Районування урбанізованих територій на основі інтегральних оцінок інженерно-геологічних умов (на прикладі м. Сімферополя)

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

РАЙОНУВАННЯ УРБАНІЗОВАНИХ ТЕРИТОРІЙ НА ОСНОВІ ІНТЕГРАЛЬНИХ ОЦІНОК ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВ (НА ПРИКЛАДІ М. СІМФЕРОПОЛЯ)

Спеціальність - 04.00.07 - інженерна геологія

Горбатюк Наталія Володимирівна

Київ - 2003

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі інженерної екології і безпеки життєдіяльності Кримської академії природоохоронного і курортного будівництва.

Науковий керівник - доктор геолого-мінералогічних наук, Саломатін Валерій Миколайович, професор, завідувач кафедри інженерної геології та основ фундаментів Кримської академії природоохоронного та курортного будівництва (м. Сімферополь).

Офіційні опоненти - доктор геолого-мінералогічних наук, доктор географічних наук Рудько Георгій Ілліч, головний науковий співробітник, Інститут геологічних наук НАНУ

кандидат геолого-мінералогічних наук, Єриш Іван Федорович, начальник Ялтинської комплексної гідрогеологічної та інженерно-геологічної партії.

Провідна установа - Відділення Українського державного геологорозвідувального інституту (м. Сімферополь)

Захист відбудеться " 26 " червня 2003 р. о 14 ³⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26. 162.05 в Інституті геологічних наук НАН України, за адресою 01054, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геологічних наук НАН України. Адреса: 01054, м. Київ, вул. О. Гончара, 55-б.

Автореферат розісланий " 24 " травня 2003р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Б.М. Бублясь

АНОТАЦІЯ

Горбатюк Н.В. Районування урбанізованих територій на основі інтегральних оцінок інженерно-геологічних умов (на прикладі м. Сімферополя).

Дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук зі спеціальності 04.00.07 - інженерна геологія. Інститут геологічних наук Національної академії наук України, Київ, 2003.

На підставі особистих досліджень і аналізу робіт, опублікованих з даної теми, розроблені методичні положення використання інтегральних показників ІГУ при оцінюванні категорій придатності ГС для господарського освоєння.

Обґрунтовано вибір розрахункових комплексів, які дозволяють врахувати ІГУ, вимоги конкретних задач і стадію проведення робіт.

Розроблено алгоритм і запропонована технологічна схема проведення процедури оцінки ІГУ, які дозволяють інтегрувати нові і попередні дані інженерно-геологічних пошуків в ГІС-технології: Arc View та інші програмні продукти.

Здійснена оцінка інженерного ризику в межах полігонної ділянки на підставі інтегрального показника властивостей ГС і розроблено рекомендації з інженерного захисту УТ.

Ключьові слова: геологічне середовище; інженерно-геологічні умови; урбанізовані території; інтегральна оцінка; інтегральний показник; імітаційна модель; інженерний ризик; інженерне освоєння.

Gorbatjuk N.V. Division of the urbanized territories into districts on the basis of integrated estimations of engineering - geological conditions (by the example of Simferopol).

The dissertation on competition of a scientific degree of the Сandidate of geological sciences on speciality 04.00.07 - engineering geology. The institute of geological sciences of the National Academy of sciences of Ukraine, Kiev, 2003.

On the basis of the competitor`s own researches and the analysis of the existing works devoted to studying EGC and dividing GE into districts, and also techniques for building mathematical and simulating models of the conditions of GE components, methodical standpoints of applying integrated factors to EGC for estimation of categories of the GE suitability for economic progress have been developed.

The integral parameter has been proved to allow to take into account the whole set of GE properties expressed by qualitative and quantitative parameters.

The algorithm and the technological circuit of the estimation procedure have been developed, which allows to integrate the new data on engineering - geological researches and those accumulated previously into GIS-technology : Arc View and other software.

The estimation of engineering risk within the borders of the test site has been performed basing on the integrated parameter of GE properties and recommendations for engineering protection of the urbanized territories (UT) have been worked out.

Key words: geological environment (GE); engineering - geological conditions (EGC); urbanized territories; integral estimation; integral parameter; simulation model; engineering risk; engineering prospecting.

Горбатюк Н.В. Районирование урбанизированных территорий на основе интегральных оценок инженерно-геологических условий (на примере г. Симферополя).

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.07 - инженерная геология. Институт геологических наук Национальной академии наук Украины, Киев, 2003.

Работа посвящена оценке инженерно-геологических условий (ИГУ) урбанизированных территорий (УТ) для обоснования наиболее эффективного использования геологической среды УТ. В основе исследования лежат методы комплексной интерпретации и системного анализа разномасштабной информации, с учетом влияния не только разнообразных природных факторов, формирующих ИГУ, но и вид и интенсивность хозяйственного освоения УТ. На основе собственных исследований и анализа существующих работ, посвященных изучению ИГУ и районированию геологической среды, а также методик создания математических и имитационных моделей состояния компонентов геологической среды, разработаны методические положения применения интегральных показателей инженерно-геологических условий оценки категорий пригодности геологической среды для хозяйственного освоения.

Установлено, что применение интегрального показателя инженерно-геологических условий позволяет учесть всю совокупность свойств геологической среды, выраженных качественными и количественными параметрами. В настоящей работе при определении интегрального показателя учитывались свойства рельефа, грунтов, подземных вод и проявления геологических процессов с точки зрения инженерного освоения. Изменчивость показателей ИГУ для конкретных видов хозяйственной деятельности включает два основных аспекта: пространственный и временной, отражающие происхождение и историю развития ГС.

Доказано, что при оценке ИГУ для инженерного освоения УТ целесообразно учитывать те свойства компонентов ГС, которые через геологические процессы могут оказать воздействие на устойчивость зданий и сооружений.

