Труды российских конференций

Представлены результаты эксперимента, выполненного летом 2007 года в устьевой зоне р.Кереть, впадающей в Белое море, с целью исследования пространственно-временной изменчивости границы между пресной и солёной водой (галоклина) при помощи георадара, буксируемого по поверхности на маломерном плавсредстве. Разработана методика выполнения работ, определены условия эффективного применения георадиолокации для решения поставленной задачи. Получена трёхмерная картина структуры галоклина на фазе отлива.

Введение

В устьевых областях рек, впадающих в море, распространение пресной речной воды происходит в поверхностном слое на значительные расстояния. Постоянный приток пресной воды в море влияет на формирование своеобразия гидрологического, солевого, гидротермического, гидробиологического режимов в прибрежной зоне морей. Оперативное выявление границы пресных и солёных вод (галоклина) и определение её местоположения в различные фазы водного режима необходимы для реализации экологического мониторинга в устьевых участках. Поскольку морская и речная вода обладают резко отличающимися электропроводностями, существуют хорошие предпосылки для выявления границы между ними с помощью георадара.

Постановка эксперимента

В 2006 -2007 годах в устье реки Кереть были выполнены эксперименты по выявлению галоклина методом георадиолокации. Была проведена детальная георадиолокационная съемка устьевой области на разных фазах приливно-отливного цикла. Работа велась с борта маломерного плавсредства, одновременно с радарной съемкой проводилось измерение глубины эхолотом, привязка радиолокационных профилей при помощи GPS, а также измерения общей минерализации воды по глубине в отдельных точках.

Для проведения эксперимента в устьевой зоне было размечено при помощи береговых вешек и буйков четыре профиля – один продольный, по направлению течения реки, и три поперечных Привязка профилей на местности осуществлялась при помощи GPS (обеспечиваемая точность – 5 м). Радиолокационная съемка устьевой области проводилась с помощью георадара «Око» с антенными блоками АБ-150 и АБ-700. При измерении на каждом профиле антенный блок георадара размещался на дне резиновой лодки, которая закреплялась у борта надувной мотолодки, что позволяло наблюдать невозмущенную винтом мотора границу пресной и солёной воды.

При прохождении профиля на радарограмме через каждые 10 м ставились метки (метками также отмечались буйки), расстояние между метками контролировалось по приемнику GPS. Это позволило в дальнейшем при визуализации радарограмм учесть непостоянство скорости перемещения по профилям, связанное с влиянием течения реки и ветрового сноса. В моменты постановки меток проводились также измерения глубины с помощью закрепленного на буксирующей лодке эхолота Garmin. Предварительная обработка данных осуществлялась в программе Geoscan32, входящей в комплект георадара «Око».

Выполнение всех (радиолокационных и гидрологических) измерений на всех профилях занимало не более часа времени на каждой из четырех фаз приливного цикла (высокая вода, спад уровня, малая вода, нарастание уровня). Поскольку за время радиолокационной съемки уровень воды, хоть и незначительно, менялся, совокупность радарограмм на каждой фазе представляет некоторую обобщенную (в интервале часа) картину структуры галоклина в устьевой зоне р.Кереть.

Результаты работ

Благодаря разным значениям минерализации, а, следовательно, проводимости пресной и солёной воды, граница их контакта фиксируется на радарограммах в виде характерных отражений. Колебания минерализации происходят в верхнем (около 1.5 м) слое воды. На фазе спада уровня происходит распреснение поверхностного слоя водой р.Кереть до значений, меньших 100 мг/л, на фазе подъема значения общей минерализации возрастают до 1000 мг/л за счет поступления соленой морской воды. На глубине 0.5 м – 1 м формируется слой максимального градиента минерализации, собственно галоклин. На фазе прилива галоклин не фиксируется на радарограмме, что связано как с высокими (более 700 мг/л) значениями минерализации поверхностного слоя и большим затуханием радиолокационного сигнала, так и с малым градиентом минерализации и отсутствием четкой отражающей границы. Отражающая граница возникает на спаде уровня на глубине около 1 м при распреснении поверхностного слоя до значений, меньших 500 мг/л, и увеличении градиента. На фазе отлива на участке профиля, где присутствуют только пресные речные воды, георадар четко фиксирует расстояние до дна, а галоклин смещается в сторону моря. На фазе подъема уровня минерализация верхнего слоя возрастает, однако тонкий слой пресной воды на поверхности остается и, возможно, его нижняя граница прослеживается в верхней части радарограммы.

На рисунке приведены результаты радиолокационной съемки, выполненной с антенным блоком АБ-700 вдоль продольного профиля и двух поперечных профилей на фазе спада воды. Граница пресной и солёной воды, прослеживаемая по радиолокационным отражениям, дана пунктирной линией, сплошной линией отмечаются значения глубины по данным эхолота.

Выводы

Радиолокационная съемка устьевой области показала, что при спаде воды происходит возникновение и сдвиг «ступени» галоклина от реки к морю, уменьшение минерализации поверхностного слоя, увеличение градиента минерализации и, как следствие – более четкое проявление границы. При подъеме воды происходит деградация галоклина - увеличение минерализации поверхностного слоя и одновременное уменьшение градиента минерализации, как следствие – увеличение затухания и уменьшение амплитуды отраженного от границы сигнала.

Таким образом, георадиолокация может быть эффективным средством для оперативного выявления границы пресных и соленых вод и отслеживания изменений её структуры при мониторинге устьевых зон. При этом наиболее перспективным представляется применение георадара в комплексе с кондуктометрией и со станционными измерениями минерализации, температуры, скорости и направления течений и других параметров водной толщи.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 07-05-00583)