Способ прогнозирования изменения глубины и рельефа дна водохранилищ

Авторы патента:

Шабанов Виталий Владимирович (RU)

Маркин Вячеслав Николаевич (RU)

G01V99/00 - Геофизика; гравитационные измерения; обнаружение скрытых масс или объектов; кабельные наконечники (обнаружение или определение местоположения инородных тел для целей диагностики, хирургии или опознавания личности A61B; средства для обнаружения местонахождения людей, засыпанных, например, снежной лавиной A63B 29/02; измерение химических или физических свойств материалов геологических образований G01N; измерение электрических или магнитных переменных величин вообще, кроме измерения направления или величины магнитного поля Земли G01R; устройства, использующие магнитный резонанс вообще G01R 33/20)

Владельцы патента RU 2681249:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева" (ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева) (RU)

Изобретение относится к способам мониторинга водных объектов и может быть использовано для прогнозирования изменения глубины и рельефа дна водохранилищ. Сущность: моделируют распространение продуктов разрушений водохранилищ. По результатам аэрокосмического зондирования определяют места и масштабы разрушений. Рассчитывают объемы разрушений. Прогнозируют изменение отметок дна водохранилища. Технический результат: обеспечение достоверного прогноза береговой отмели водных водохранилищ. 4 ил.

Изобретение относится к области гидрографии и может быть использовано в геоморфологическом мониторинге водных объектов.

Известен «Способ стереосъемки рельефа дна акватории и устройство для его осуществления» (см. патент RU №2487 368 С1 01.12.2011), включающий перемещение ГАС посредством гидрографического судна, оснащенного измерителями скорости и курса движения, измерителем глубины, приемоиндикатором спутниковой навигационной системы и/или приемоиндикатором радионавигационной системы, соединенных с судовой ЭВМ.

Известен также Способ съемки рельефа дна акватории и эхолот для его осуществления (см. патент RU №2 573 626 С1 02.09.2014). Способ включает вождение судна с эхолотом, излучение и прием гидроакустических сигналов от дна, измерение расстояния гидроакустическим путем, определение геодезических координат приемоизлучающей антенны эхолота, истинные значения глубин и их геодезические координаты в пунктах, расположенных вдоль галса, определяют вычислительным путем по установленным новым формулам, приведенным в описании изобретения.

Известен Способ 3D исследования морского дна для инженерных изысканий (см. патент RU №2 608 301 С2 16.03.2015) который содержит сейсмоизлучатель и сейсмокосу, датчик скорости звука, многолучевой эхолот, гидролокатор бокового обзора, высокочастотный и низкочастотный параметрические профилографы, многолучевой эхолот, выходы которых соединены общей шиной с блоком сбора данных, подключенным к блоку контроля и анализа данных, один из выходов которого соединен общей шиной с входами сейсмоизлучателя и сейсмокосы, датчика скорости звука, многолучевого эхолота, гидролокатора бокового обзора, высокочастотного и низкочастотного параметрических профилографов, а другой выход устройства контроля и анализа данных соединен с блоком первичной обработки данных, подключенным к блоку визуализации данных, соединенному с блоком построения полученных данных в 3D формате.

Наиболее близким, к изобретению по совокупности существенных признаков является «Способ съемки рельефа дна акватории и устройство для съемки рельефа дна акватории» (см. патент RU №2 519 269 С1 12.12.2012). Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам барометрической съемки рельефа дна путем определения глубин на заданной акватории с определением их геодезических координат. Способ предусматривает выполнение магнитной съемки посредством градиентометра, буксируемого на расстоянии 5 м от дна, сейсмоакустическое профилирование посредством профилографа с рабочей частотой 3,5кГц. При этом измеряют уровень моря, и определяются глубины. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей с одновременным повышением достоверности и информативности при картировании рельефа дна акватории по измеренным глубинам посредством многолучевого эхолота.

Перечисленные аналогичные технические решения используют средства непосредственного измерения координат дна водного объекта, что требует дорогостоящего оборудования и отслеживается факт изменения рельефа дна. Недостатками являются большая стоимость, возможность фиксации факта свершившегося руслового процесса на ограниченном участке и невозможность предсказания хода переформирования отложений.

