Теория обеспечения геопространственными данными при определении площадей объектов автомобильных и железных дорог

3.1 Разработка способа определения площадей для объектов

автомобильных и железных дорог

В разделе 1.4 приведены способы определения физической поверхности земельных участков. Также в монографии [136] предложено определять физическую площадь участков по треугольникам из пространственных координат его вершин, для чего используется основная формула аналитической геометрии

44ce036d59d0ae9e1ddb82b999ca8e54

где  cf2dff68e92c320dae28fe58db5a1f8f− пространственные координаты вершин треугольника.

Общим недостатком всех способов определения физической площади земельных участков по пространственным треугольникам является то, что они не могут в полном объёме определять площади сложных и криволинейных объектов. Способы треугольников применимы лишь в случаях, когда границами участка являются прямые линии. Но при определении площадей сельскохозяйственных угодий, площадей водосборов часто границы участков криволинейные и аппроксимировать их сетью треугольников не всегда возможно. Кроме того, по данной формуле, как и по всем существующим методам, определяется не физическая, а пространственная площадь.

При установлении границ объектов автомобильных и железных дорог определяют площади земельных участков, которой является площадь геометрической фигуры, образованной проекцией границ земельного участка на горизонтальную плоскость на основании требований ФЗ №221 и «Инструкции по межеванию земель». Однако в действительности эта площадь отличается от фактической (физической). В практике учета земель утвердилось определение площадей на топографических планах и картах, которые являются отображением поверхности земли на плоскости. В то же время поверхность земельных участков вследствие наличия рельефа является величиной пространственной. Учитывать рельеф при определении площадей земельных участков в той или иной форме предпринимались ранее. В настоящее время для решения различных инженерных задач для определения пространственной площади земель по цифровой модели местности (ЦММ) применяют различные программные продукты (Credo – Dialogue, IndorCAD, MapInfo, Robur и др.). В моделях подразумевают приближение исходной или проектной физической поверхности нерегулярной или регулярной сетью пространственных треугольников.

В каждом из случаев плотность сети этих треугольников определяется требованиями точности решения той или иной задачи. В силу этого расчёт пространственной площади описываемых участков исходной или проектной поверхности выполняется путём суммирования площадей того подмножества пространственных треугольников, которыми представлены модели этих участков. Это обеспечивает определённую точность подсчёта площадей моделей физических поверхностей.

Для решения инженерных задач, в том числе и для целей земельного кадастра необходим универсальный способ определения площадей, позволяющий с максимальной степенью приближения определять фактическую площадь земельных участков.

Автором разработан способ, изложенный в работах [113, 115, 116, 144], позволяющий уточнять фактическую (физическую) площадь земельных участков за счёт усреднения уклонов профилей сетки ортогональной линий, в двух взаимно перпендикулярных направлениях с максимальной степенью приближения к физической поверхности. Так как площадь определяется по двум взаимно перпендикулярным направлениям, то есть получается 2D модель физической поверхности. Разработанный способ применим для объектов любой формы, в том числе треугольников и n-угольников, а также его можно использовать при определении площадей по ЦММ.

Суть его заключается в следующем. Для земельного участка или его секций определяют средние продольный и поперечный углы наклона по линиям, взаимно перпендикулярным и, где это возможно, параллельными осями абсцисс и ординат, а фактическую площадь вычисляют по формуле:

acac2e8d7ac3335875224edb78443812

где 5ea962918f290e21cbfd645ce636a6fb − физическая площадь участка или секции;

f7d34cf1bd32f1dda192e8bdd5eca5b1 площадь, исправленная за переход на поверхность эллипсоида и за переход к поверхности, отнесенной к средней нормальной отметке участка;

1039916fba23c885085e6d93f72f2eb1 поправка к площади за рельеф;

c49f7caee9979fd2e305595605e7625a средний продольный угол наклона земельного участка или его секции;

91502c914f237e9ac52c20e704d4315f средний поперечный угол наклона земельного участка или его секции.

