Jump to Navigation

Уровни воды в морских портах: так ли измерены?

Определение высот в портах Украины осуществляется с соблюдением нормативных требований ряда документов, основными из которых являются Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов (Москва, «Недра», 1990 год) и РТМ «Высотная привязка уровенных постов» (ГУГК СССР, 1988 год).
В наше время отметки реперов уровенных постов и других параметров, характеризующих уровень воды в морях и реках, определяются в Балтийской 1977 года системе высот (БС77). 
Немного истории о системах высот, которыми ранее пользовались и теперь пользуются в портах Черноморско-Азовского побережья Украины.
До 1945—1949 годов в портах отметки параметров уровенных постов (высоты нулей портов, ординаров, срочных, среднемесячных, среднегодовых уровней воды) определялись по данным многолетних наблюдений в локальных системах высот.
В 1947 году в преобладающем числе портов Украины была введена Балтийская система высот (БС). Для перехода от локальных систем высот в систему БС были проложены ходы нивелирования I и II классов от ближайших реперов I и II классов Государственной высотной сети. Начальной точкой счета высот был принят нуль Кронштадтского футштока. Вычисления велись в так называемой системе нормальных высот. Тем самым, все вышеперечисленные параметры уровней воды получили отметки в системе БС.
С 1 января 1961 года в портах была введена система высот от единого нуля поста моря, нуль которой в системе БС имеет отметку 5,00 м, и все срочные наблюдения за уровнями воды с этого времени определяются от единого нуля поста моря.
Есть весьма поучительный исторический факт. Начиная с 1703 года, в районе строительства Санкт-Петербурга устанавливались уровнемерные футштоки, но в силу разных причин и обстоятельств каждый из них разрушался, и данные измерений уровней не накапливались. Только с 1825-го
по 1840 год велись беспрерывные наблюдения сначала на нескольких футштоках, а с 1833-го по 1840-й на берегах Финского и Ботнического заливов в пределах Великого Княжества Финляндского функционировало 17 пунктов наблюдений за уровнями.
Несколько футштоков имели неточности, и над упорядочением наблюдений работал выдающийся русский гидрограф М.Ф. Рейнеке. В 1840 году нули футштоков были тщательно выровнены, вычислена средняя высота уровня Балтийского моря, которую Рейнеке зафиксировал на гранитном устое Синего моста на о. Котлин (где находился футшток) с помощью глубоко выбитой на поверхности устоя горизонтальной черты. В 1872 году эта черта (марка Рейнеке) впервые была принята за исходный «нуль» при определении высот геодезических пунктов. Способ оформления этой марки многократно менялся. Доступ к ней был весьма сложным. 
С 1951 года марка — нуль Кронштадтского футштока, представляет собой медную пластину с горизонтальной и вертикальной чертой, на пересечении которых имеется отверстие для подвесной рейки. Пластина оборудована защитной рамкой из бронзо-никелевого сплава. На рамке написано: «Исходный пункт нивелирной сети СССР». Кронштадтский футшток имеет 12 марок — дублеров, размещенных на расстоянии от него 5—20 км. После соединения острова с материком недавно сооруженными двумя дамбами доступ к футштоку стал совсем простым. Сказанное подтверждает, что никогда не поздно исправить обнаруженные огрехи.
В 1979 году было завершено повторное государственное нивелирование I и II классов на всей территории СССР и составлены каталоги высот реперов в новой системе, получившей название Балтийская 1977 года система высот (БС77) и одновременно в БС. Проведенное повторное нивелирование по сравнению с нивелированием 40-х годов прошлого века исполнено более качественными приборами по более современной методике, точнее учитывающей гравитационное поле Земли и другие источники ошибок систематического действия.
Общая протяженность линий I класса составила 70000 км, а линий II класса — 360000 км. При уравнивании нивелирная сеть I и II классов была разбита на блоки «Запад» и «Восток», граница между которыми проходила по линии I класса «Архангельск — Казань — Аральское море — Арысь». Вычисления снова выполнялись в системе нормальных высот от нуля Кронштадтского футштока.