Обоснован выбор расчетных комплексов, позволяющих учесть инженерно-геологические условия, требования конкретных задач и стадию проведения работ. Роль выделенных расчетных комплексов в районировании инженерно-геологических условий урбанизированных территорий и их влияние на инженерную деятельность учитывается путем ранжирования. При осуществлении расчетов использованы результаты стандартных инженерно-геологических изысканий.

Разработан алгоритм и предложена технологическая схема проведения процедуры оценки, которые позволяют интегрировать новые и уже существующие данные инженерно-геологических изысканий в геоинформационных системах и технологиях: Arc View и других программных продуктах.

На основании сопоставления схемы районирования по пригодности геологической среды для инженерного освоения и схемы современного функционального использования территории осуществлена оценка инженерного риска в границах полигонного участка. В соответствии с предложенными классификационными признаками для управленческих органов предложены практические рекомендации по оптимизации использования территориальных ресурсов.

Ключевые слова: геологическая среда; инженерно-геологические условия; урбанизированные территории; интегральная оценка; интегральный показатель; имитационная модель; инженерный риск; инженерное освоение.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

інженерний геологічний середовище господарський

Актуальність теми визначається процесами швидкого розширення площ урбанізованих територій (УТ) і пошуком шляхів їхнього ефективного використання. При цьому, освоєння територій повинне бути виправдане не тільки з позицій господарської діяльності в цілому, але й не повинно провокувати негативних наслідків для людини і навколишнього природного середовища, що можуть звести нанівець передбачуваний економічний ефект. Освоєння територій зі складними інженерно-геологічними умовами (ІГУ), ускладнення конструкцій будівель і споруд, підвищення вимог до їхньої надійності обумовлюють необхідність подальших методичних розробок в області оцінки якості геологічного середовища (ГС). Запропонована методика інтегральної оцінки ІГУ дозволяє диференційовано оцінити категорію їхньої складності на будь-якій ділянці території по придатності для освоєння. Просторове прогнозування, виконане на основі такої оцінки, дозволяє забезпечити прийняття управлінських рішень з раціонального використання не тільки територіальних ресурсів у цілому, але і компонентів ГС окремо. Врахування рівнів техногенних навантажень і режимів використання компонентів ГС підвищить ефективність функціонування проектованих об'єктів за рахунок їхнього раціонального розміщення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках координаційних програм Міністерства освіти України “Охорона навколишнього природного простору” і “Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології” (№№ держ. реєстрації 0192U017573; 0195U026137; 0198U005857; 01000U006878).

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи є розробка і апробація оптимальної інтегральної оцінки інженерно-геологічних умов урбанізованих територій для інженерного освоєння. Ціль роботи визначає основні завдання досліджень:

обґрунтування можливості застосування інтегральних показників для оцінки інженерно-геологічних умов УТ;

районування УТ на основі застосування інтегральної оцінки ІГУ по їхній придатності для освоєння;

обґрунтування можливості використання інтегральної оцінки ІГУ при плануванні освоєння земель УТ.

Об'єкт дослідження: геологічне середовище урбанізованих територій.

Предмет дослідження: інженерно-геологічні умови урбанізованих територій.

Методи дослідження. Робота виконана на ділянці міста Сімферополь на основі використання системного інтегрального аналізу матеріалів дистанційного (аерокосмічного) зондування, порівняльно-геологічного і картографічного методів. При виконанні роботи використані результати власних польових спостережень, що проводилися в 1978-1992 рр., дані результатів буріння свердловин, польових дослідницьких робіт. Для обробки даних використовувалися прикладні програми ПК IBM PC IT: Word, Excel, Winsurf, ArcView та ін.

Основні положення, що захищаються:

Основним критерієм оцінки ІГУ є придатність ГС для інженерного освоєння. Вибір критерію визначає: границі зони взаємодії техногенної підсистеми і ГС; можливість виникнення несприятливих геологічних процесів; вибір показників, що характеризують ІГУ. Різним типам ІГУ і видам інженерного освоєння відповідає набір показників, що враховують вимоги конкретних завдань. Головні вимоги, шо висуваються до показників: вони повинні бути представницькими і легко визначатися за даними інженерно-геологічних вишукувань (інженерно-геологічним дослідженням, результатам польових спостережень, лабораторних і експериментальних робіт), формалізуватися.

Запропонована інтегральна оцінка ІГУ дозволяє оперативно визначати оптимальні варіанти площадок інженерного освоєння УТ з врахуванням не тільки властивостей ГС, але і вимог, обумовлених різними видами освоєння. Методичні прийоми базуються на використанні математичного апарату теорії випадкових полів, що дозволяє представити ІГУ конкретної території на заданий момент часу як математичне чекання всіх станів ГС у точці простору при нескінченному повторенні досвідів. Оскільки в кожній точці ГС має велику кількість показників, що характеризують ІГУ, а операції з безліччю показників дуже трудомісткі, при їхній оцінці доцільно ввести інтегральний показник. Він враховує найбільш істотні властивості компонентів ГС, містить максимальну інформацію про них і, таким чином, знижує суб'єктивізм.

Районування УТ на підставі розробленої інтегральної оцінки ІГУ з придатності ГС для інженерного освоєння дозволяє виділити ділянки з різним ступенем інженерного ризику в залежності від виду господарської діяльності. Перевага такого районування полягає в тому, що побудовані імітаційні моделі застосовані не тільки для прогнозування процесів, що відбудуться в компонентах ГС під впливом конкретного виду інженерного освоєння, але і для здійснення інженерних заходів, спрямованих на поліпшення ІГУ УТ, відповідно до перспектив їхнього розвитку. Таким чином, імітаційні моделі можуть використовуватися і для оптимізації експлуатації територіальних ресурсів УТ.

Наукова новизна одержаних результатів:

виконано аналіз факторів, що визначають ІГУ Передгірського Криму.

проведено узагальнення методів картографо-математичного моделювання показників ІГУ і обґрунтовано їх застосування для оцінки освоюваних територій.

обґрунтовано критерії і показники, що характеризують ІГУ УТ.

