Разработка системы геоэкологического мониторинга для раннего предупреждения об активизации оползневых процессов для обеспечения геоэкологической безопасности урбанизированных территорий

УДК 614.8 В.М. Лазарев

Томский государственный архитектурно-строительный университет, Томск

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ДЛЯ РАННЕГО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОБ АКТИВИЗАЦИИ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

В статье рассмотрена разработка системы геоэкологического мониторинга для раннего предупреждения об активизации оползневых процессов для обеспечения геоэкологической безопасности урбанизированных территорий.

V.M. Lazarev

Tomsk State University of Architecture and Civil Engineering, Tomsk

DEVELOPMENT OF THE GEOECOLOGICAL MONITORING SYSTEM FOR THE EARLY PREVENTION OF SLIDING PROCESSES TO ENSURE GEOECOLOGICAL SECURITY OF URBAN LANDS

Development of the geoecological monitoring system is considered. It is to be used for the early prevention of sliding processes to ensure geoecological security of urban territories.

В последние годы по данным МЧС России количество чрезвычайных ситуаций природного и техноприродного происхождения непрерывно и интенсивно возрастает, что связано с одной стороны с ростом урбанизации, а с другой широким распространением и активизацией опасных природных и техноприродных процессов. Катастрофические процессы приводят к разрушению зданий и сооружений и представляют реальную угрозу для жизни людей как в нашей стране, так и за рубежом. Поэтому вопросы раннего предупреждения активизации опасных природных и техноприродных процессов для обеспечения геоэкологической безопасности урбанизированных территорий становятся все более актуальными, а природные катастрофы в России включены в число стратегических рисков. Принципы борьбы с ними изменились.

В основу новой стратегии обеспечения геоэкологической безопасности урбанизированных территорий положены три принципа- прогнозирование, своевременное предупреждение и управление природными опасностями, а не борьба с их последствиями. Реализация указанных принципов требует хорошего знания закономерностей и механизмов развития опасных явлений. Поэтому одной из актуальных проблем современной геоэкологии является изучение состояния и устойчивости геологической среды урбанизированных территорий при активизации опасных процессов, из которых исключительное значение приобретает изучение оползневых процессов природного и техноприродного характера, а геодезический мониторинг дает координатную основу для принятия управленческих решений.

Для прогнозирования ожидаемых экстремальных явлений и организации инженерной защиты необходима организация современного комплексного геоэкологического мониторинга их развития во времени и пространстве. В связи с этим становится актуальным решение важной научно-технической проблемы развития и обоснования методов самого геоэкологического мониторинга оползнеопасных территорий и системы его геодезического обеспечения с использованием последних достижений геодезической науки и техники, что требует как разработки теоретических основ контроля за развитием опасных процессов и их раннего предупреждения, так и теоретического обоснования объединения различных методов и технологий в рамках комплексного геоэкологического мониторинга. Практическое применение результатов исследований оползнеопасных территорий и природно-технических систем (ПТС) на урбанизированных территориях геодезическими методами позволяет реализовать на практике комплексную программу геоэкологического мониторинга за ПТС для раннего предупреждения активизации опасных процессов с целью организации инженерной защиты и предотвращения чрезвычайных ситуаций, что особенно актуально для обеспечения геоэкологической безопасности крупных городов и в частности для г. Томска, на территории которого решением городского координационного экологического Совета определено 33 оползнеопасные зоны, из которых наиболее опасными следует признать оползневой склон в мкр. «Солнечный» и район Лагерного сада на берегу р. Томь. Развитие оползневых процессов на этих участках наносит огромный ущерб городскому хозяйству из-за деформации и разрушения существующих зданий и инженерных сооружений, что потребовало принятия на территории Томской области закона «Об оползневых зонах, расположенных в границах городских и сельских районов Томской области».

