ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 264-271
МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 504.03
ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О РАЗВИТИИ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ТРАСС ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ БОЛЬШОЙ ПРОТЯЖЕННОСТИ
© 2013 г. А.Н. Хименков*, Ю.В. Халилова*, Д.О. Сергеев*, Г.З. Перльштейн*, А.Н. Угаров**
* Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., 13, стр. 2,
Москва, 101000 Россия. Е-та11: cryo@geoenv. ги **Научно-образовательный центр исследований экстремальных ситуаций МГТУ им. Н.Э. Баумана, Подколокольный пер., 16, стр. 2, Москва, 109028 Россия. Е-таИ: garo@esrc.ru
Поступила в редакцию 02.04.2012 г.
На основе модификации метода аэровизуального наблюдения предложена технология, позволяющая оперативно фиксировать проявления процессов, оценивать актуальную направленность их динамики, а также видимые последствия их воздействия на инженерные и защитные сооружения. Рассмотрены процедуры сбора и обработки первичных данных, получаемых при наблюдении, выделения ареалов развития геологических процессов, их ранжирования по степени опасности для обоснования приоритетов планирования защитных и компенсирующих мероприятий. Предлагаются варианты алгоритма анализа актуальной геодинамической ситуации и тенденции ее изменения за предыдущий период наблюдений. Рассмотрены возможности использования разработанной методики для поддержки принятия управленческих решений.
Ключевые слова: инженерно-геологический мониторинг, природно-техническая система, аэровизуальное обследование, линейное сооружение, геологические процессы.
ВВЕДЕНИЕ
Мониторинг линейных природно-технических систем (ПТС) большой протяженности (до нескольких тысяч километров) требует решения ряда специфических задач сбора, обработки и хранения большого объема сопоставимой информации о проявлениях опасных геологических процессов, несущих прямую или опосредованную угрозу для строящихся или эксплуатируемых инженерных сооружений.
Традиционной основой наблюдения за активностью экзогенных геологических процессов в системе мониторинга ПТС является совокупность процедур, включающая: районирование территории по определенным принципам, группировка получаемых данных по единицам районирования и/или по компонентам природной среды, построение моделей поведения выделенных районов при техногенной нагрузке, определяемой
проектными решениями [6, 8, 9]. Рекомендуемые подходы в организации геомониторинга базируются: во-первых, на фиксации существующего состояния природной среды, выраженной в наборе усредненных показателей, распределенных по выделенным районам; во-вторых, на получении актуальной информации по изменению характеристик природной среды в отдельных точках, соответствующих выделенным районам; в-третьих, на разработке моделей поведения различных элементов природной среды, в зависимости от выбранных сценариев взаимодействия инженерного сооружения и природной среды.
Реально проводимые наблюдения за литоген-ной составляющей ПТС различного хозяйственного назначения показывают, что существует несоответствие между информацией, необходимой для анализа реального (актуального) состояния ПТС, и информацией, получаемой от традиционно организованных систем мониторинга. Это зна-
чительно усложняет принятие управленческих решений и затрудняет обеспечение устойчивого функционирования технических систем. Особенно это несоответствие заметно в линейных ПТС большой протяженности. По мнению авторов, именно это обстоятельство обусловливает малое распространение в России реально действующих систем геотехнического мониторинга на уже построенных протяженных объектах.
Практическим опытом организации подобного мониторинга на трубопроводах обладает только ряд дочерних обществ РАО "Газпром" [8]. За рубежом обширный опыт получен при эксплуатации трубопроводов Аляски и Канады [1, 11]. Несколько лучше поставлено дело с мониторингом опасных геологических процессов на трассах железных дорог. В частности, регулярные наблюдения активности ОГП ведутся на трассах Обская-Бованенково и Томмот-Якутск [4, 5].
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Специфическая особенность линейных сооружений (нефтегазопроводов, железных и автодорог, линий электропередач) - их значительная протяженность, в отдельных случаях достигающая несколько тысяч километров. Данные ПТС проходят через разные климатические, тектонические и ландшафтные зоны с разнообразными инженерно-геологическими и геодинамическими условиями. В общем виде мониторинг ПТС представляет собой совокупность регулярных наблюдений, оценки, прогноза и поддержки управленческих решений, проводимых по заранее намеченной программе с целью оптимизации их функционирования в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека [6]. Эта система включает блок контроля (режимные наблюдения) и блок управления (автоматизированная информационная система и система защитных мероприятий) [3].