На основании перечисленных источников информации выявлено, что технической проблемой в области гидрографии является не достаточное количество технических средств, для предсказания хода переформирования отложений.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения - осуществление достоверного прогноза изменения глубины водохранилища, с целью прогноза формирования береговой отмели водных объектов.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что в способе прогнозирования изменения глубины и рельефа дна водохранилищ, предусматривающем определение мест и масштабов разрушений дна водохранилища, моделируют распространение продуктов разрушений водохранилищ, формируя блок входных данных по результатам изменения береговой линии, фиксируемой средствами аэрокосмического зондирования, определяют места и масштабы разрушений, затем с помощью математической модели изменения угла естественного откоса при изменении влагонасыщенности грунтов определяют объемы разрушений, и на базе полученных параметров осуществляют прогноз изменения отметок дна водохранилища.

Изобретение предусматривает одновременный анализ аэрокосмических снимков береговой линии водоемов и расчет объемов размыва берегов и отложения наносов. Анализ аэрокосмических снимков проводится с целью выявления зон разрушения берегов и определения динамики разрушения. При этом динамика формирования отложений фиксируется не как результат каких-то процессов, а через анализ причины ведущей к формированию отложений. Расчет объемов размыва берегов и отложения наносов основан на данных динамики берегоразрушения. В отличие от существующих расчетных способов, предложенное техническое решение позволяет повысить точность расчетов и привязать расчетные соотношения к конкретным условиям. Изменения береговой линии водохранилищ возможно фиксировать со спутника, самолета или беспилотного летающего аппарата.

Изобретение поясняется иллюстрациями.

На фиг. 1 представлен снимок Рыбинского водохранилища со спутника;

На фиг. 2 Расчетная схема берегоразрушения;

На фиг. 3 Прогноз формирования профиля берега и береговой отмели Рыбинского водохранилища.

На фиг. 4 Прогноз формирования профиля берега и береговой отмели Богучанского водохранилища

Пример конкретного выполнения способа.

1. Исследования проводили на Рыбинском водохранилище. По снимку со спутника (фиг. 1) определяли зоны берегозазрушений (выделено квадратом) и их размеры: длина береговой линии L=13,7 км. Ширина береговой отмели изменяется в пределах Вот=600…2100 м.

2. По данным инструментальной съемки построили рельеф берега (фиг. 2).

Прогноз переформирования берегов делается по методике, изложенной в ВСН 163-83, суть которой сводится к следующему. Энергия волн и изменение влагонасыщенности приводит к обрушению берегового склона. Часть материала разрушения формирует пологую береговую отмель, другая часть уносится в водохранилище. Профиль береговой отмели состоит из двух участков. Верхнего криволинейного участка, простирающего от уреза воды до глубины Н, равной глубине размывающего действия волны h_o (участок а-б на рис. 2). Нижнего прямолинейного участка (участок 6-с на рис. 2), простирающегося от глубины Н до глубины H+D, где D - сработка уровня водохранилища за период, свободной от льда воды.

Протяженность криволинейного участка B_H и прямолинейного участка Во вычисляется по уравнениям:

Сумма данных величин представляет полную ширину береговой отмели

B_o:

Коэффициент k зависит от уклона подводной и надводной части отмели, которые определяются в зависимости от гранулометрического состава берегового склона.

Глубину размывающего действия волны Н определяется в зависимости от расчетной высоты волны h_o и крупности донных наносов на внешнем крае береговой отмели.

Положение профиля устойчивой отмели относительно начального берегового склона определяется путем графического совмещения этих профилей при соблюдении условия:

где V_a - объем аккумуляции; V_p - объем разрушения начального берегового склона; χ - коэффициент аккумуляции, равный относительному содержанию в материале разрушения фракций d≥0,05 мм.

