Автор: студент Ахмадеева Анна

Влияние рефракции на нивелирование в жаркий день: почему рейка

«плывет» и как вводить поправки

Явление рефракции при геометрическом нивелировании возникает из-за

искривления визирного луча при прохождении через слои воздуха с разной

плотностью. В жаркий день нижние слои воздуха, непосредственно прилегающие к

нагретой поверхности земли или асфальта, имеют значительно более низкую

плотность по сравнению с вышележащими холодными слоями. Визирный луч,

распространяясь от нивелира к рейке, отклоняется в сторону более плотной среды,

то есть вниз, к поверхности. В результате наблюдатель фиксирует не истинное

положение рейки, а её кажущееся смещение, из-за чего отсчёты непрерывно

меняются даже при абсолютно неподвижных приборе и рейке. В жаркий день

изменения отсчёта по одной и той же точке могут достигать десяти-двадцати

миллиметров за несколько секунд, что делает точное нивелирование практически

невозможным

без

учёта

этого

эффекта.

Основной

проблемой

является

вертикальная рефракция, которая вносит систематическую ошибку в вычисляемое

превышение. При нивелировании из середины влияние вертикальной рефракции

частично компенсируется, но только при строгом равенстве расстояний от прибора

до задней и передней реек. Если плечи неравны, ошибка становится грубой и

требует обязательного введения поправки. Сама поправка вычисляется по формуле

Δh = (k / 2R) × S², где Δh — поправка в превышение в метрах, k — коэффициент

рефракции, зависящий от погодных условий и времени суток (в обычных условиях

около 0,13–0,16, а в жаркий день может возрастать до 0,20–0,30), R — радиус

Земли, равный примерно 6 371 000 метров, а S — расстояние от нивелира до рейки

в метрах. Знак поправки всегда положительный, так как искривлённый вниз луч

заставляет наблюдателя видеть рейку ниже её истинного положения. На практике

для коротких плеч длиной до пятидесяти метров поправку часто не вводят,

ограничиваясь организационными мерами, но при расстояниях более ста метров

расчёт поправки становится обязательным. Для уменьшения влияния рефракции

рекомендуется работать в утренние или вечерние часы, избегая периода с десяти

утра до четырёх вечера в жаркую погоду. Также следует максимально сокращать

длину визирного луча до тридцати-пятидесяти метров, строго соблюдать равенство

плеч с разницей не более пяти метров и поднимать визирный луч на высоту не

менее полуметра над нагретой поверхностью. Прямое солнце на нивелир и рейку

необходимо исключать с помощью защитных зонтов или экранов. Если измерения

в жару неизбежны, имеет смысл выполнить пять-десять повторных отсчётов по

одной рейке с интервалом около десяти-пятнадцати секунд, отбросить явно

выпадающие значения и вычислить среднее арифметическое, что снижает

случайную составляющую ошибки. Признаками сильной рефракции, требующими

немедленного прекращения работ, служат дрожание или «кипение» изображения

рейки в трубе нивелира, размытость штрихов рейки и заметное глазу мерцание

воздуха над поверхностью земли. В таких условиях любые измерения теряют

достоверность,

и

единственно

правильным

решением

будет

перенос

нивелирования на более прохладное время суток.