XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование состояния берега реки Нуны-Яха у подмываемой опоры моста
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
В школьном научно-исследовательском центре «Перспектива» ведутся исследования по изучению последствий таяния многолетней мерзлоты. Изначально мы использовали возможности лазерной рулетки для определения высоты деревьев и кустарников. Дело в том, что современная наука для измерения рельефа местности использует аэрофотосъемку выполненную с помощью квадрокоптера, с последующим переходом в 3D ортофотопан местности. Но точным измерениям высот рельефа местности мешают деревья и кустарники. Так как крайние точки их макушек становятся отсчетными на плане рельефа местности. Мы предполагаем, что можно исключить высоту и ежегодный прирост деревьев и кустарников из цифрового анализа поверхности рельефа местности. Для этого необходимо измерить высоты небольших деревьев и кустарников с помощью лазерной рулетки.
У нашего прибора есть возможность указывать лазерным лучем вертикальную отметку на геодезической рейке и фиксировать одновременно горизонтальное расстояние до самой реки. Эта особенность прибора позволяет без особых сложностей проводить геодезическую съемку объекта с крутыми берегами. Прибор компактен и удобен в использовании.
Фото 1,2,3. Устройство с лазерной рулеткой для измерения крутых берегов
С осени 2021 года его используют в однодневных научных экспедициях. С помощью прибора измерялся прирост деревьев, берега высохших термокарстовых озер, берега рек Таз, Вэсако-Яха, Нуны-Яха, Самбота-Яха.
С весны 2022 года мы участвуем исследованиях связанных с подмывом мостовой опоры на реке Нуны-Яха. Наш прибор пригодился для изучения разрушения берега реки у мостовой опоры из-за таяния многолетней мерзлоты и сноса песчаного грунта водами реки Нуны-Яха. Крутой берег реки не давал возможности использовать штатный прибор нивелир. Поэтому использовали наш прибор для мониторинга береговой линии реки у мостовой опоры.
Фото 4. Подмыв мостовой опоры на реке Нуны-Яха.
До 2022 года мы не проводили исследований состояния берега реки Нуны-Яха. Но можно сослаться на прошлые исследования учеников центра, которые занимались рекой Таз, расположенной 32 км севернее исследуемого участка.
За устьевым участком реки Таз школьный научно-исследовательский центр ведет наблюдения с 2019 года. Первые исследования проводила Раджабова Марьям, которая представила в 2020 году на Балтийский научно-инженерном конкурсе свою работу «Термокарстовое понижение русла реки Таз» 4. Наиболее полный мониторинг по изменению рельефа береговой линии реки Таз представила Харина Екатерина в своей работе «Исследование деформации устьевого участка берега реки Таз»5 на ХХI Российском соревновании юных исследователей «Шаг в будущее. Юниор» 2022 г. и на V Ямало-Ненецкий окружном туре Всероссийского конкурса исследовательских работ учащихся «Тропой открытий В.И. Вернадского». Из указанных работ, стало известно, что прошедшая в зиму 2019-2020 года агрессивная деградация мерзлоты с таянием верхнего слоя грунтов до 2 метров, привела к промыву и просадке русел рек и речушек, значительным деформациям их берегов.
Фото 5. Деформация устьевого участка берега реки Таз 2021 году.
Цель и задачи исследования.
Основная цель работы – исследовать динамику подмыва берега реки у мостовой опоры на реке Нуны-Яха.
Задачи исследования:
-
Произвести геодезические замеры берега реки Нуны-Яха у мостовой опоры с помощью лазерного прибора.
-
Построить геодезический план берега реки у мостовой опоры.
-
Исследовать величину оттаявшего грунта у опоры моста с помощью щупа «Непра».
-
Сделать выводы по состоянию береговой линии реки у опоры моста.
Основная часть.
2 8 мая 2022 года мы обнаружили подмыв мостовой опоры на реке Нуны-Яха. Уровень воды в реке во время половодья поднимается выше платформы опоры моста. Это подтверждается на фото 6, где видно, что вода принесла песок по верх платформу опоры моста. Таким образом, во время раннего весеннего половодья, когда лед на реке еще не сошел, талая вода с верхних участков реки подтопляет всю платформу опоры моста. В сложившейся ситуации, нам необходимо провести геодезическое исследование изменения рельефа берега реки с целью исследования динамики подмыва опоры моста.
Фото 6. Намыв песка на мостовой платформе во время весеннего паводка.