Средние углы наклона находят из соотношений

234a60ba40c402352d051177ac360fcc

где  631aaa38ed298eed31bd34feef5be058– сумма продольных углов наклона;

5667bfb5b6afcbf7e31dd8c7a91bad4a – сумма поперечных углов наклона;

b37e67a782e258497d03222a1a233271 – число углов (или линий).

Формулу (3.2) получают с использованием метода эквивалентной замены. Земельный участок произвольной формы с определённой геодезической площадью   4251ede7f3836c5a0a0324998acc7635 может быть представлен прямоугольником с той же площадью и сторонами a и b. Тогда площадь прямоугольника на горизонтальной плоскости 96d8b0c1c0c8b35afbd77e4969500976. На местности стороны прямоугольника А и В имеют углы наклона продольный − v1  и поперечный − v2. Площдь наклонного прямоугольника, принимаемая за физическую будет равна

1756d386d8742245ed05f9ade0d683ff

Конкретно число линий, по которым определяются средние углы наклона, зависит от размеров участка и частоты сменяемости форм рельефа на нем. Чем меньше участок, тем с большей точностью его поверхность будет аппроксимирована поверхностями а, следовательно, с большей точностью будет определена его физическая площадь. При значительных размерах участка его необходимо разбивать на секции с однородными продольными и поперечными уклонами.

В случаях, когда на какой-либо линии, намеченной для определения угла наклона, наблюдается его изменения на отдельных участках, эту линию разбивают на участки и определяют углы наклона для каждого участка линии, а затем вычисляют угол наклона для всей линии как среднюю арифметическую величину [92].

Окончательную формулу определения физической площади  приведём к виду, в котором ее вычисляют через непосредственно измеренную на картах геодезическую площадь с учетом суммарных поправок, учитывающих переход на поверхность эллипсоида и на поверхность средней нормальной отметки участка.

Алгоритм определения фактической площади земельных участков

Алгоритм определения физической площади земельного участка следующий:

1.Переведём геодезическую площадь 4251ede7f3836c5a0a0324998acc7635, определённую на топографических картах на поверхность эллипсоида 630bc51de0705ce8ed4f8be3ecfa1a19  по известной формуле [66, 86, 138]:

0deb1783ea87c9130679a22447f45ccb

где R − радиус эллипсоида для данной широты, который при вычислении поправки принимают приближённым и равным 6371,1 км;

y − средняя ордината участка (расстояние от осевого меридиана).

2.С поверхности эллипсоида переведём  на поверхность относимости на высоте средней нормальной отметки участка  следующим образом:

aa0d8efece05a20fdbd8155781b19867

2ed2bd732ced8b42bb283e1f0f123e2e

2bb6fee3125f992db187e70eaff32617 – поправка за переход с поверхности эллипсоида на поверхность средней нормальной отметки участка;

H  − средняя нормальная отметка участка.

Хотя поправка d5a1bdcf09529f601f823e94748acd9b  в литературе иногда называется «поправкой за рельеф», по сути таковой не является. Правильнее ее следует называть поправкой за среднее возвышение (отметку) над поверхностью эллипсоида. Смысл этой поправки в том, что поверхность эллипсоида перемещается на уровень средней нормальной отметки участка и практически эта поверхность относимости будет для любого земельного участка горизонтальной плоскостью, проведенной на этой отметке.

Введение этой поправки не позволяет перейти к физической (фактической) площади земельного участка, характеризующегося разнообразными формами рельефа, такими как, например, овраг, склон, котловина, холм и т.д., которые не учитываются в значениях определяемой площади.

3.Подставляя значение 1e08391ee9e537801d47a22d5b293623  в формулу (3.7), получим соотношение , учитывающее совместное влияние поправок:

32b70bef478ac48623611a708a0b9f49

Для удобства практического применения приведём формулу вычисления физической площади к виду, в котором ее вычисляют через непосредственно измеренную на картах геодезическую площадь с учетом суммарных поправок, учитывающих переход на поверхность эллипсоида и на поверхность средней нормальной отметки участка, а также за влияние рельефа. Формула примет вид:

686da9faa513b3b719f286a5729d8b41

В случаях, когда учитывать ту или иную поправку нет необходимости по причине ее малой величины, в общей формуле соответственная часть поправки (в скобках) вырождается в ноль.