Графическое совмещение начального профиля берегового склона и расчетного профиля позволяет получить очертания разрушаемого склона, для которого определяются значения: объем разрушения V'p, объем аккумуляции V'a и смещение береговой линии L'б и проверяется значение коэффициента χ. Если оно не совпадает с допустимым (менее 0,7), то в рассчитанные величины L'б вводится поправка ΔL_б:

где Zp - превышение высшей точки контура над низшей в контуре разрушения; Za - превышение высшей точки контура над низшей в контуре аккумуляции Va.

Lб=L'б-ΔL_б

С помощью полученной величины Lб расчетный контур обрушения смещается для получения окончательного профиля берега (фиг. 3).

Выполненные исследования для Богучанского водохранилища показали возможность прогноза состояния мест археологических объектов при наполнении водохранилища до проектных отметок (фиг. 4)

Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом

Эффективность способа определяется новыми возможностями геоморфологического мониторинга водных объектов, которые выражаются в масштабности охвата территории при использовании авиакосмических средств при снижении удельной стоимости по сравнению с эхолокационными методами, использующие плавсредства.

Предложенный способ позволит получить достоверный прогноз изменения глубины водохранилища, с целью формирования береговой отмели водных объектов.

Способ прогнозирования изменения глубины и рельефа дна водохранилищ, предусматривающий определение мест и масштабов разрушений дна водохранилища, отличающийся тем, что моделируют распространение продуктов разрушений водохранилищ, формируя блок входных данных по результатам аэрокосмического зондирования, определяют места и масштабы разрушений, затем рассчитывают объемы разрушений и для формирования береговой отмели водных объектов на базе полученных параметров осуществляют прогноз изменения отметок дна водохранилища.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных мероприятий. Предложена сейсмическая кабельная система датчиков.

Жидкостной измеритель скорости // 2677951

Изобретение относится к области геофизических исследований и предназначено для измерения скорости движения грунта, объектов и элементов их конструкций в ближней зоне крупномасштабных взрывов зарядов химических взрывчатых веществ.

Способ сейсмической разведки // 2674524

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Заявлен способ сейсмической разведки, который основан на повторном возбуждении колебаний, регистрации сейсмических записей, преобразовании записей в изображения среды и формировании разностных исходных записей или сформированных по таким записям изображений.

Способ обнаружения неструктурных элементов геологического разреза по сейсмограммам общего выноса // 2674419

Изобретение относится к области сейсморазведки, а именно к методам построения разрезов геологической среды по сейсмическим данным (сейсмических разрезов), позволяющий, используя различие свойств отраженных и рассеянных событий на сейсмограммах общего выноса, более устойчиво (надежно) и с меньшими затратами локализовать области рассеяния (дифракции).

Способ определения центра сейсмических колебаний и сейсмодатчик для его реализации // 2672811

Изобретение относится к сейсмологии и, в частности, может быть использовано для проведения широких научных исследований в сфере сейсмологии. Предложен способ определения центра сейсмических колебаний, согласно которому сейсмодатчики размещают на поверхности и в земле с понижением уровня углубления в различных точках зоны предполагаемой сейсмической активности.

Способ динамической коррекции отраженных волн с использованием преломленных волн // 2670358

Изобретение относится к способам обработки сейсмической записи и может быть использовано в процессе коррекции динамических характеристик отраженных волн за неоднородность условий возбуждения и регистрации.

Оптимизация многоступенчатого проекта нефтяного месторождения в условиях неопределенности // 2669948

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано для управления операциями нефтяного месторождения в условиях неопределенности. В частности предложен способ управления операциями нефтяного месторождения, включающий: получение модели геологической среды, содержащей модель проекта трещины, имеющей свойство трещины с неопределенным значением; получение набора характерных значений, которые отражают неопределенность в свойстве трещины, посредством получения набора характерных значений, представляющих неопределенность в модели скорости распространения сейсмических волн; получение данных микросейсмического события; генерирование набора характерных значений для свойства трещины посредством использования набора характерных значений для модели скорости распространения сейсмических волн и данных микросейсмического события, решение задачи оптимизации нефтяного месторождения с переменным параметром управления посредством использования набора характерных значений для свойства трещины для получения решения, содержащего оптимальное значение для переменного параметра управления; генерирование проекта нефтяного месторождения, основанного на решении; и сохранение проекта нефтяного месторождения.