розроблено алгоритм інтегральної оцінки ІГУ, що дозволяє не перебудовувати всю модель у випадку незадовільної верифікації її результатів. Запропоновано технологічну схему оцінки стану ІГУ з використанням ГІС-технологій.

запропоновано рекомендації оптимізації використання УТ на підставі виконаного районування по ступені інженерного ризику.

Практичне значення. Використання інтегральних показників дозволило виконати комплексну оцінку території для характеристики ІГУ УТ. Використання одержаних результатів надає можливість:

застосовувати результати інженерно-геологічних вишукувань для великомасштабного (1:25000, 1:10000) районування урбанізованих територій по придатності ГС для господарського освоєння, на стадії розробки ТЕО і ТУ.

без значних додаткових витрат максимально використовувати існуючі матеріали інженерно-геологічних вишукувань для характеристики ІГУ з урахуванням конкретних завдань.

оперативно визначати оптимальні варіанти інженерного освоєння УТ з урахуванням способів зведення і конструкцій проектованих будівель і споруд;

обґрунтовувати режим експлуатації інженерних об'єктів і визначати оптимальні рівні техногенних навантажень на геологічне середовище;

корегувати вартість земельних ресурсів з урахуванням ІГУ для державного земельного кадастру.

Впровадження результатів роботи. Відповідними актами закріплені впровадження результатів наукової праці для використання установами: Кримським інститутом інженерно-технічних вишукувань (акт № 12/36. 2001), КП “Южекогеоцентр” (акт № 2(6), 2001р.), Відділенням Українського Державного геолого-розвідувального інституту (акт №5 від01.02.2002), у навчальний процес КАПКБ (акт №13/2, 2000р.)

Матеріали дисертаційної роботи (авторські карти і розроблена методика інтегральної оцінки) використовувалися при виконанні держбюджетних науково-дослідних робіт науково-виробничого комплексу Кримської Академії природоохоронного і курортного будівництва (НВК КАПКБ): "Розробка методики комплексного геоекологічного картування і районування промислово-міських агломерацій по ступені екологічної стійкості (№ держ. реєстрації 0 192 U017573); "Розробка методики комплексної оцінки і картування промислово-міських агломерацій по величині антропогенного навантаження" (№ держ. реєстрації 0195 U026137); при складанні науково-технічного звіту "Матеріали по гідрогеології м. Сімферополя для розробки концепції генерального плану м. Сімферополя до 2005р."; виконанні "Експертного висновку на робочий проект будівництва каналізаційного колектора глибокого закладення м. Сімферополя"; при складанні науково-технічного звіту "Принципи проектування і експлуатації будинків і споруджень у складних геологічних умовах із забезпеченням їхньої безпеки й енергозбереження" (№ держ. реєстрації 0198 U 005 857). Протягом 2000-2003рр матеріали дисертаційної роботи використовуються у виконанні держбюджетної теми "Створення основ експертно-технологічного комплексу забезпечення експлуатації будинків у складних геологічних і екологічних умовах на базі геоінформаційних систем (ГІС)" (№ держ. реєстрації 0100 U 006878). Концептуальні положення дисертації використані автором при викладанні дисциплін "Інженерна екологія", “Екологічна експертиза", “Моделювання і прогнозування станів навколишнього середовища” на кафедрі інженерної екології і безпеки життєдіяльності в Кримській академії природоохоронного і курортного будівництва (КАПКБ).

Особистий внесок автора. Автором здійснено збір і аналіз фактичних матеріалів інженерно-геологічних пошуків на території м. Сімферополя, проведено обробку даних та їх інтерпретацію, розроблено методичні прийоми інтегральної оцінки ІГУ, складено комплект базових і підсумкових карт, проведено типологічне районування придатності ГС для інженерного освоєння на полігонній ділянці, розроблені рекомендації з оптимізації використання УТ в залежності від ІГУ. Автор приймала безпосередню участь у створенні великомасштабного (1: 10 000) атласу інженерно-геологічних карт м. Сімферополя. За результатами роботи було опубліковано самостійно автором 4 статті і 3 статті в співавторстві. Особистий внесок автора в статтях, що написані в співавторстві, виражається в виборі і обґрунтуванні показників, що використовуються для оцінки значень антропогенних навантажень на УТ, оцінки екологічного стану підземних вод міста Сімферополя і їх екологічної надійності.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційних досліджень доповідалися й обговорювалися на 17 наукових конференціях, у тому числі 3 міжнародних: "Геологічні і медико-екологічні проблеми ПМА" (Сімферополь,1994), “Архітектура і екологія” (Сімферополь, 1995); "Інженерно-геологічне забезпечення використання й охорони навколишнього середовища" (Перм, 1997), науково-практичних конференціях і семінарах: "Формування навколишнього середовища на урбанізованих територіях Криму" (Сімферополь, 1996); "Теоретичні і практичні аспекти соціоекології" (Львів, 1996), "Статистичний моніторинг екологічного стану регіону, галузі" (Житомир, Київ, 1997),"Проблеми забезпечення безпеки в карстових районах" (Дзержинськ, 1996), “Тектоніка і корисні копалини Азово-Чорноморського регіону” (Гурзуф, 1999); міжгалузевої конференції: "Наукові і практичні аспекти курортної діяльності" (Ялта, 1998), на конференції, присвяченої 130-річчю В.І. Вернадського (Сімферополь, 1993) і науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, що проводилися в КАПКБ за підсумками науково-дослідної роботи (1993-2003).

Публікації. Основні результати дисертації, що виносяться на захист, опубліковані в 17 наукових роботах: 5 статей в збірниках наукових праць, 1 стаття в науковому журналі, 1 розділ у книзі, 1 депонований рукопис, 9 тез доповідей на конференціях. В тому числі 3 - у фахових виданнях.

Структура й обсяг роботи. Робота, загальним обсягом 198 сторінок, містить 134 сторінок машинописного тексту, 27 малюнків, 13 таблиць, список літератури складається з 222 найменувань, з них 9 латиницею. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків і додатків.

