Система активного та пасивного моніторингу небезпечних геологічних процесів на території Київської агломерації

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система активного та пасивного моніторингу небезпечних геологічних процесів на території Київської агломерації

С.А. Вижва,

О.Є. Кошляков,

О.М. Кожан

Анотації

Розроблено основні принципи та підходи до створення системи моніторингу за станом геологічного середовища на території Київської агломерації. Наведено приклади вирішення гідрогеологічних та еколого-геофізичних задач на окремих ділянках.

Разработаны основные принципы и подходы к созданию системы мониторинга состояния геологической среды на территории Киевской агломерации. Приведены примеры решения гидрогеологических и эколого-геофизических задач на отдельных участках.

Актуальність проблеми. Прогноз та зменшення рівнів ризику природних та природно-техногенних катастроф є однією з найбільш актуальних проблем сьогодення. Одним з основних чинників, які впливають на ріст природних та природно-техногенних катастроф називають урбанізацію [1]. моніторинг катастрофа геологічний

Внаслідок аналізу основних проблем, які виникають при забезпеченні розвитку промислових агломерацій встановлено, що на даний час найбільш актуальними є

- інтенсифікація небезпечних екзогенних геологічних процесів (зсуви, підтоплення, розущільнення, суфозія, карсти, електрохімічна корозія, тощо), що вимагає постійного дослідження з точки зору їх безпосереднього негативного впливу та можливих катастрофічних процесів та наслідків, які можуть бути з ними пов'язані

- утворення інтенсивних фізичних полів (вібраційних, електромагнітних, теплових, ультразвукових, тощо) на території міста, що негативно впливають на здоров'я та самопочуття людей;

- для території України та зокрема для Києва, є проблема змін режиму та забруднення підземних вод.

Найважливіша компонента геосистеми - літогенна основа, що включає геологічний фундамент, рельєф, покривно-грунтовий комплекс. Стійкість літогенної основи природної (ПС) і природно-техногенної системи (ПТС) визначає геологічний стан території, що відповідає нормальному рівню функціювання як системи в цілому, так і окремих її природних компонент, інженерних споруд і людини. Гідрогеологічна складова визначає властивості літогенної основи, в значній мірі формує геоекологічний стан геосистеми. Це - найбільш динамічна природна компонента, яка активно змінюється внаслідок антропогенного впливу.

Найбільш динамічним показником зміни властивостей геологічного середовища є зміна параметрів природних і штучних фізичних полів, що використовують для контролю за станом середовища.

Враховуючи вищенаведене, можна стверджувати, що стійкість і динамічність урбанізованих природно-техногенних систем визначається рядом чинників, серед яких слід виділити такі групи

природні чинники (літогенна основа, що включає геологічний фундамент, рельєф, покривно-грунтовий комплекс);

гідрогеологічні та інженерно-геологічні умови території;

геофізичні поля природного і техногенного походження (електромагнітні, вібраційні, теплові, радіаційні, тощо);

інтенсивність промислового навантаження.

Проблеми урбанізованих територій найкраще розглядати на прикладі м. Києва. Місто Київ є політичним, науковим і промисловим центром країни, важливим транспортним вузлом, річковим портом і центром повітряних перевезень. Як в самому місті, так і в містах-супутниках розташована значна кількість промислових підприємств. На території Київської області розташовано 272 потенційно небезпечних об'єктів. Серед них Чорнобильська АЕС, Трипільська ТЕС, більше 70 - хімічно-небезпечних об'єктів, 3 підприємства працюють з радіоактивними та іонізуючими речовинами. Потенційно небезпечними також є нафто- та газопроводи, протяжність яких на території області складає 264,2 км та 775,45 км відповідно. В зв'язку з цим екологічний стан в м. Києві залишається вкрай напруженим. Місто інтенсивно розбудовується і, тільки завдяки виконанню ряду першочергових заходів організаційного та технічного напрямку, частково стримується наростання негативних процесів деградації довкілля.

Не на останньому місці стоїть і питання щодо оцінки сейсмонебезпеки Києва з точки зору безпечного функціонування діючих споруд та перспектив подальшої забудови. Для оцінки сейсмічної небезпеки з подальшим визначенням рівнів сейсмічних ризиків необхідні постійні дослідження фізико-механічних властивостей ґрунтів, рівнів ґрунтових вод, резонансних властивостей будівель і споруд.

Лініаментні зони тектонічно активні, небезпечні для будівництва і потребують детального геолого-геофізичного вивчення. Для їх виявлення та картування крім наземних досліджень доцільно використовувати дані дистанційного зондування Землі (ДЗЗ).

На території міста спостерігається цілий ряд сучасних екзогенних процесів, активізованих природними і техногенними чинниками. Із них найбільш поширеними та інтенсивними є гравітаційні, ерозійні, суфозійні, “лесовий карст”, заболочування, провали, підтоплення, просадки і осідання поверхні. Зокрема площинна ерозія, що проявляється, в основному, за межами міста на Правобережжі, на схилах, які мають значну амплітуду відносних висот (50-100 м), кути нахилу поверхні більше 3, і складені породами, що легко розмиваються. Процеси площинного змиву локалізовані на відкритих і незакріплених не заасфальтованих ділянках. Спостерігається на території Києва і осідання поверхні, що, в свою чергу, викликає підтоплення і заболочування місцевості, обводнення підвалів будинків, тощо.

