Батиметрия

Батиметрия скрытого озера

Батиме́трия (греч. βαθύς — «глубина»; от μέτρον — «мера») — измерение глубин водных объектов (морей, океанов, озёр, рек и других) с помощью специальных приборов различных систем (лоты, эхолоты и прочее). Появление метода батиметрии в изучении подводного мира напрямую зависит от навигации на поверхности и под водой. Навигация требует хорошего знания рельефа дна водоёмов, где осуществляется судоходство. Сведения о дне, полученные в результате батиметрических изысканий, формируются с использованием изобат — линий с указанием одинаковой глубины исследуемого водного пространства относительно его уровня.

История

Самые первые измерения глубины проведены египтянами около 1800 год до нашей эры с использованием зонда на шесте. Позже была использована взвешенная линия с отметками глубины через определённые промежутки, известная как зондирование. Оба метода были ограничены точечными измерениями и могли упустить изменения в окружающей обстановке, а также подвержены влиянию движения воды. Это был долгий и зависимый от погоды процесс.

Значительные улучшения были достигнуты во время экспедиции Hms Challenger в 1870-х годах, когда использовались системы с тросами и лебёдками для измерения глубины. Ранее измерялась только одна глубина за раз, что требовало низкой скорости. Использование утяжелённых проводов с лебёдками позволило измерять большие глубины. Использование сопротивления проводов продолжалось до 1990-х годов и было полезно для обнаружения навигационных опасностей.

Лучевые эхолоты использовались в период 1920—1930-х годов для определения расстояния до морского дна непосредственно под судном с относительно близкими интервалами вдоль линии движения. Проводя примерно параллельные линии, можно было собирать точки данных с лучшим разрешением, однако оставалась проблема промежутков между точками данных, особенно между линиями. Картографирование морского дна началось с использования звуковых волн, нанесённых на изобаты и ранние батиметрические карты рельефа шельфа. Это позволило в первый раз получить представление о морфологии морского дна, хотя были допущены ошибки из-за неточности горизонтального положения и глубины.

Океанографическое управление Военно-морских сил США разработало секретную версию многолучевой технологии в 1960-х годах. NOAA получило несекретную коммерческую версию в конце 1970-х годов и установило протоколы и стандарты. Данные, полученные с помощью многолучевого гидролокатора, значительно улучшили понимание морского дна.

Воздушно-лазерная батиметрия

Аэросканирование морского дна с использованием технологии воздушной лазерной батиметрии высокой плотности (ALB) является современным методом картирования водных пространств. ALB — это метод обнаружения света и определения дальности (LiDAR), использующий различные спектры света для оптического обнаружения подводных контуров. Этот подход, разработанный в 1960—1970-х годах, позволяет использовать не только видимый, но и ультрафиолетовый и инфракрасный свет для точного обнаружения и измерения подводных форм рельефа.

Лидар (Light Detection and Ranging) — метод дистанционного зондирования, который использует свет в форме импульсного лазера для измерения расстояний. Эти световые импульсы, наряду с другими данными, генерируют трёхмерное представление всего, что отражается от световых импульсов, давая точное представление о характеристиках поверхности. Лидарная система обычно состоит из лазера, сканера и GPS приёмника. Самолёты и вертолёты являются наиболее часто используемыми платформами для сбора лидарных данных на обширных территориях.

Батиметрические карты

Батиметрическая карта отображает рельеф дна различных водоёмов с использованием изобат и маркировкой глубин. Источниками составления батиметрических карт являются данные батиметрических измерений. До 1945 года применялся метод линейной интерполяции изобат между метками глубин, а затем использовалась геоморфологическая интерпретация измерений для выявления особенностей подводного рельефа. С развитием технологий в батиметрическом картографировании, особенно на крупномасштабном уровне, использование многолучевых эхолотов стало распространённым.

В 1899 году на 7-м международном географическом конгрессе была создана международная обзорная генеральная батиметрическая карта океанов (ГЭБКО) в масштабе 1:10 000 000. В 1982 году было завершено пятое обновлённое издание карты, состоящее из 18 листов и созданное на основе более 650 промерных планшетов масштаба 1:1 000 000.

Батиметрическая съёмка

Батиметрические съёмки на водоёмах и в прибрежной зоне моря проводятся для построения планов и карт рельефа дна в линиях равных глубин (изобатах). В отличие от топографических съёмок поверхности суши, при батиметрических съёмках специалист отделён от наблюдаемого рельефа дна воды. Поэтому измерение глубин ведётся по заранее определённым точкам, количество которых зависит от ожидаемой сложности рельефа. Промеры производят по створам или галсам, обеспечивающим минимальные затраты при достижении необходимой точности изысканий. Для оптимизации расположения галсов применяют аэроснимки, сделанные в ясную погоду, когда общие формы донного рельефа могут быть достаточно достоверно определены по аэроснимкам.

Приборы

В батиметрии используются следующие приборы:

• для определения пространственных координат применяются тахеометры и спутниковое оборудование для геодезии;
• для измерения глубины используются телескопическая веха или мерный жезл при малой глубине до 5 метров, а при глубине более 5 метров — эхолот или лидар.

Промеры глубины осуществляют с плавательных средств — катера, лодки, специального судна. Батиметрические измерения выполняют и с поверхности льда.