Сеть, закрепляющая БС77, протянувшаяся более чем на 10000 км по долготе и на 3000 км по широте, построена с очень высокой точностью. Наиболее удаленные от Кронштадтского футштока пункты определены со средней квадратической ошибкой (с.к.о) не более 15 см.
По данным ЦНИИГАиК, точность нивелирных сетей по результатам уравнивания характеризуется следующими с.к.о на километр хода: I класс 0,5 мм; II класс 0,8 мм; III класс 1,6 мм; IV класс 6 мм.
При прокладке новых государственных нивелирных линий в последующие годы каталоги высот составлялись только в БС77.
Разница высот реперов в системе БС и БС77 меняется даже в черте одного города. Это связано с неравномерным распределением в теле Земли масс различной плотности. Чем точнее мы учитываем величину геодезической поправки за воздействие плотности масс (гравитационной поправки), тем точнее определим отметки параметров уровневого поста в БС77, а тем самым и местоположение отсчетной поверхности, идущей через ноль Кронштадтского футштока и продолжающейся в теле Земли до уровневых постов. Эта поверхность и есть нуль БС77. Поэтому механически пересчитать отметки из одной системы в другую невозможно. 
Для правильного перехода от одной системы к другой необходимо реперы уровенных постов привязать к реперам Государственной высотной основы, имеющим отметки в системе БС77. А такой передачи высот, как это было сделано для перехода от локальной системы к системе БС, практически не произведено из-за отсутствия выделенных на это средств. На данный момент переход на уровенных постах от БС до БС77 осуществлен формально.
И еще. Скорее всего из-за того, что обе системы в названии имеют слово «Балтийская», система высот объектов уровенных постов относительно единого нуля поста моря на некоторых постах не изменена, и принято, что отметка единого нуля поста моря в системе БС77 также равна 5,000 м. Но она имеет другое значение, зависящее от разницы отметок в системах БС и БС77 для территории, на которой размещен уровенный пост.
На украинском побережье морей разница отметок в системах БС и БС77 колеблется от величины менее 5 см до значения более 15 см. По своему влиянию на все сферы деятельности портов и научные цели эти разницы не являются безобидными или несущественными.
Например, при ошибке в определении уровня воды в 20 см ремонтное черпание 1 км канала шириной 100 метров (при стоимости выемки кубометра грунта в 50 гривен) может оказаться дороже на 1 млн гривен.
На сегодняшний день мы знаем, что в какой-то момент каждый из портов ощутил скачок уровней вверх. Мариупольский и Бердянский порты поменяли значение нулей портов, чем частично устранили влияние искусственного увеличения отметок уровней. Гидрометеобюро Севастополь, начиная с 1973 года, средние многолетние уровни считает в две строчки — и целиком за весь период наблюдений на уровенных постах, и с 1973 года.
А в Каталоге наблюдений над уровнем Черного и Азовского морей (Севастопольское отделение ГОИН, 1990 год) имевшиеся зафиксированные в БС уровни на дату ввода БС77 пересчитаны в БС77. Последующие срочные наблюдения велись от нового отсчетного горизонта единого нуля поста моря, место (величина опуска) которого для каждого порта не пересчитано в БС77 и не зафиксировано.
Положение усугубляется тем, что все отметки реперов, существовавшие ранее, переводятся Государственной геодезической службой Украины в БС77. И данных в БС уже нельзя найти. Следует подчеркнуть, что при этом пункты городских высотных сетей не привязаны к БС77, и все городские планшеты имеют отметки в БС.
Мы полагаем, что систему высот от единого нуля поста моря необходимо оставить такой, какой она была введена в 1961 году. А для перехода счета от сохраняемых отсчетных уровней к системе БС77 необходимо установить для территорий каждого уровенного поста разницу отметок в системах БС и БС77. Оцифровать в БС77 ноль БС, то есть привычный нам ноль Кронштадтского футштока, тем самым столб воды станет более низким и реальным. 
 
Яромира Костецкая,
профессор, д.т.н.,
зав. кафедрой инженерной геодезии НУ «Львовская политехника»
Марина Звягина,
консультант директора по геодезии и землеустройству
ГП «ЧерноморНИИпроект»



Ports_of_ukraine | by Dr. Radut