Аналіз сучасного стану Київської урбанізованої природно-техногенної геосистеми дає можливість стверджувати, що вона потребує комплексного довивчення та оцінки з метою прогнозу і запобігання надзвичайних ситуацій, та ліквідації їх катастрофічних наслідків в разі потреби. Одними з найбільш чутливих та мобільних методів контролю за станом довкілля є геофізичні, гідрогеологічні та інженерно-екологічні методи. В зв'язку з цим виникає необхідність у створенні сучасної мережі спостережень з метою контролю напружено-деформованого стану земної поверхні, рівнів ґрунтових вод, а також рухомих та стаціонарних станцій для вимірів просторово-часових варіацій геофізичних полів, що є найбільш чутливими до змін стану середовища.

Вирішення питань контролю за станом природного середовища можливе в рамках екологічного моніторингу довкілля. Екологічний моніторинг є основою системи екологічного управління. Моніторинг передбачає систематичні спостереження за станом навколишнього природного середовища і функціонує на підставі закону України “Про охорону навколишнього природного середовища”. Моніторинговий механізм включає збирання, обробку, передавання, збереження та аналіз відповідної інформації (зокрема, геофізичної, гідрогеологічної), а також прогнозування змін стану навколишнього середовища (зокрема, стану систем підземних вод) з метою розробки науково обґрунтованих рекомендацій для прийняття управлінських рішень. Виділяють три рівня державного моніторингу: локальний (території окремих підприємств, міст, ділянок, ландшафтів, басейнів річок тощо), регіональний (в межах адміністративно-територіальних одиниць, на територіях економічних і природних регіонів) та національний (на території країни в цілому). Залежно від призначення здійснюється стандартний (загальний), кризовий (оперативний) та науковий (фоновий) моніторинг навколишнього природного середовища. Стандартний моніторинг на основі оптимальної системи спостережень за довкіллям, оцінки і прогнозування його стану дозволяє підтримувати прийняття відповідних рішень на всіх рівнях відомчої та загальнодержавної екологічної діяльності. Кризовий моніторинг передбачає інтенсивні спостереження за природними об'єктами, джерелами техногенного впливу, розташованими в районах екологічної напруженості, в зонах аварій та небезпечних природних явищ із шкідливими екологічними наслідками, для забезпечення своєчасного реагування на кризові й надзвичайні екологічні ситуації і прийняття рішень щодо їх ліквідації, створення нормальних умов для життєдіяльності населення і господарювання. Науковий моніторинг передбачає багаторічні комплексні наукові дослідження для оцінки та прогнозування зміни стану природних та природно-техногенних систем. Саме науковий моніторинг має особливе значення для підтримки функціонування механізму регулювання навколишнього природного середовища з метою забезпечення динамічної екологічної рівноваги [2]. Відповідно система багаторічних комплексних досліджень наукового моніторингу визначається методикою оцінки та прогнозування екологічного стану систем, їх екологічної та техногенної безпеки. В свою чергу, організація багаторічних комплексних досліджень передбачає створення відповідної мережі пунктів спостережень.

Аналіз проблеми. Ефективність наукового моніторингу залежить як від конкретної методики оцінки та прогнозування екологічного стану систем, так і від повноти забезпечення цієї методики вихідною інформацією, яка надходить з пунктів спостережень. Теоретично саме методикою визначається необхідна та достатня повнота вихідної інформації, отже, система і мережа моніторингових спостережень. На жаль, обмежені фінансові можливості на сьогодні призводять до того, що вихідним пунктом при створенні наукової моніторингової системи в більшості випадків є невпорядкована та заздалегідь не взаємопов'язана вихідна інформація, яка отримана у просторово невпорядкованих точках спостережень. Виключенням є дані геофізичних моніторингових спостережень, але їх в більшості випадків важко пов'язати з іншими невпорядкованими геологічними даними. Без усунення згаданих недоліків неможливо суттєво покращити якість наукового моніторингу, незважаючи на вдосконалення власне методики оцінки та прогнозування екологічного стану систем.

Постановка завдання. Задача контролю за станом літотехнічної системи може бути ефективно вирішена лише при комплексному використанні всієї наявної геологічної, гідрогеологічної, геофізичної інформації.

В зв'язку з цим в рамках дербюджетної прикладної теми 05БП049-01 розпочалась розробка системи активного та пасивного моніторингу території Київської агломерації, яка має включати:

- створення бази даних гідрогеологічної, геофізичної, інженерно геологічної інформації;

- розробку комплексної моделі літотехнічної основи по окремим ділянкам м. Києва;

- розробку методів оцінки стану та прогноз зміни параметрів у просторі і часі.

