II Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2010

Республика Горный Алтай характеризуется территориальной разбросанностью и неравномерностью рельефной поверхности. Географические особенности республики требуют необходимости применения в ее исследовании геодезических знаний.  

Отрасль прикладной математики, тесно связанная с геометрией, математическим анализом, математической статистикой и вычислительной математикой - геодезия - наука об измерениях, разрабатывающая способы определения расстояний, углов и силы тяжести с помощью различных приборов. Геометрические задачи геодезии (в геометрическом и физическом аспектах) решаются методами съемки (измерениями и расчетами расстояний, углов и направлений). Известно, что положение точки на земной поверхности определяется с помощью трех  координат: широты (центральный угол, образованный отвесной линией в данной точке с плоскостью экватора, отсчитывается к северу или к югу от экватора); долготы (угол между плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, и  плоскостью начального меридиана, за который условно принимается Гринвичский меридиан в Англии); отсчет ведется к западу или к востоку от начального меридиана; высоты (расстояние по отвесной линии между данной точкой и некоторой уровенной поверхностью, например, средним уровнем моря). Основная задача геодезии - определить положение выбранных точек на поверхности Земли. При этом высотное положение меняется в гораздо более узких пределах, чем горизонтальное, и может определяться при помощи более простого математического аппарата. Кроме того, классические способы измерения высот резко отличаются от тех, что применяются для определения показателей планового положения.

Определение высотных отметок точек местности (иначе высотная привязка) в локальном или региональном масштабах осуществляется путем определения относительных высот (превышений) точек земной поверхности. Совокупность методов определения высот обозначается общим термином «нивелирование». При геометрическом нивелировании используется нивелир с цилиндрическим уровнем и зрительной трубой. Помещая нивелир между двумя точками и производя отсчет по двум нивелирным рейкам, установленным вертикально в этих точках, определяют превышение между этими точками. Кроме того, превышения также могут быть найдены непосредственным измерением вертикального угла (по отношению к горизонтальной плоскости или к зениту); такое измерение осуществляется с помощью прибора теодолита, установленного в одной точке и направленного на другую точку. В таком случае необходимо знать расстояние между этими двумя точками. Этот метод известен как тригонометрическое нивелирование. Он применяется чаще всего в условиях пересеченной местности с крутыми склонами, где геометрическое нивелирование неприменимо.

Высотное положение точек устанавливается посредством создания нивелирных сетей, состоящих из отдельных линий - нивелирных ходов; превышение по нивелирному ходу определяется как сумма превышений на станциях (между отдельными точками внутри хода); при этом превышение на станции получается как разность отсчетов на заднюю и переднюю нивелирные рейки. Нивелирные ходы прокладываются таким образом, что они начинаются и кончаются в одной и той же точке, образуя полигон; это помогает выявить погрешности измерений, т.к. сумма превышений для замкнутого нивелирного хода должна быть равна нулю и отличие ее от нуля указывает на сумму погрешностей. Поскольку конфигурация уровенных поверхностей зависит от гравитационного поля Земли (например, присутствие аномально большой массы в каком-либо месте вызывает заметное «вспучивание» уровенной поверхности), эти поверхности непараллельны. Из-за того, что визирный луч нивелира устанавливается параллельно уровенной поверхности в данном месте, измеренные превышения также зависят от силы тяжести. Для выполнения высокоточного нивелирования его данные должны дополняться гравиметрическими измерениями.

Уровенная поверхность, ближе всего соответствующая среднему уровню Мирового океана (т.н. среднему уровню моря), называется поверхностью геоида. На суше эта поверхность представляет собой продолжение уровня моря под материками. Именно эта поверхность служит в качестве нулевой, от которой традиционно отсчитываются абсолютные высоты. Средний уровень моря определяется по данным систематических наблюдений (мониторинга) за приливами. Однако установление нулевой отметки высот по среднему уровню моря затруднено тем, что в региональных масштабах он не является строго выдержанным; поверхность моря отклоняется до нескольких десятков сантиметров от горизонтали под влиянием преобладающих ветров, течений, колебаний температуры и солености воды и атмосферного давления. В масштабе какой-либо одной страны нулевой уровень высот определяется на основании осредненных показателей многолетних замеров на нескольких водомерных постах. Однако, поскольку отклонения измеренного среднего уровня моря от истинной уровенной поверхности слишком велики, не представляется возможным принять единый глобальный нулевой уровень, базирующийся на замерах уровня моря.

Благодаря применению современных приборов и методов измерений появилась возможность вносить коррективы в систему геодезических координат. Однако такие уточнения довольно редки, поскольку система координат должна быть довольно жесткой, и все же в некоторых случаях, например, при изучении землетрясений, гравиметрические и чисто геодезические работы учитывают и временной аспект событий. В 1960-х годах, когда очень активно велись исследования Луны, большинство задач, связанных с определением местоположения, картографированием, решались геодезическими методами. Разработанные методики используются сегодня для изучения других территорий, хотя конечно, в каждом случае это сопряжено со специфическими трудностями, в частности, в республике Алтай.

Рассмотрим другие аспекты геодезических исследовании важных, в нашем понимании, для исследования разноуровневой и гористой поверхности республики Алтай. В Горном Алтае постоянно  наблюдается сейсмическая активность. В 1949 году было катастрофическое землетрясение, внесенное в справочники крупнейших колебаний земли. Оно было сравнимо с ашхабадским землетрясением 1948 года, когда погибли десятки тысяч человек. Но эпицентр алтайского землетрясения приходился на пустынные районы. Землетрясение силой 4,4 балла по шкале Рихтера произошло на южном высокогорье республики Алтай в 2003 году. Эпицентр подземного толчка находился в Чуйской впадине - в 50 км юго-восточнее поселка Акташ. При этом возникает целый ряд трудностей, которые вынуждают  искать самые разные способы изображения карт. Тем не менее, разработанные методы построения карт с успехом решают многие частные задачи. Сейсмическое микрорайонирование позволяет учесть влияние разнообразных местных грунтово-геологических условий на прогнозируемые сейсмические воздействия. Содержащиеся в построенных на ее основе картах сведения и информация могут быть использованы для построения региональных моделей сейсмического воздействия и проектирования эффективной сейсмозащиты зданий и сооружений [1].

Нами изучены монографические материалы [2; 3], имеющие прикладной характер исследуемого нами вопроса, и направленные на решение актуальных  для  республики Алтай проблем, в частности - уточнения исходного балла сейсмической активности горной, предгорной и равнинной частей территории.

Таким образом, приложения сферической геометрии и геодезии помогают решать вопросы  первостепенной важности в условиях разноуровневой поверхности территории Республики Алтай.

Литература:

1. Закон Республики Алтай от 27.07.2005 № 55-РЗ «О республиканской целевой программе «Сейсмобезопасность Республики Алтай (2006-2010 годы)» (принят ГСЭК РА 08.07.2005).
2. Лузгин, Б.Н. Бассейново-эрозионный морфологический анализ Верхнеобской речной системы / Б.Н. Лузгин - Барнаул: изд-во АлтГУ, 2009. - 120 с.
3. Имаев, B.C. Архитектура сейемоопасных зон Алтая : монография / B.C. Имаев [идр]. - Барнаул: изд-во АлтГУ, 2007. - 234 с.