Формула (3.7) может быть преобразована к виду:

1c68bb48fa4f3cf68ee649842ddfbce5

Так как 632f5dfe02e6fa7398679013308ee702 2  то получим:

57f8e2518ddd1f2004d2c795139e5b05

где 9fb0bf9a6497c796067b4172506f0886  − соответственно средние продольный и поперечный уклоны участка.

После преобразования формулы (3.11) находим значение физической (фактической) площади земельного участка из выражения:

2395cb84a81051092c64468a2ec014ac

где d  —  средние длины;

h —  средние превышения участка.

Данная формула позволяет оперативно вычислять физическую площадь по непосредственно измеренным значениям h  и  d.

Разработанный способ определения площадей реализуем как в традиционных методиках, так и при автоматизированном определении по ЭК и ЦК.

При изысканиях инженерных сооружений топографические планы составляются в ортогональной проекции. В таких случаях поправка в площади за переход на поверхность эллипсоида не вводится, в тоже время введение поправки за рельеф необходимо, что особенно важно при определении площадей водосбора при расчетах водопропускных искусственных сооружений, а также при определении площади полосы отвода под инженерные сооружения.

Способ позволяет определять действительно фактическую площадь с максимальной степенью приближения к физической поверхности. Так как площадь определяется по двум взаимно перпендикулярным направлениям, то есть получается 2D модель физической поверхности. Разработанный способ применим для объектов любой формы, в том числе треугольников и n – угольников, а также его можно использовать при определении площадей по ЦММ.

 

3.2 Оценка точности определения площадей

Вопросы оценки точности измерений  площадей рассмотрены в работах [11, 36, 37, 72, 140].

СКП определения площади земельного участка на основании «Инструкции по межеванию земель» определяется по формуле (1.4).

Площадь контуров, ограниченных прямолинейными и криволинейными линиями, определяется по связанному множеству координат отдельных граничных точек этого контура и вычисляется по заданному алгоритму, составленному исходя из основополагающей формулы определения площадей [98]:

d86fa53f9a3cbac4f149e6bbd54ce793

Для оценки точности определения площадей может быть использована формула Маслова А.В [84, 85], выражающая зависимость СКП от точности измерения координат граничных точек контура. Приняв  и  за средние квадратические погрешности независимых измерений соответствующих координат, определим 997410bd473f021355df495aedd6e087– СКП положения точки по формуле

d760dd8602deaac2630f660b44a84a89

Тогда СКП 8267a27e839f9d422429019e0605edacопределения площадей будет соответствовать выражению

b78b61585788f5e104d82cb8f25680c8

где 172b5d55306426bfaab6d5b5eb58b9b6 диагональ, соединяющая  и  вершины многоугольника.

Исследования способа определения фактической площади земельных участков и точности определения площадей приведены в работах автора [113, 120].

Топографические карты составлены, как правило, в проекции Гаусса–Крюгера, изображения на них получаются искаженными. Так площадь земельных участков изображаются закономерно преувеличенными в силу свойств данной проекции. Искажения будут отсутствовать лишь на осевом меридиане, а по мере удаления участка от осевого меридиана искажения будут возрастать, и достигнут максимальной величины на краю шестиградусной зоны. В таблице 3.1 приведены относительные величины поправок за переход на поверхность земного эллипсоида в зависимости от удаления участка от осевого меридиана.