Дисертація виконана на кафедрі інженерної екології і безпеки життєдіяльності Кримської академії природоохоронного та курортного будівництва. Щира вдячність автором адресується співробітникам відділу інженерної екології Крим ДІІНТВ канд. геол-мін наук Штернову А.Г. і начальнику відділу Федкевичу А.А., за всебічну безкорисну допомогу і підтримку при зборі матеріалів інженерно-геологічних вишуків. Автор висловлює слова щирої вдячності за надання порад і консультацій доктору геол-мін наук Лущику А.В. Корисні поради надали співробітники ІГН НАН України: доктор геол-мін гаук, академік Шестопалов В.М., доктор геол-мін наук, доктор географічних наук Рудько Г.І., доктор геол-мін наук Демчишин М.Г. Особливу вдячність автор висловлює доктору геол-мін наук Дублянській Г.М. і науковому керівнику, доктору геол-мін наук, професору Саломатіну В.М.

ЗМІСТ РОБОТИ

Основні результати роботи розкриті в чотирьох розділах, у яких окремі положення і висновки набули розгорнутого обґрунтування і формулювання.

РОЗДІЛ 1. СТАН ВИВЧЕНОСТІ ПИТАННЯ

Аналіз робіт учених (Бондарик Г.К., Голіцин М.С., Голодковська Г.А., Демчишин М.Г., Єпішин З.К., Котлов Ф.В., Островський В. Н., Рудько Г. І., Трофімов В.Т. і ін.), що вивчають взаємодії технічної підсистеми з ГС у рамках ПТС, дозволив автору розглядати ГС як верхню частину літосфери, у межах якої протікає господарська діяльність людини і яка вивчається за допомогою геологічних методів. Наділена відомими ознаками складності (неможливість строгого математичного опису, структурна багатокомпонентність, безліч зв'язків складових структурних одиниць), ГС, як система, має свої специфічні особливості, що відрізняють її як від природних, так і від технічних систем. Це: неадекватність поводження природних і штучних об'єктів, що складають її, і “вписаних” до неї; багатомірність протікаючих в системі формуючих і деградаційних процесів; поліфункціональність; принципова незастосованість традиційних методів оптимізації тільки за економічними критеріями і т.і.

Наукова концепція екологічних функцій ГС розроблена Трофімовим В.Т., Зілінгом Д.Г. (2000), Рудько Г.І.(2001). У ній підкреслюється ресурсна, геодинамічна, геофізична і геохімічна функції, що дають можливість оцінити властивості ГС для різних видів господарської діяльності. Виходячи з того, що при інженерному освоєнні урбанізованих територій визначальну роль відіграють ресурсна і геодинамічна функції ГС (Горбатюк Н. В., 1999), при інтегральній оцінці ІГУ враховувалися тільки вони. В останні роки в роботах, присвячених вивченню властивостей ГС, широко використовуються терміни “стійкість” (Аверіна П.Н., Герасимова А.С., 1993, Кожевнікова В.Н., 1984, Голодковська Г.А., Єлисєєва Ю.Б., 1989, Трофімов Ю.П., Герасимова А.С., Красілова Н.С.,1994, Мазур І.І., Молдаванов О.І.,1999 і ін.) і “інженерно-геологічні умови” ( Бондарик Г.С.,1986, Ломтадзе В.Д.,1985, Лущик А.У, Яковлєв Е.А., Кухар В.В.,1991 і ін.). Більшість авторів під стійкістю ГС розуміють її здатність під дією визначеного виду зовнішнього впливу зберігатися і пручатися йому не виходячи за рамки заданого діапазону, виконуючи при цьому окреслену соціально-економічну функцію. Для додання їй більшої стійкості і збереження її параметрів поза критичним станом використовується два шляхи: обмеження зовнішніх впливів, чи посилення внутрішніх зв'язків. Адаптація ГС до зовнішніх умов проявляється слабко. Пахомовим С.І., Монюшко О.Н. (1988) була запропонована кількісна оцінка стійкості - коефіцієнт стійкості (Ку), що враховує якість компонентів ГС до і після техногенного впливу. Незважаючи на відсутність формально строгого визначення ІГУ в літературі (Бондарик Г.С., Попов І.В., Комаров І.С., Ломтадзе В.Д. і ін.), цей термін трактується одноманітно - це комплекс відомостей про властивості деякого обсягу літосфери, що впливають на розміщення будинків і споруджень, на вибір їхніх типів і конструкцій, способів будівництва і методів їхньої експлуатації. Результатом вивчення ІГУ є оцінка придатності ГС для освоєння, за допомогою її районування. Підходи і критерії, покладені в основу районування властивостей ГС, різноманітні, постійно удосконалюються і уточнюються (Попов І.В., Голодковська Г.А., Рудько Г.І., Трофімов В.Т. і ін.). Аналіз робіт, присвячених вивченню ІГУ і районуванню ГС, дозволив автору визначити недостатньо розроблені напрямки, що склали предмет дослідження дисертаційної роботи. Це: вибір оптимальної кількості показників, достатніх для об'єктивної характеристики ІГУ; визначення критерію оцінки, який залежить від виду господарського освоєння УТ; введення інтегрального показника, що враховує властивості ІГУ і вид господарського освоєння; районування УТ по придатності ГС для інженерного освоєння в залежності від конкретних задач.

РОЗДІЛ 2. МЕТОДОЛОГІЯ ОЦІНКИ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВ

Оцінка ІГУ заснована на принципах об'єднання геологічного, історичного і екологічного підходів, і володіє наступними відмінними рисами: відносністю, спеціальним характером і конкретністю. Відносність обумовлена неповним знанням про досліджуваний обсяг ГС, її структуру, процеси, які керують її розвитком. Спеціальний характер і конкретність випливають з тієї обставини, що оцінювання завжди проводять з фіксованою метою. Оцінку ІГУ можна представити в кількісній і якісній формі. В міру деталізації оцінки роль кількісних оцінок показників зростає. У процесі польових і лабораторних геологічних досліджень можна одержати більш 200 характеристик ІГУ, що відбивають структуру, розвиток, властивості компонентів ГС. Усі значення показників цих властивостей - строго фіксовані по координатах простору-часу.