Данная статья посвящена проблемам получения первичной информации (блок контроля) развития опасных геологических процессов (ОГП) на действующих линейных ПТС большой протяженности. Специфика организации мониторинга в этих условиях связана с ростом количества ОГП в первые несколько лет после строительства, в период перестройки структуры ПТС до достижения нового состояния равновесия. В настоящее время принят подход, связанный с созданием сети пунктов режимных стационарных наблюдений на типовых участках, характеризующих какую-либо таксономическую единицу инженерно-
геологического районирования, или участки, где наблюдается наиболее интенсивное развитие ОГП [1, 6]. Существуют и иные принципы размещения наблюдательной сети:
- наблюдательные пункты размещаются на потенциально опасных участках [8];
- наблюдательная сеть размещается на основе совместного анализа данных о инженерно-геологических условиях трассы и предполагаемых техногенных нагрузках вдоль нее [6].
Общим для всех перечисленных вариантов является локализация пунктов сбора первичной информации в отдельных характерных точках с типичными или экстремальными условиями взаимодействия между различными типами сооружений и геологической средой. Это базовое положение для современных традиций геотехнического мониторинга.
При этом подходе не удается получать актуальную информацию обо всех проявлениях ОГП по трассе. Связано это с рядом объективных причин, среди которых следует особо выделить следующие.
1. Возникновение очага ОГП не детерминировано, это событие вероятностное, определяемое соотношением многих факторов в локальном месте. Опыт работ на многих линейных объектах показал, что зачастую процесс развивается не всегда в ожидаемых ("благоприятных" для него) местах, а степень опасности для объекта во многом определяется не масштабом или интенсивностью процесса, а близостью его развития к объекту.
2. Вновь сформированная линейная ПТС является термодинамически неустойчивой системой. Строительство объектов выводит природную составляющую из равновесного состояния, что, как правило, реализуется в увеличении количества проявлений ОГП.
3. Отличительная особенность исследования линейных ПТС - необходимость одновременной фиксации огромного количества проявлений ОГП на расстояниях в тысячи километров с большой частотой повторных наблюдений. Считается, что обследование должно проводиться с частотой от полугода до двух лет [6]. Оптимален ежегодный цикл с обследованием в конце лета.
4. Любая ПТС состоит из нескольких взаимодействующих подсистем, оказывающих свое специфическое влияние на геологическую среду, меняя ее характеристики в течение года. Рассмо-
Обобщенная схема поперечного сечения ПТС коридора магистрального нефтепровода: 1 - незадернованная поверхность; 2 - задернованная поверхность; 3 - водоем; 4 -геологическая граница. Положение трубопровода в сечении показано черным кругом.
трим данный тезис на примере подсистем магистрального нефтепровода (МН). Возведение при-трассовой автодороги и обваловка нефтепровода нарушает естественный сток вод и приводит к формированию обширных обводненных участков у подножия насыпи (рисунок).
Летом дно крупных обводненных участков испытывает заметный разогрев по сравнению с оголенной, и, тем более, с задернованной поверхностью. Зимой температурный режим грунта существенно зависит от глубины обводнения (промерзает ли водоем до дна), а также от колебаний толщины снежного покрова на автодороге и в ее окрестности. Все эти факторы следует учитывать при прогнозе развития процессов как источника опасности для трубопровода. Следует учитывать, что зоны влияния различных сооружений могут пересекаться, обуславливая сложное воздействие на геологическую среду. Конфигурация зон влияния может существенно меняться в разные сезоны и год от года. Расположение зон влияния необходимо учитывать при определении детальных наземных наблюдений, а также выборе расчетных областей при моделировании опасных геологических процессов. Для получения полной информации о происходящих изменениях одной точки наблюдения недостаточно, для каждой зоны влияния следует оборудовать свою площадку сбора информации, что должно учитываться при расположении мониторинговой наблюдательной сети.
При организации мониторинга следует использовать дистанционные методы исследований, позволяющие быстро охватить значительные территории, выделить, зафиксировать координаты и описать морфологию всех интересующих исследователя объектов. Это поможет уточнить приоритеты мониторинга и обосновать (а если нужно, то и скорректировать) программу наблюдений.
Среди дистанционных методов исследования наибольшее применение получили космосъемка,
аэрофотосъемка и аэровизуальные наблюдения. Рамки данной публикации не позволяют провести подробный сравнительный анализ этих методик применительно к использованию их в мониторинге линейных ПТС большой протяженности. Отметим лишь, что первые две из них, в силу технологических сложностей недостаточно оперативны для мониторинга ОГП в криолитозоне.
Очевидно, что в настоящее время существует необходимость в разработке недорогой, достаточно простой для практическо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.