Т а б л и ц а 3.1 – Величины поправок за переход на поверхность земного эллипсоида

411f835173a8cf4defcae3d6570e6e4c

Величины 1ead4c00b4a81e88d849fdc9f9de6cf7определяются по карте как отстояние по перпендикуляру от осевого меридиана до середины земельного участка, а величина поправки 94f18a59d4f0409235aa951bf4570431находится по формулам:

2816f2188b8dfd273d5b6fec47c03290

и вводится в измеренную площадь со знаком минус. В площадь, определяемую по прямоугольным координатам Гаусса, также вводится указанная поправка, поскольку координаты отнесены к проекции Гаусса-Крюгера. Например, участок имеет площадь, измеренную на карте, 1 000 га и средняя его точка отстоит от осевого меридиана на 100 км. Тогда площадь на эллипсоиде будет 04f34c28eb09a93fbcd72f5990751f49

Если же участок отстоит от осевого меридиана на 280 км, тогда 35289fb282f5db446a274d20ba6875fc

Как отмечалось в работах [138, 140] для земельных участков, имеющих значительную высоту над поверхностью эллипсоида, площадь с поверхности эллипсоида переводят на поверхность относимости, расположенной на средней нормальной отметке данного участка.

Поверхность относимости можно представить, если для простоты рассуждений эллипсоид принять за шар с радиусом , а поверхность на средней отметке участка будет иметь радиус кривизны ( R + H ). Тогда отношение площадей участка с радиусом ( R + H ) и на шаре с радиусом R будет:

15275eb5e3e24af1b17f2fe19eccf806

а площадь на поверхности средней нормальной отметки определится по формуле

9bdef2263cf6ac6294b4ae27d7706e6c

где

10848ed3596ece8b68ed0d2443f34f95

В таблице 3.2 приведены относительные искажения площади вследствие влияния возвышения земельного участка над поверхностью эллипсоида. Площади на эллипсоиде уменьшены по сравнению с площадями на поверхности средней нормальной отметки участка, поэтому поправка b639ff95bc2ed57908baca64c093cdba будет иметь знак плюс.

Пример:

площадь на эллипсоиде 00b55ad654e1eeca01e95acc0ca09123 1000 га, а средняя отметка участка H  = 400 м, тогда 26bd594c73adf097dd2154137ed50108 га.

Если же участок, площадью 1000 га находится в горной местности на средней отметке  H = 3 000 м, то b3271e68ac204da54cbb0dbde5f41bd0 = 1001 га.

Как видно из примеров, величина рассматриваемой поправки невелика, и вводить ее следует лишь для участков, расположенных в городской территории и для участков, имеющих значительную стоимость земель.

Оценка точности определения площадей земельных участков по фотопланам и аэроснимкам приведены в работах [50, 51]. В результате проведенных экспериментальных работ и теоретических исследований установлено, что использование материалов аэрофотосъемки для определения площадей дает допустимые ошибки.

Т а б л и ц а 3.2 – Относительные искажения площади

ad12e6a59108fadba1272d3fade0d387

Рассмотренные в исследовании материалы в целом подтверждают правильность формул, принятых для оценки точности площадей в данной работе и предлагают считать относительную ошибку определения площадей – 1:1 000.

Общую формулу определения физической площади земельных участков можно представить так:

37e1650c544f9f270cd9e42febb8d35f

Первый член формулы (3.21) содержит поправку за переход от геодезической площади к физической, второй член – за переход от геодезической площади к площади на эллипсоиде и третий член формулы содержит поправку за переход к поверхности относимости на средней нормальной отметке участка.

Общую поправку e8d584b576778fd4ab1bc03633a4bddf можно представить как разность:

dac4b802881e1b17e159bd67ae23975c

где 601f15b550b3395a7fdaa8909e9f0bfd – поправка за переход на поверхность эллипсоида;

1601420f13067d3a932bba44b3c3374e – поправка за переход на поверхность средней нормальной отметки;

578574ec50d07f507143e3ca09863eed— поправка за переход от геодезической к физической площади, вычисляемая по формуле (3.3).

В таблице 3.3 представлены поправки за переход от геодезической к физической площади при различных углах наклона местности.