Модель поля ІГУ території може бути представлена у вигляді геометричного поля точок, кожній з яких відповідає визначений показник, або набір показників ІГУ. Аналіз методик створення математичних моделей полів показників стану компонентів ГС (Бондарик Г.С., Ієрусалимська К.Н., Борейко Л.Г., Сидоркіна С.П., Пендін В.В., Чернявська Н.М. і ін) показав, що найбільш доцільним є використання принципових підходів імітаційного моделювання. Воно найбільш органічно “вписується” у ГІС-технології, ефективно при типологічному районуванні УТ і є основою при їх експертній грошовій оцінці. Принципова схема, яка приведена на мал.1, надає уяву про методичні основи виконання оцінки ІГУ і використання її результатів.

РОЗДІЛ 3. МЕТОДИКА ІНТЕГРАЛЬНОЇ ОЦІНКИ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВ

В залежності від природно-господарських умов і першочергових задач, які вирішуються на конкретних урбанізованих територіях, методичні підходи по оцінці ІГУ змінюються в широкому діапазоні.

У зв'язку з тим, що єдині підходи для таких досліджень відсутні, методика інтегральної оцінки ІГУ в умовах Передгір'їв Криму, була відпрацьована автором самостійно (Горбатюк Н.В.,1999). При її розробці за основний критерій бралася придатність ГС для експлуатації будівель і споруджень. Добір розрахункових комплексів, що характеризують властивості компонентів ГС, утворювався з урахуванням наступних вимог: вони повинні бути універсальними; максимально відбивати умови, що впливають на стійкість будівель і споруджень; легко визначатися на основі стандартних картографічних матеріалів, чи легко виводитися на підставі обробки лабораторних, експериментальних, польових спостережень. При оцінці ІГУ такими розрахунковими комплексами на стадії ТЕО чи ТП можуть бути: для характеристики рельєфу - морфометричні параметри рельєфу; В міру деталізації інтегральної оцінки ІГУ для різних видів інженерного освоєння роль кількісних показників значно зростає. З огляду на різноманіття ІГУ і цілей інженерного освоєння УТ, практично неможливо запропонувати єдиний, універсальний перелік розрахункових комплексів.

При визначенні ролі обраних розрахункових комплексів у формуванні ІГУ конкретної УТ і їхнього впливу на інженерну діяльність, проводиться їхнє упорядкування з визначенням кількісного значення вагового коефіцієнта значимості.

Мал.1 Принципова схема інтегральної оцінки ІГУ і районування ГС на її основі для інженерного освоєння.

Для виявлення ведучих факторів формування ІГУ і визначення переліку розрахункових комплексів доцільно використовувати базові карти, що мають загальноприйнятий і узаконений зміст, а також спосіб відображення інформації, яка подається. З метою більш повного врахування властивостей компонентів ГС і їхньої деградації під впливом інженерної діяльності, визначення категорії сприятливості ІГУ для інженерного освоєння, карти групуються в такий спосіб: придатність ґрунтів - геологічна і інженерно-геологічна; геоморфологічні умови - геоморфологічна і прояву геологічних процесів; впливу підземних вод - гідрогеологічна і прояву геологічних процесів. Необхідність угруповання карт диктується процедурою перевірки значимості обраних розрахункових комплексів по основній із них, що являється базовою. Головна вимога до карт - одномаштабність і відображення на них показників, на основі яких можливо провести обґрунтоване виділення ділянок однорідних по своїй будові і з близькою реакцією на інженерне освоєння. Для врахування просторової мінливості ІГУ, усі карти розбиваються на рівну кількість рівновеликих квадратів - операційно-територіальних одиниць (ОТО). Кожній з них присвоюється операційний індекс.

Виходячи з того, що кожна точка ГС мається набір показників, які характеризують її властивості, а операції з багатомірним полем показників дуже трудомісткі, введення інтегрального показника дозволяє мати справу з полем одного значення, що характеризує всю сукупність властивостей. Звичайно, інтегральний показник повинен максимально представляти різноманіття станів компонентів і містити максимальну інформацію про них. Якщо територія, для якої оцінюються ІГУ, є квазиоднорідною по компонентах, тоді одержують одне значення інтегрального показника. У випадку неоднорідності території підраховується інтегральний показник для кожної квазиоднородної ділянки і відбудовується модель поля інтегральних показників, що дозволяє оцінити категорію складності ІГУ на будь-якій ділянці території, що моделюється.

Для переходу до скалярних величин при обчисленні інтегрального показника використовувався спосіб бального зведення експертних оцінок. Цей спосіб є одним з небагатьох методів кількісного вираження показників, що зараховуються у своїй більшості до розряду “якісних”, і їхній математичній обробці разом з кількісними показниками, що мають різні одиниці виміру. У силу різного рівня наукової і методологічної розробленості виділених розрахункових комплексів у нормативній документації, кожний з них розбивався на визначену кількість умовних балів. Для збільшення репрезентативності умовні бали переводилися в нормовані бали по приведеній нижче формулі (Панченко І.В., Смоляга В.К.,1991):

,

де Вij -нормований бал показника властивостей компонента ГС, Cij - значення умовного бала показника; Cij_max , Cij_min - відповідно максимальне і мінімальне значення умовного бала. Роль виділених розрахункових комплексів у формуванні ІГУ враховувався ваговим множником - коефіцієнтом значимості, при дотриманні умови .

Введення нормованих бальних оцінок і коефіцієнтів значимості зменшує суб'єктивізм, внутрішньо властивий експертному методу рішення багатокритеріальних задач. Приведена нормована бальна оцінка визначалася по формулі:

.