Способ фильтрации сейсмических сигналов в системе сейсморазведки жидкости // 2669268

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе сейсморазведочных мероприятий. В настоящем изобретении разработан способ адаптивной фильтрации для эффективного подавления посторонних волн, наблюдаемых при сборе данных в ходе сейсморазведки.

Устройство для измерения в скважине геоакустических сигналов // 2668654

Изобретение относится к области геофизики и предназначено для измерения трех составляющих вектора вибрации среды, обусловленного движением нефти, газа, воды, трещинообразованием и другими причинами.

Блокирующий сейсмограф с двойным сердечником // 2667692

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Предложен сейсмограф с двойным сердечником, который содержит двойной магнитный сердечник, упакованный в корпусе, обеспечивающий более высокую чувствительность и снижение количества электрических проводов в устройстве.

Способ квазитрехмерного моделирования эффективных газо- и нефтенасыщенных толщин залежей углеводородов // 2681250

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, комплексной интерпретации данных бурения скважин и создания геологических моделей залежей углеводородов для подсчета их запасов, проектирования и мониторинга разработки. Предложен способ квазитрехмерного моделирования эффективных газо- и нефтенасыщенных толщин залежей углеводородов. Согласно заявленному способу получают данные по всем скважинам с выделенными прослоями коллекторов и неколлекторов, карты кровли и подошвы моделируемого пласта по стратиграфии и коллекторам, а также карты межфлюидных контактов моделируемых залежей. Далее в скважинах пересчитывают абсолютные отметки кровли и подошвы отдельных прослоев коллекторов и неколлекторов, определенных по РИГИС, в нормализованные палеоглубины. Производится пересчет карт кровли и подошвы пласта по коллекторам, а также карт межфлюидных контактов в нормализованные палеоглубины. Создают карты коэффициента песчанистости для газо- и нефтенасыщенной частей моделируемого пласта. На последнем этапе рассчитывают карты эффективных газо- и/или нефтенасыщенных толщин путем умножения карт общих газо- и/или нефтенасыщенных толщин пласта на карты коэффициента песчанистости, построенные на предыдущем этапе. Технический результат - повышение эффективности геологоразведочных работ и проектирования разработки месторождений нефти и газа за счет использования более полного массива имеющейся геолого-геофизической информации и, как следствие, получения более обоснованных с геологической точки зрения результатов, аналогичных результатам трехмерного моделирования, за существенно меньшее (по сравнению с последним) время. 3 ил.

Способ диагностики изменений водонасыщения слоев торфа в стратиграфии торфяной залежи // 2681270

Изобретение относится к способам исследования водного режима торфяных почв. Сущность: на выбранном стратиграфическом участке верхового или переходного болота на фиксированном расстоянии друг от друга устанавливают две скважины. Одну из скважин устраивают по методике, используемой на болотных станциях и постах в соответствии со стандартами Росгидромета. Вторую скважину устраивают в виде обсадной трубы, проходящей через всю толщу торфяной залежи и заглубленной в грунтовое основание болота. По длине обсадной трубы расположены калиброванные отверстия на равном расстоянии друг от друга, фильтрационный расход через которые тарирован и известен. При этом положение устья второй скважины принимают за репер, ему присваивают высотное значение в любой удобной геодезической системе высот и используют его как геодезическую основу измерений. Периодически, один раз в 1-2 недели, фиксируют уровень воды в первой скважине и в обсадной трубе второй скважины, а разность уровней болотных вод соотносят с суммой осадков за период между очередными замерами. Определяют наличие и плотность корреляционной связи между разностью уровней болотных вод в упомянутых скважинах и суммой осадков за период между очередными замерами. Строят графики, по которым судят о нормальном развитии или о начале процесса деградации болота. Технический результат: диагностика изменения водонасыщения слоев торфа по глубине их залегания. 1 ил., 1 табл.