Динамику роста значений поправок за переход от геодезической к физической площади можно проследить по данной таблице, в которой поправки отнесены к геодезической площади в 100 га.

Т а б л и ц а 3.3 – Поправки за переход от геодезической к физической площади

fe85d4a485e21fc5fc56390f0de0cedb

Так, например, при средних продольных и поперечных углах наклона

f5ad7bd687f441f653ab9b7f109d7ace и 4b039553e22ea11ee8b0a8a850584245поправка 74b2c72fde68f0bf199117447bb7e0c1

e078f357db2ad3a4b8355f3a1ce049c8

fd799b304faf950d8742d43cfa92370f

 Полученные результаты показывают необходимость учёта физической поверхности земли для получения достоверных и качественных ГПД для определения границ и площадей объектов автомобильных и железных дорог.

cc346b073ded34ab3b7339a45e87067f

Рисунок 3.1 – Определение физической (фактической) площади

3.3 Определение фактической площади земельных участков по
пространственной геометрической модели местности на основе
электронно-цифровой карты

Как было отмечено в разделе 1.4, в настоящее время пространственную площадь земельных участков определяют также по ЦММ инженерного назначения. В модели подразумевают приближение исходной или проектной физической поверхности нерегулярной или регулярной сетью пространственных треугольников. На рисунке 3.2 показана нерегулярная сеть треугольников ЦММ в Credo [14].

Способы определения площадей земельных участков по геометрической модели местности рассмотрены автором в работах [121, 126].

Проблемы моделирования рельефа заключаются в нахождении способа, который позволял бы максимально информативно отображать исходную поверхность.

Решение этой проблемы предложено учеными Вороным Г.Ф. и Делоне Б.Н. Ими разработан способ создания пространственной сети из многоугольников и треугольников, оптимальным способом описывающую произвольную поверхность. Среди таких моделей наиболее часто используют треугольные сети правильной формы (регулярные модели) и неправильной формы (нерегулярные модели), например треугольные сети, именуемые полигоны Тиссена [31].

6e191fd8c19f6ad2ac92b582b74dc3f3

В настоящее время площади земельных участков принято в основном определять по нерегулярной цифровой модели, когда точки с известными координатами () и отметками H размещены в вершинах треугольников.

За вершины треугольников берут по возможности характерные точки рельефа, координаты и отметки которых получены в результате топографической съемки. Наиболее ответственным этапом является формирование на земельном участке сети треугольников с тем, чтобы стороны и плоскости пространственных треугольников соприкасались наилучшим образом с местностью. Стороны треугольников стараются размещать по структурным линиям перегибов рельефа, а их плоскости на склонах с постоянным уклоном. При этом размеры и формы треугольников могут быть самыми разными в зависимости от конкретных форм рельефа.

Площади пространственных треугольников вычисляются по базовой формуле (3.1) [136].

Это значительно усложняет алгоритм и снижает скорость получения информации. Наиболее эффективно определять площади пространственных треугольников по пространственным длинам сторон.

На рисунке 3.3 – (a .b, c) длины сторон треугольников на горизонтальной плоскости; (A, B, C) – пространственные длины сторон треугольников; Н – высоты.

6b6fc7dc3e4df495a382db642d146a42

Затем по полученным пространственным длинам сторон вычисляют площади пространственных треугольников

7337fdf4ecf9e5b978e1c9bb89f79d0d

Площади пространственных треугольников можно также вычислять по одной из двух других формул:

a674d5b9110e62a946f44e024f90dec9

Формула аналогичная (3.24), получена другим способом для горизонтального треугольника, приведена в работе [65].

На рисунке 3.4 приведен пример сплошной сети треугольников, покрывающих весь земельный участок.