Інтегральним показником ІГУ являється середньозважена оцінка, що визначається як сума приведених нормованих бальних оцінок розрахункових комплексів з урахуванням поширеності останніх по території. Значення інтегрального показника відноситься до центру квадрата. Систематична вибірка інтегральних показників у межах ОТО, зроблена на основі геометрично правильної сітки, піддається кластерному аналізу.

Мал. 2. Технологічна схема інтегральної оцінки ІГУ.

Розмаїтість показників, що характеризують ІГУ, приводить до висновку про необхідність використання ГІС-технологій, як універсального інструменту, що дає можливість вводити, зберігати, візуалізувати і обробляти (моделювати) просторово-організовану інформацію інженерно-геологічних вишукань на урбанізованих територіях. Один з найбільш розповсюджених і широко використовуваних є програмний продукт Arc View, тому при впровадженні моделі автор користувався саме ним. Технологічна схема оцінки ІГУ, заснована на використанні ГІС, приведена на мал. 2.

Використання цього підходу дозволило розробити наступні методичні прийоми: при оцінці ІГУ враховувати тільки ті показники, що характеризують властивості компонентів ГС конкретного типу ІГУ ; ранжируванням розрахункових комплексів і підбором шкал їхніх показників враховувати конкретні задачі оцінки; районування ГС можна проводити для будь-якого виду господарської діяльності без значних додаткових витрат часу і засобів на формування баз даних; ступінь відхилення значення інтегрального показника ІГУ від одиниці надає уявлення про придатність ГС для даного виду господарського освоєння (Горбатюк Н.В., 1996, 1998, 1999).

РОЗДІЛ 4. РАЙОНУВАННЯ УРБАНІЗОВАНОЇ ТЕРИТОРІЇ НА ОСНОВІ ІНТЕГРАЛЬНОЇ ОЦІНКИ ІГУ.

Методика інтегральної оцінки ІГУ випробувана на урбанізованій території м. Сімферополя, зі складними геолого геоморфологічними й інженерно-геологічними умовами, що сформувалися в межах Передгірського Криму. Формування ІГУ території відбувається в результаті складної взаємодії природних і техногенних факторів. На формування рельєфу території міста вплинули орогенні рухи і ерозійна діяльність поверхневих водотоків. Основні форми рельєфу представлені Внутрішньою і Зовнішньою куестовими грядами Кримських гір, Подовжньою долиною, що розділяє їх і поперечною долиною р. Салгір. У геологічній будові території беруть участь пермські, тріасові, юрські, крейдові, палеогенові, неогенові і четвертинні породи та відклади. Тектонічна позиція обумовлена наявністю декількох великих геоструктур земної кори, що визначають будову області переходу епіплатформенного орогену Гірського Криму до Скіфської платформенної структури. Підземними водами територія міста в цілому бідна внаслідок значної розчленованості рельєфу і слабких фільтраційних властивостей корінних і четвертинних відкладів. Виключення складає четвертинний і сучасний алювій річок Салгір і Малий Салгір. Водоносні горизонти пов'язані також з породами крейдового, еоценового і плейстоценового віку. Сукупність фізико-географічних, геологічних, геоморфологічних, гідрогеологічних і інших умов визначили численність і різноманіття геологічних процесів (ГП): вивітрювання, обвали і зсуви, селі, підтоплення, ерозія, карст, які спричиняють великий вплив на інженерні споруди і комунікації міста.

Планувальна структура міста визначалася впливом орогідрографії району і історично сформованих транспортних магістралей: Москва-Ялта; Феодосія-Севастополь. Розташування промислових підприємств і забудови різного призначення - безсистемне. Ряд виробничих підприємств, що розміщувалися раніше на міських окраїнах, виявилися в процесі розвитку міста оточеними селітебними районами. Майже всі зелені насадження міста розташовані в долині р. Салгір чи в безпосередній близькості від неї.

Вибір полігонної ділянки проводився на підставі наступних критеріїв: максимальне представництво природних (геологічних, геоморфологічних, гідрогеологічних і ін.) умов;

максимальне представництво і розмаїтість техногенних факторів (типів забудови, функціонального використання земель і ін.), які визначають стан ГС; компактне просторове розміщення усіх факторів і умов; максимальна інтенсивність прояву геологічних процесів. Поставленим умовам задовольняє південна окраїна м. Сімферополя, де на площі, близько 20км², поширені практично всі, що зустрічаються на території міста, літологічні комплекси порід, зосереджені різноманітні типи рельєфу, умови залягання і режими підземних вод, геологічні процеси, активність яких навіть приводить до катастрофічних наслідків (Великий Марїнський зсув). За функціональним призначенням ця територія охоплює всі типи використання, від індустріального до заповідного.

При інтегральній оцінці ІГУ розрахункові комплекси для характеристики властивостей компонентів ГС (рельєфу, гірських порід, підземних вод, прояву геологічних процесів) вибиралися на підставі експертної оцінки побудованих автором базових карт масштабу 1:10 000. Інтегральні показники їхніх властивостей визначалися в межах ОТО, розмір яких, через складність ІГУ, складав 200х200м. Внаслідок того, що полігонна ділянка неоднорідна по ІГУ, для визначення категорії складності освоєння були відбудовані моделі поля сумарних інтегральних показників властивостей усіх компонентів ГС. При побудові імітаційної моделі поля використовувалися середньоарифметичні значення інтегральних показників властивостей компонентів ГС в межах ОТО. Правомірність таких дій перевірялася аналізом ймовірних взаємозв'язків між властивостями цих компонентів і ІГУ