Для виконання першочергових задач із застосуванням сучасних ГІС-технологій створюється база геологічних, геофізичних, гідрогеологічних, інженерно-геологічних, геоморфологічних даних із використанням наявної інформації про стан інженерних комунікацій та із застосуванням сучасних методів моделювання процесів та полів і методів прогнозу ефективних параметрів середовища в просторі і часі.

На першому етапі ставилося завдання з'ясувати можливості і доцільності використання невпорядкованої та заздалегідь не взаємопов'язаної вихідної інформації, яка отримана у просторово невпорядкованих точках спостережень, при оцінці та прогнозуванні екологічного стану системи ґрунтових вод на базі геоїнформаційних технологій на прикладі локального наукового моніторингу підтоплення окремих ділянок території м. Києва.

Методика та результати гідрогеологічних досліджень. Для реалізації геоінформаційних технологій були використані програмні засоби MapInfo ProfessionalTM та ArcVIEWTM [3, 4]. Впорядкованими вихідними даними слугували існуючі електронні карти рельєфу і поверхневих водотоків та водоймищ. Вихідні дані по рівнях ґрунтових вод були отримані по інженерно-геологічних свердловинах, які бурились з метою обґрунтування будівництва окремих споруд у м. Києві в 1950, 1970 і 1980 роках. Отже, вихідна інформація по рівнях ґрунтових вод є впорядкованою в часі, але в просторі (по площі) вона має випадковий невпорядкований характер. Дослідження виконувалось для двох ділянок міста - району Совських ставків на правому березі р. Дніпро та частини Харківського житлового масиву на лівому березі.

На першому етапі досліджень інформація по рівнях ґрунтових вод для згаданих трьох періодів часу була оцифрована та прив'язана до існуючих електронних карт рельєфу і поверхневих водотоків та водоймищ.

На другому етапі на основі оцифрованої інформації по рівнях ґрунтових вод і електронної карти поверхневих водотоків та водоймищ були створені ізолінійні електронні карти рівнів ґрунтових вод.

На третьому етапі на основі електронних карт рівнів ґрунтових вод та електронної карти рельєфу були отримані карти глибин залягання ґрунтових вод, на базі яких здійснено районування території за ступенем підтоплення. На рисунку 1 показаний приклад такого районування для території частини Харківського житлового масиву.

Порівняльний аналіз карт районування території за ступенем підтоплення та їх порівняння з фактичними даними дозволили зробити висновок про те, що в цілому (на якісному рівні) карти добре віддзеркалили відомі та дозволили виявити нові тенденції й динаміку розвитку процесу підтоплення територій, які вивчались. Проте за допомогою таких карт неможливо з достатньою для інженерного проектування точністю визначати власне глибину залягання ґрунтових вод у довільних точках.

Рисунок 1 - Приклад побудови карти-схеми підтоплення території частини Харківського житлового масиву станом на 1980 рік

Геофізичний моніторинг. Для відпрацювання структури бази геофізичних даних використані результати околого-геофізичних досліджень, що виконувалися з різною метою по трьом ділянкам м. Києва: правий берег р. Дніпро (дослідження зсувів), територія “Північні Осокорки” (дослідження загальної екологічної ситуації), територія “Експоцентр України” (дослідження процесів підтоплення). Приклад аналізу такої інформації представлений на рисунок 2.

Проведені дослідження показали принципову можливість спільного використання розрізненої інформації та її подальше впорядкування для аналізу та прогнозу стану довкілля. Подальшим напрямком робіт є створення електронної бази даних геолого-екологічної інформації за участю всіх зацікавлених організацій та місцевих органів влади і підключення “математики карт” для оцінки стану середовища та управління екологічними ризиками.

Висновки

В результаті дослідження доведено, що на базі геоїнформаційних технологій можливо і доцільно використовувати невпорядковану та заздалегідь не взаємопов'язану вихідну гідрогеологічну та геофізичну інформацію, яка отримана у просторово невпорядкованих точках спостережень, при оцінці та прогнозуванні екологічного стану території, зокрема системи ґрунтових вод, але лише на якісному рівні. Необхідною умовою такого застосування є наявність електронних карт рельєфу, поверхневих водотоків та водоймищ, тощо. Подальші дослідження слід зосередити на розробці методики переходу з якісного на кількісний рівень прогнозування стану системи ґрунтових вод із залученням геофізичної інформації на базі геоінформаційних технологій.

Перелік посилань

1. Вижва С.А. Геофізичний моніторинг небезпечних геологічних процесів. - К.: ВГЛ „Обрії”, 2004. - 236 с.

2. Екологічне управління: підручник / В. Я. Шевчук, Ю. М. Саталкін, Г. О. Білявський та ін. - К.: Либідь, 2004. - 432 с.

3. Кошляков О.Є. Гідрогеологічне моделювання : Підручник - К.: ВПЦ “Київський університет”, 2003. - 79 с.

4.  Іщук О.О., Коржнев М.М., Кошляков О.Є. Просторовий аналіз і моделювання в ГІС : Навчальний посібник - К.: ВПЦ “Київський університет”, 2003. - 200 с.

Размещено на Allbest.ru