347070faf97833486188dace876bb2c6

Треугольники нумеруются по порядку, за основание A берется наибольшая сторона, а стороны B и C обозначаются по ходу часовой стрелки и подписываются над соответствующими сторонами внутри треугольника, где также подписывают названия вершин 1,2,3. Теоретически такая нумерация вершин и сторон треугольника не обязательна, но она в практическом смысле существенно облегчает процесс автоматизированного вычисления площадей пространственных треугольников. Пространственные длины сторон определятся из выражений:

eec2769e03f21fb53362e2d1f50c80d1

Процесс определения площадей по геометрической пространственной модели рельефа представим алгоритмом, приведённый в таблице 3.4.

Таблица продолжается для всех треугольников и в конце ее вычисленные площади треугольников суммируются, при этом находится общая пространственная площадь земельного участка.

Т а б л и ц а 3.4 – Алгоритм определения площадей

5b8cca427a4b8230aec220a86cf10327

Далее приведем вывод формул (3.24, 3.25) определения пространственной площади по геометрической модели рельефа в виде сети треугольников. При этом возможно 4 варианта расположения треугольников (рисунок 3.5).

Вариант 1

Основание пространственного треугольника – A, x отрезок с левой стороны от высоты h (рисунок 3.5,а).

Площадь равна

3fb903000fa8d3629e9acb4ddbb76091

Далее выполним преобразования:

57fa01fae343f840228a519afe4b1b9d

035cdd2eb869d2040eda355989aa4652

Для реализации способа определения пространственных площадей по пространственным длинам сторон составлена программа, интерфейс которой приведен на рисунке 3.6.

33fa1c9d3fc8dcd4788cf9e8b12db7f8

Данный алгоритм может быть реализован для различных электронно-цифровых карт.

Определение площадей земельных участков при ведении

Единого государственного реестра земель

На данный момент времени в соответствии с нормативными документами не определяется пространственная площадь земельного участка, поэтому приведём основные положения по формированию площадей участков в Едином государственном реестре земель (ЕГРЗ) [57].

Единый государственный реестр земель является документом, входящим в состав основных документов Государственного земельного кадастра, в котором проводится государственный кадастровый учет земельных участков. Единый государственный реестр земель состоит из Государственных реестров земель субъектов Российской Федерации, а также Государственных реестров земель кадастровых районов.

Государственный земельный реестр – систематизированный свод документированных сведений, получаемых в результате проведения государственного кадастрового учета земельных участков, о местоположении, его площади, целевом назначении и правовом положении земель, сведений о территориальных зонах и наличии расположенных на земельных участках и прочно связанных с этими участками объектах.

Государственный кадастровый учет земельных участков – описание и индивидуализация в Едином государственном реестре земель земельных участков, в результате чего каждый земельный участок получает такие характеристики, которые позволяют однозначно выделить его из множества других земельных участков и осуществить его количественную и экономическую оценки, при этом каждому земельному участку присваивается кадастровый номер.

Вся территория Российской Федерации подвергнута кадастровому делению, единицами которого являются кадастровый округ, кадастровый район, кадастровый квартал и территориальная зона. Границы кадастрового округа, как правило, совпадают с границами субъекта Российской Федерации, а границы кадастрового района, как правило, совпадают с границами административно-территориального деления субъекта Российской Федерации.

Основными документами государственного земельного кадастра являются:

– государственный реестр земель кадастрового района;

– дежурные кадастровые карты (планы);

– журналы учета кадастровых номеров;

– кадастровые дела (межевые дела).

При формировании земельного участка выполняется проверка его площади, которая заключается в сравнении значения площади по материалам межевания и вычисленного значения. Площадь земельного участка при наличии координат граничных точек вычисляется аналитически. Значение площади земельного участка, представленное в материалах по межеванию должно совпадать со значением площади, указанное в правоустанавливающем документе на земельный участок.

На территории Хабаровского края при ведении Единого государственного реестра земель в качестве графической оболочки используют ГИС систему Object Land.

Эта ГИС позволяет решать различные задачи: создавать смешанные векторно-растровые карты; отображать карты на дисплее в произвольном масштабе; импортировать пространственную информацию из других систем; копировать, объединять и перемещать карты, слои и отдельные объекты между различными геоинформационными базами данных; создавать выборки пользовательских представлений таблиц, построенных путем задания критериев поиска и сортировки, и ряда других. Также в этой программной среде можно определять площади отсканируемых графических изображений.