Виходячи з того, що імовірність абсолютної рівності інтегральних показників ОТО і середньоарифметичної вибіркової сукупності близька до нуля, при районуванні території полігонної ділянки по ступені сприятливості ГС для інженерного освоєння враховувався довірчий інтервал інтегральних показників ОТО при рівні значимості б = 0,05. За результатами математичного аналізу інтегральних показників ІГУ були виділені ділянки з несприятливими (<0,45), відносно сприятливими (від 0,45 до 0,60) і сприятливими (>0,60) умовами для інженерного освоєння. Під сприятливими розуміються умови: котрі сприяють будівництву без проведення робіт зі зниження РГВ або обладнання гідроізоляції, геологічні процеси практично відсутні, зведення будівель і споруджень можливо без улаштування штучних основ і складних фундаментів. Відносно сприятливі умови для будівництва при зведенні будівель і споруджень вимагають: улаштування нескладних штучних основ і фундаментів; необхідні нескладні заходи щодо зниження РГВ і обладнання гідроізоляції; геологічні процеси мають незначне поширення і прояв. Несприятливі умови для будівництва передбачають: зведення будівель і споруджень на складних штучних основах і фундаментах; необхідне проведення складних заходів щодо зниження РГВ і обладнання гідроізоляції; геологічні процеси значно поширені й активні. Показники інтегральних оцінок ІГУ, обрані як граничні параметри при оцінці сприятливості території для інженерного освоєння, як і сама постановка таких робіт, повинні бути ув'язані з конкретною задачею (експертна грошова оцінка земель, спеціалізоване районування і т.і.). В розглянутому автором випадку оцінювалася сприятливість ГС для громадського будівництва.

Вірогідність результатів проведеного дослідження підтверджується результатами інженерно-геологічного районування, виконаного традиційними методами і незалежними інструментальними дослідженнями “геопатогенних зон” на цій же території (Саломатін В.М., 1997). Згущення “геопатогенних зон” досить точно збігається з ділянками несприятливими для забудови, межі яких визначені розрахунковим методом на підставі розробленої автором методики.

Господарське освоєння полігонної ділянки визначалося існуючою господарською необхідністю, без належного врахування багатьох, у тому числі і геологічних факторів, які впливають на стан об'єктів будівництва і в цілому на стійкість територій. Порівняння отриманих результатів районування території полігонної ділянки за ступенем сприятливості ГС для інженерного освоєння з існуючим функціональним використанням території дозволило виконати районування за ступенем інженерного ризику (мал. 3).

Ризик виникає лише при накладанні техногенного навантаження заданої інтенсивності (зовнішня загроза) на ГС, яка володіє певним переліком ІГУ (внутрішні умови) (Дзекцер Є.С., 1992, Рогозін О.К., 1993, 1995, Рудько Г.І., 2002 та ін.).

Таблиця 1. Рекомендації з оптимізації використання УТ полігонної ділянки

Ступінь інженерного ризику	Оцінка ризику	Режим використання, що рекомендується
1	2	3
Підвищений ризик (ризик виникнення аварій)	Розвиток статики і динаміки процесів слабко, або некерований. Можливі руйнування споруджень і інженерних комунікацій, що створюють погрозу для людини	Повне обмеження росту техногенних чи навантажень їхнє зменшення за рахунок переорієнтації функціонального використання земель.
Потенційний ризик (слабкий ризик)	Розвиток статики і динаміки небезпечних геологічних процесів і деформацій будинків і споруд керовані в просторі і часі	Обмеження росту і стабілізація техногенних навантажень на ГС. Організація спостережень за компонентами ГС, що знаходяться в найбільш напруженому стані.
Ризик відсутній	Геологічні процеси практично не розвинуті. Будівля і споруди експлуатуються без додаткових інженерних заходів безпеки.	Обмеження техногенних навантажень лише на ділянках зі спеціальним режимом використання (заповідні території ).

Мал. 3. Схема оцінки інженерного ризику території в межах полігонної ділянки

Умовні позначки:

1 2 3 4 5 6

Размещено на http://www.allbest.ru/

7 8 9 10 11 12

1- межі зон підвищеного ризику; 2- межі зон з відсутністю ризику; 3 - зони слабкого ризику; 4 - території одноповерхової житлової забудови; 5 - промислова забудова ; 6 - багатоповерхова житлова забудова ; 7 - заповідна (охоронна) територія; 8 - кар'єри; 9 - зони санітарної охорони; 10 - об'єкти суспільного користування. 11 -обриви куести Внутрішньої гряди. 12 - ставки, водоймища, ріки.

Таким чином, районування ГС на основі розробленої автором інтегральної оцінки ІГУ дозволило не тільки виявити і географічно локалізувати території з проблемними ситуаціями, але і здійснити перспективне прогнозування розвитку несприятливих і небезпечних геологічних процесів на урбанізованих територіях.

ВИСНОВКИ

Основним результатом проведених досліджень являється вирішення методичних питань інтегральної оцінки ІГУ із врахуванням конкретно поставлених завдань і районування УТ на їхній основі. Результати досліджень дозволили зробити наступні висновки:

виконано добір розрахункових комплексів, які характеризують властивості компонентів ГС, з урахуванням ІГУ Передгірського Криму (Горбатюк Н.В., 1998). За основний критерій оцінки обрана придатність ГС для інженерного освоєння (Горбатюк Н.В., 1996). Цілеспрямованість оцінки ІГУ з погляду конкретного виду інженерного освоєння формує критерій істотності того чи іншого показника ІГУ в інтегральній оцінці, що виявляється в ранжируванні розрахункових комплексів (Горбатюк Н.В., 1998);

сформульовані вимоги до розрахункових комплексів для оцінки ІГУ: вони повинні бути універсальними; придатними для характеристики властивостей ГС для різних типів інженерного освоєння; легко визначатися по стандартних картографічних матеріалах, або легко виводитися на підставі обробки лабораторних, експериментальних, польових спостережень; виражатися чисельними значеннями, які піддаються ранжируванню і статистичній обробці (Горбатюк Н.В.,1993,1998, 1999). При їхньому доборі доцільно застосовувати концепцію лімітуючих умов і факторів, розроблену Реймерсом Н.Ф.(1992);

для обробки геологічної інформації, яку використовують при оцінці ІГУ, дуже ефективним є використання інтегрованого системного аналізу. Розроблений алгоритм і запропонована технологічна схема проведення процедури оцінки дозволяють інтегрувати нові і вже існуючі дані інженерно-геологічних досліджень у процес оцінки на основі ГІС - технології (Горбатюк Н.В., 1994, 2002);

