. Однако во время рекогносцировки, мы отказались от этой идеи. Мы даже пытались использовать GSM модемы, чтобы применить систему Washington Virtual Reference System, но затем отказались и от такого подхода. Мы посчитали, что оборудование Trimble R8 будет достаточно надежным и заслуживающим доверия. Мы не хотели тратить ценное время работы людей на не 100%-е методики. Использование режима «быстрой статики» позволило нам снизить требования к покрытию района работ каналами связи и дало нам уверенность в получении результатов, так как оборудование имело защиту от повреждения при неправильном обращении.

Уменьшение GPS-данных позволяло нам периодически контролировать результаты изысканий, при относительной точности по вертикали и по горизонтали лучше 0,05 футов (среднеквадратическое отклонение одна сигма). Несмотря на то, что в нашей маршрутной съёмке использовался односекундный тахеометр Leica TCRP 1201, и все углы дублировались (прямой и обратный), опорная сеть GPS давала команде уверенность при переходе к следующему тальвегу или створу. Полностью полагаясь на съёмку вдоль маршрута, мы беспокоились о том, что могли допустить ошибку, которая дорого обошлась бы нам повторным визитом в это же место. Чтобы попасть на какой-либо участок реки в пределах ущелья требовалось три часа, не включая время поездки до места от нашего офиса. Чтобы выбраться оттуда требовалось такое же количество времени. К счастью, все съёмки были проведены.  

Съёмки

Фото: Среди неожиданных открытий был этот вход в старую угольную шахту.

В зависимости от участка реки съёмка тальвегов производилась с интервалами <50, <100 и <200 футов. Зачастую определить тальвег было достаточно трудно. Большая часть реки устлана 3-10-футовыми валунами. Изменение положения базовой станции даже на несколько дюймов, могло изменить высоту на несколько футов. Когда уровень потока был низким, мы могли идти или плыть по реке, снимая данные в самых низких точках. Когда река была высокой или грязной после дождя, требовалось непрерывно зондировать ложе реки, чтобы найти тальвег. Мы пробовали использовать эхолоты для мониторинга ложа реки, но они работали только до первого валуна, в который мы врезались. В некоторых глубоких местах мы использовали промерный вехи, но в основном пользовались 4-метровым металлическим вешками с 360-градусной призмой. В местах с широкими порогами или бурлящей водой, мы привязывали лодки тросами для длительной фиксации положения. Тахеометр Leica имел удивительные возможности слежения, но не тогда, когда вешку мотает из стороны в сторону, а волны бросают призму вверх и вниз. Во всей этой работе на реке очень важным оказалось терпение, способность решать проблемы и совместные усилия.

Поперечные сечения реки также были трудными. Для каждого участка требовалось выполнить следующие задачи:

  • Дискретность измерений должна быть не реже 1/10 ширины реки;
  • Поперечники должны были простираться от обычного уровня воды до максимального;
  • Для каждого створа необходимо было установить контрольные отметки по его краям;
  • Нужно было фиксировать время и уровень воды при каждом сборе данных (это позволяло нам восстановить скорость сброса воды от гидрометрической станции для данного периода времени);
  • Необходимо было делать серии фотографий в определенном порядке для каждого створа;
  • Оценивать створы в начале и в конце каждого порога, примерно каждые 1 500 футов, либо по предыдущим створам или под любым объектом, пересекающим реку, например, мостом или трубопроводом.

Общее количество поперечников 139, по одному на каждые 885 футов, с точками тальвегов между ними. Проблемы у команды вызвала необходимость удержаться в фиксированной точке в двухметровой лодке на потоке воды, который кидал ее между валунов или порогов. Мы быстро приспособились использовать несколько тросов для контроля ориентации и положения лодки. Упорство принесло свои плоды, когда мы выполнили измерения на всех участках.

Переходить реку вброд было очень трудоемко. Один из рейнджеров парка сказал нам, что фетровые подошвы для перехода по скользким камням теперь запрещены. Ботинки с резиновыми подошвами, которые нам навязали, соскальзывали с круглых камней, что вело к множеству падений. В течение проекта мы потеряли либо испортили: камеру, призму, спальный мешок, пару солнечных очков, обручальное кольцо и радиостанции. К тому же мы сломали семь уключин для весел, три весла, три датчика эхолота, один штатив и кевларовую вешку для призмы. Однако, все это были вещи, которые, как мы и ожидали сначала, потребуют замены.

У команды были четкие инструкции – сначала защищать себя, а потом оборудование. За исключением множества синяков (особенно на коленках от лазания по камням), никто не пострадал.

Последней задачей было осуществление съемок трубопроводов и мостов, пересекающих реку, что требовало повышенной координации между командой геодезистов и владельцами этих сооружений. Зная, что вся информация будет нанесена на трехмерные карты, мы исследовали все объекты сверху донизу. Некоторые мосты возвышались над рекой на высоте 150 футов. Когда точки штриховой съёмки наносились на чертежи, то сводчатые опоры полностью соответствовали этим точкам.

Окончательная обработка

Фото: 23 мили реки Грин-Ривер, входивших в программу исследования, имели десятки порогов класса III и IV.

Окончательное построение карт, профилей и поперечников выполнялось в программе AutoDesk Land Desktop 2009. В то время как APS Survey & Mapping использует AutoDesk Civil 3D 2011, когда наши заказчики попросили использовать ее, мы предпочли более старую версию Land Desktop. Также для проекта на реке Грин-Ривер мы снимали видео для YouTube. В качестве результата работы мы предоставили Инженерному корпусу файлы .dwg программы AutoCAD и файлы .dgn программы Microstation, а также пронумерованные файлы Adobe pdf, с каждым створом и комментариями по ложу реки, уровню воды и времени съёмки створа, координатами XYZ и смещению тахеометра для двух контрольных точек с каждой стороны створа, информацией о всех объектах, пересекающих реку, времени и дате съемок и скорости течения. Дополнительно мы предоставили .pdf файлы с фотографиями вверх, вниз и поперек створа. APS также предоставила ASCII-файлы всех 8000 (и более) точек, снятых во время изысканий.

Итоги

Несмотря на преодоление аномальных и суровых погодных условий, неожиданно высокой скорости течения от дамбы Howard A. Hanson, сложности доступа к реке, усугубленные необходимостью получения разрешений от владельцев прилегающих территорий, все геодезисты APS, работавшие над этим проектом, сказали: “Это была работа всей моей жизни” и они хотели бы повторить такую возможность. Участники команды Лорен Виллет, Ник Пуг, Джейсон Гуд, Мэтт Хэнсон и Роберт Китинг, а также остальные участники APS Survey & Mapping присоединяются ко мне, высказывая искреннюю благодарность Сиэттлскому отделению Инженерного корпуса, за то, что они выбрали нас для проведения этой работы и за представление помощи (временной и финансовой) на всех трех этапах проекта на Грин-Ривер.

Тайлер Свит – профессиональный геодезист в Вашингтоне, Орегоне, Айдахо и Аляске, а также президент компании APS Survey & Mapping, LLC, компании с 15 сотрудниками в Белльвью, Вашингтон. Он проводит изыскания с 1969 года, в том числе на Аляске и в северо-западной части Тихого океана. Тайлер еженедельно работает на месте изысканий и принимал активное участие в съёмках на реке Грин-Ривер.

*Все фотографии любезно предоставлены APS Survey & Mapping.