В разделе 1 было отмечено, что точность определения площадей влияет на величину начисления платежей.

Из практических исследований известно, что ошибки в определении стоимости в пределах 0,2 – 0,3%, как правило, остается незамеченной, в то время как ошибка в 0,5 – 1,0% провоцирует отрицательные эмоции или неприятие величины платежа [33]. Поэтому максимальная ошибка в начислении платежей за пользование земельным участком не должна превышать 0,3% размера платежа.

Требование приемлемости и соразмерности ошибок в платеже и площади земельного участка можно представить следующим известным выражением:

04542a73f0458e64a63787aaf7466f2f

где P – площадь земельного участка;

b004386037a8999d8af7a013dda8af6b

Очевидно, что величина площади и соответственно точность её определения влияет на величину платежей. Из приведенных расчётов по определению фактической площади земельных участков следует, что величины реальной (фактической) площади земельных участков во многих случаях отличается от площади, полученной по координатам. Поэтому и величина налога естественно должна увеличиваться. Для этого государству необходимо вводить в практику определения фактических площадей земельных участков. Взаимосвязь платежей за землю и точности определения физической площади земельных участков в данном исследовании не рассматривалось.

Так как в ЦММ определяется не фактическая, а пространственная (или наклонная) площадь треугольников, то необходимо использовать разработанный автором способ 2 D определения физической площади, полученный за счёт усреднения уклонов профилей сетки ортогональной линий, в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Он обеспечит максимально возможную точность подсчёта площадей физических поверхностей.

3.4 Повышение точности расчётов гидрологических характеристик при проектировании транспортных объектов

 

При проектировании объектов автомобильных и железных дорог выполняют гидрологические расчёты для труб и мостов. На сегодняшний день в практике проектирования применяют несколько автоматизированных систем расчёта (Credo, Robur, IndorCAD и др.). При вычислении гидрологических характеристик необходимо определять площадь водосбора. Поэтому необходимо исследовать, как влияет на достоверность расчётов не определение физической поверхности.

Расчет труб и малых мостов на воздействие водного потока выполняется с учетом пропуска расходов воды расчетной и наибольшей вероятности превышения.

Согласно действующим нормам СНиП 2.01.14–83 максимальные расходы воды определяют по формуле

b98bd96db8321520ee1b60bc119293b5

Как видно из формул (3.27) и (3.28) величины расхода и объема стока существенно зависят от точности определения водосборной площади A.

Площадь водосбора определяют по топографическим картам или планам на бумажном носителе или в электронном виде, на которых она обозначается водораздельной линией и замыкающим створом.

Следует отметить, что таким образом определяют проекцию фактической (физической) площади водосбора на карте или плане.

Определенную на карте или плане площадь назовем геодезической и

f806f7d97603eeca570364d4119ddb5f

Поскольку величина стока пропорциональна площади бассейна, на поверхности которого этот сток формируется, резонно ожидать влияния уточняемой площади водосбора на расчёт стока. Чтобы оценить степень этого влияния, была выполнена серия расчётов совместно с доцентом Солодовниковым А.Б. [90], по нескольким общепринятым методикам определения ливневого стока с малых бассейнов. Использовались методики, рекомендуемые СНиП 2.01.14–83 и ведомственными строительными нормами ВСН 63–76 [58], метод «Союздорпроекта» [91] и региональные нормы стока, предложенные для юга Дальнего Востока институтом «Дальгипротранс» [195]. Известно, что редукция стока уменьшается с увеличением площади бассейна. Чтобы проследить влияние этого фактора, в расчётах рассматривались водосборы различной величины – 5, 10 и 30 км2. Для названных водосборов учитывались склоны разной крутизны: для водосбора 5 км2 – 5 о, 10 о и 30°, для 10 км2 – 5 о и 10°, для 30 км2 – 5°.