Проблема геоэкологического мониторинга оползневых процессов на урбанизированных территориях актуальна уже давно, но до окончательного ее решения еще далеко. Выполненный в работе анализ существующих методов, традиционно используемых для исследования оползневых процессов показал, что оценку состояния и устойчивости ПТС необходимо решать в комплексе на основе системного подхода, который дает возможность своевременно выявить начало активизации оползневых процессов. Для контроля за развитием глубинных оползневых деформаций, за состоянием самого оползневого массива, его горизонтальными и вертикальными смещениями, а также за деформациями зданий и инженерных сооружений на склоне, необходимо кроме классических методов геодезии применить еще и современные спутниковые геодезические технологии, и магнитометрические методы измерений глубинных оползневых деформаций, и методы статистического моделирования и математического прогнозирования, что потребовало разработки теоретических и технологических основ объединения различных технологий измерений и методов статистического моделирования в рамках комплексной программы геоэкологического мониторинга, что в целом позволяет успешно решить

поставленные выше проблемы прогнозирования, раннего предупреждения и управления опасными процессами, так как такая система уже приобретает новые свойства, становится технически более совершенной, результаты одного метода подтверждают результаты другого, значительно повышая достоверность установления закономерностей и прогноза развития опасных процессов, что необходимо для организации инженерной защиты и принятия управленческих решений. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Научное обоснование комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга для решения геоэкологических проблем урбанизированных территорий, обусловленных развитием оползневых процессов и разработать теоретические и технологические основы обеспечения стационарного геодезического контроля за перемещениями во времени и пространстве оползневых массивов и инженерных сооружений на основе объединения классических и спутниковых технологий.

2. Разработка технологии и исследование методов математического прогнозирования появления деформаций в строительных конструкциях инженерных сооружений в процессе их эксплуатации на основе анализа изменения формы поверхности строительных конструкций по результатам геодезических измерений. Кроме этого появление деформаций косвенно подтверждает сам факт существования и развития оползневых процессов.

3. Развитие методов статистического моделирования и разработка технологии их применения для решения геодезических задач и оценки стабильности положения опорных пунктов для определения реальных смещений оползневых массивов. Так как достоверное прогнозирование опасных ситуаций требует анализа многолетних наблюдений, характеризирующих динамику взаимодействия оползневого склона и инженерных сооружений, а при сложном характере деформаций указанных объектов для решения данной проблемы наверное единственно возможным подходом является имитационное моделирование. Актуальность изучения причин образования и устойчивости оползневых процессов с применением современных методов математического моделирования и ГИС-технологий нашла подтверждение на 32-м международном геологическом конгрессе в Италии, на котором более 200 докладов было посвящено оползневой проблематике, причем 47 из них касалось использования методов статистического моделирования(Монте-Карло) и ГИС-технологий для оценки оползневой опасности и риска, а в остальных работах рассматривались вопросы разработки и апробации эффективных методов геомониторинга оползневых процессов, численного и физического моделирования с уточнением механизма оползня и параметров ожидаемого смещения, что еще раз подтверждает актуальность подобных работ на территории г. Томска.

4. Теоретическое обоснование и практическое применение новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния

атмосферных ошибок на спутниковые измерения в процессе раннего предупреждения активизации оползневых процессов.

5. Разработана методология обеспечения геоэкологической безопасности объектов на основе комплексного геоэкологического мониторинга оползневых процессов и анализа состояния природнотехнических систем в процессе их эксплуатации.

Геодезический мониторинг является важнейшей составляющей системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга, поскольку обеспечивает его пространственно-временную привязку, являясь координатной основой и позволяет определить факторы, влияющие на состояние и развитие природно-технических систем. Разработанная на кафедре геодезии ТГАСУ комплексная технология геодезического контроля за оползневыми процессами и деформациями инженерных сооружений на оползневом склоне была применена в процессе реализации комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга на территории г. Томска [1] и доведена до практических рекомендаций при решении градостроительных задач и корректировке генерального плана застройки города Томска с учетом развития опасных природных и техноприродных процессов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ольховатенко В.Е., Рутман М.Г., Лазарев В.М. Опасные природные и техноприродные процессы на территории г. Томска и их влияние на устойчивость природно-технических систем. Томск: Печатная мануфактура, 2005. - 152 с.

© В.М. Лазарев, 2010