При проведении геодезической съемки берега реки Нуны-Яха по одной реперной точке у мостовой опоры использовались геодезическая рейка и лазерный прибор. Вертикальные и горизонтальные отметки рельефа берега реки записывались в журнал, затем наносились на геодезический план объекта ( см. рис.1).
Рис. 1. Геодезический план берега реки у мостовой опоры.
Мы провели три замера рельефа берега реки 28 мая, 16 сентября, 24 сентября 2022 г.. Наибольший уровень реки наблюдался весной 28 мая, наименьший уровень наблюдался 16 сентября. 24 сентября после дождей уровень реки повысился на 64 см. За этот период (с16 по 24 сентября) берег реки просел на 66 см. С мая по сентябрь берег реки был подмыт по горизонтальной отметке 5 метров от центра боковой грани опоры моста на величину 93 см. Таким образом, самый мощный смыв песка по берегу реки у мостовой опоры происходит осенью после сильных дождей. В это время, наблюдается максимальное таяние мерзлоты.
16 сентября мы провели исследование на сколько протаял грунт на берегу у опоры моста с помощью щупа «Непра» длинной 2 метра 40 сантиметров. Мы вынуждены констатировать, что берег реки у опоры моста оттаял больше чем на 2,5 метра.
Фото 7, 8. Мониторинг таяния мерзлоты по берегу реки у опоры моста.
С огласно записей нашей школьной автоматической гидрометеостанции в этом году температура воздуха поднималась до 30 Сº . Средняя температура лета с осенью составила 12 Сº (рис.2). Осенний период теплого времени в этом году продлился до ноября месяца. Повышенная температура и осадки в виде дождя летом и осенью способствуют значительному таянию мерзлоты у опоры моста и подмыву песчаного берега реки.
Рисунок 2. График летних температур, полученный со школьной автоматической метеостанции.
Основные опоры моста (4 армированные и забетонированные трубы) заглублены на отметку -20 метров. В настоящее время состояние моста не вызывает особых опасений. Мост постоянно обследуется дорожными службами и работниками «Гостехнадзора». Опасение вызывает динамика, точнее скорость, таяния мерзлоты и промыв дна реки, в результате которого песчаные берега реки подвергаются размыву.
Основные выводы по исследовательской работе.
Наибольшее подтопление мостовой опоры наблюдается ранней весной во время таяния снегов, когда заливается вся платформа опоры моста.
Наибольший уровень реки наблюдался весной 28 мая, наименьший уровень наблюдался 16 сентября. 24 сентября после дождей уровень реки повысился на 64 см. За этот период (с16 по 24 сентября) берег реки просел на 66 см. С мая по сентябрь берег реки был подмыт по горизонтальной отметке 5 метров от центра опоры моста на величину 93 см
Берег реки вокруг платформы опоры моста осенью 2022 года оттаял больше чем на два с половиной метра.
В создавшейся ситуации необходим ежегодный осенний мониторинг состояния опоры моста, который мы постараемся проводить с помощью квадрокоптера Mavic 2 PRO, приобретенного на грант компании «Лукоил»
Список литературы
-
Лезерная рулетка CONDTROL+X2 https://www.yandex.ru/search/direct?filters_docs=direct_cm%2C6bf1b11fb0933782&lr=100858&mw=1&text=лазерная+рулетка+CONDTROL+X2+
-
Оптические нивелиры https://ekb.rusgeocom.ru/catalog/opticheskie-niveliryi?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=search|55089444&utm_content=phrase_id|22391299382|gid|4308548290|aid|9642483698|added|no|block|premium|pos|1|device|desktop|region|11232|region_name|Ямало-Ненецкий%20автономный%20округ&utm_term=оптические%20нивелиры&roistat=direct8_search_9642483698_оптические%20нивелиры&roistat_referrer=none&roistat_pos=premium_1&yclid=18373113210790269830
-
Съемка местности (геодезическое пособие) https://mkgtu.ru/sveden/files/Metod_Syemki_mestnosti_uch.posobie.pdf
-
Раджабова Марьям «Термокарстовое понижение русла реки Таз», Балтийский научно-инженерный конкурс 2020 г. https://baltkonkurs.ru/features/po-godam/2020-2/
-
Харина Екатерина«Исследование деформации устьевого участка берега реки Таз», ХХI Российское соревнование юных исследователей«Шаг в будущее. Юниор» 2022 г., V Ямало-Ненецкий окружной тур Всероссийского конкурса исследовательских работ учащихся«Тропой открытий В.И. Вернадского» 2022 г.