У более крупных водосборов принимались менее крутые склоны. На Дальнем Востоке преобладает гористый рельеф местности, поэтому трассы автомобильных и  железных дорог здесь на значительном протяжении уложены долинным ходом. В таких условиях частым случаем являются небольшие односкатные бассейны со значительной крутизной склона. В данном исследовании этот расчётный случай представлен водосбором площадью 5 км2 и крутизной склона 30°. Известно, что климат на юге Дальнего Востока меняется с востока на запад с муссонного на континентальный. Это сопровождается изменением модуля стока от повышенного в бассейне р. Уссури (12–17 л/с км2) до пониженного и умеренного в бассейне Шилки (0,1–10 л/с км2). Можно ожидать, что поправка, вносимая в измеренную по карте площадь бассейна с учётом крутизны склонов, по–разному отразится на величине стока в различных регионах Дальнего Востока. Поэтому расчёты стока выполнялись для двух районов: Владивостока на юге Приморья и Сковородино в Амурской области. Результаты расчётов представлены в таблице 3.5.

Т а б л и ц а 3.5 – Относительное увеличение стока (%), с учётом поправок
к площади бассейна со склонами разной крутизны9337ee30e8d3ef5cf3668021f3774046

46e68b286b212b0da695a5b456161e55

Анализ результатов расчётов показывает, что:

а) независимо от применяемой расчётной методики и условий, в которых расположен водосбор, увеличение его площади с учётом физической площади (крутизны склонов) всегда сопровождается увеличением стока;

б) для всех методик расчёта установлено, что относительный прирост стока пропорционален крутизне склонов водосбора;

в) результаты, полученные по разным методикам для одинаковых условий стока, существенно расходятся;

г) климатические условия сказываются на абсолютных значениях величины стока, которые заметно увеличиваются ближе к Тихоокеанскому побережью, однако влияние изменения модуля стока в меридиональном направлении на относительное изменение величины стока, вызванное приростом площади водосбора, неочевидно;

д) размеры бассейна не влияют на соотношение прироста площади бассейна и соответствующего относительного увеличения стока.

Таким образом, данное исследование показывает безусловное влияние точности определения площади водосбора с учётом крутизны склонов на результаты вычислений величины стока. И если для сравнительно пологих склонов степень этого влияния сопоставима с разбросом результатов, получаемых по разным методикам расчёта стока, то на крутых склонах (30° и более) поправка к площади бассейна сказывается на величине стока значительно и обязательно должна учитываться независимо от используемой методики расчёта.

Выводы по разделу:

Разработан новый способ, позволяющий уточнять физическую(фактическую) площадь земельных участков за счёт усреднения уклонов профилей сетки ортогональной линий в двух взаимно перпендикулярных направлениях с максимальной степенью приближения к физической поверхности. Так как площадь определяется по двум взаимно перпендикулярным направлениям, то получается 2D модель физической поверхности. Разработанный способ применим для объектов любой формы, в том числе треугольников и n – угольников, а также его можно использовать при определении площадей по ЦММ.

Предложена геометрическая модель для определения пространственных площадей треугольников по пространственным длинам сторон по ЦММ.

В диссертации исследовано влияние поправок за переход на поверхность эллипсоида, на поверхность нормальной отметки участка и за переход от геодезической к фактической площади. Полученные результаты показывают необходимость учёта физической поверхности земли для получения достоверных и качественных ГПД для определения границ и площадей объектов ТК.

Исследовано применение способа определения фактической площади для повышения точности расчётов гидрологических характеристик при проектировании объектов ИТК.

Определено влияние точности определения площади водосбора с учётом крутизны склонов на результаты вычислений величины стока. Для сравнительно пологих склонов степень этого влияния сопоставима с разбросом результатов, получаемых по разным методикам расчёта стока, то на крутых склонах (30° и более) поправка к площади бассейна сказывается на величине стока значительно и обязательно должна учитываться независимо от используемой методики расчёта.