методичні прийоми інтегральної оцінки ІГУ базуються на використанні математичного апарату теорії випадкових полів, що дозволяє представити стан ГС як математичне чекання всіх оцінок ІГУ в точці при нескінченному повторенні дослідів. Бальні оцінки стану компонентів ГС дозволяють використовувати в математичній моделі як кількісні, так і якісні показники (Горбатюк Н.В., 1996). Основою проведення оцінювальних робіт є традиційні картографічні матеріали (геологічної, гідрогеологічної, інженерно-геологічної карт і карти розвитку ОГП), що мають загальноприйнятий і узаконений зміст, спосіб відображення інформації яка подається, та складені в одному масштабі;

територія м. Сімферополя характеризується складним поєднанням природних умов і техногенних навантажень на ГС і являє собою зручний полігон для відпрацьовування методики оцінки ІГУ УТ, розташованих у горах і передгір'ях (Горбатюк Н.В., 1995, 1996);

районування УТ на основі розробленої методики інтегральної оцінки дозволяє не тільки врахувати особливості формування ГС, але й конкретних завдань (Горбатюк Н.В., 2002). В результаті районування з врахуванням вимог Закону України “Про планування і забудову територій” виділені ділянки несприятливі, відносно сприятливі і безумовно сприятливі для інженерного освоєння. Порівняння карт “ступені придатності геологічного середовища” і існуючого функціонального зонування території дозволило виділити зони сильного і слабкого ризику використання територіальних ресурсів, положення яких підтверджується іншими методами досліджень, які виконувалися незалежно і паралельно із цією роботою. Заходи щодо оптимізації використання територіальних ресурсів, передбачають як повну заборону техногенних навантажень і перегляд функціонального використання території, так і повну відсутність обмежень на інженерне використання земель.

розроблена й випробувана методика інтегральної оцінки ІГУ УТ для інженерного освоєння може бути використана при розробці: схем і проектів районного планування; генеральних планів міст, селищ, сільських населених пунктів; проектів детального планування на окремі частини селітебних і курортних територій; схем генеральних планів груп промислових, транспортних і інших підприємств із загальним транспортним забезпеченням, водопостачанням, каналізацією й енергопостачанням (Горбатюк Н.В., 1997) .

Універсальність результатів інженерних вишукувань і досліджень, використаних при формуванні баз даних в пропонованій методиці обґрунтовує можливість їхнього використання не тільки для інженерного освоєння, але і для інформаційного забезпечення ринку нерухомості й інвестицій через введення коефіцієнтів у вартість земель.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В НАСТУПНИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Горбатюк Н.В. Возможности использования материалов дистанционных съемок для изучения инженерно-геоэкологических условий промышленно-городских агломераций// Строительство и техногенная безопасность. - Симферополь: КИПКС, 1998. - С. 237-241.

2. Горбатюк Н.В, Тарасенко В.С., Сапронова З.Д., Лущик А.В. и др. Основные концептуальные положения методики картирования антропогенной нагрузки промышленно-городских агломераций// Строительство и техногенная безопасность. - Симферополь: КИПКС, 1998. - С. 180-186.

3. Горбатюк Н.В. Особенности функционирования геологической среды на урбанизированных территориях// Строительство и техногенная безопасность. - Симферополь, 1999. - С.163-167.

4. Горбатюк Н.В. К методике оценки состояния геологической среды ПГА// Культура народов Причерноморья. - Симферополь, 1999. - №6. - С.307-308.

5. Горбатюк Н.В. Методические разработки по оценке земель урбанизированных территорий// Научные труды Крымского государственного аграрного университета. - Симферополь,2002. - Вып.75. - С.128-135.

6. Горбатюк Н.В., Лущик А.А. Использование ГИС-технологий для оценки инженерно-геологических условий урбанизированных территорий// Геоинформатика. - К. - в печати.

7. Боровский Б.И., Дублянская Г.Н., Тимченко З.В., Горбатюк Н.В. К проблеме оценки геоэкологической устойчивости природно-технических систем и др. - КАПКС. - Симферополь, 1993. - 26с. - Рус. - деп. ГНТБ Украины 03.11-93 №2167.

8. Тарасенко В.С., Сапронова З.Д. Горбатюк Н.В. Геодинамическая обстановка и интегральные показатели нагрузки на геологическую среду ПГА// Устойчивый Крым. План действий. - Киев-Симферополь, 1999. - С.278-291.

9. Горбатюк Н.В. Опыт интегральной оценки опасных геологических процессов для хозяйственного освоения// Тектоника и полезные ископаемые Азово-Черноморского региона. - Гурзуф, 1999. - С.19-21.

10. Дублянская Г.Н., Боровский Б.И., Тимченко З.В., Горбатюк Н.В. Комплексная оценка экологического состояния ПГА // Движение к ноосфере: теоретические и региональные проблемы. - Симферополь. - 1993. - С. 62-66.

11. Горбатюк Н.В. К проблеме оценки экологического состояния геологической среды урбанизированных территорий// Проблемы формирования экологического мировоззрения. - Симферополь,1998. - С.215-216.

12. Боровский Б.И., Тимченко З.В., Горбатюк Н.В. Методика оценки экологического состояния промышленно-городских агломераций по результатам мониторинга// Матер. междунар. научно-практической конференции "Геоэкологические и медико-экологические проблемы ПГА" Часть 1. - Симферополь. - 1994. - С. 117-119.

13. Дублянская Г.Н., Горбатюк Н.В, Никифорова И.А. и др. Мониторинг подземных вод г. Симферополя// Матер. междунар. научно-практической конференции "Геоэкологические и медико-экологические проблемы ПГА" Часть 1. - 1994. - Симферополь. - С. 64-66.

14. Горбатюк Н.В. Никифорова И.А., Ларюшкина С.Г. Оценка экологической устойчивости литосферы// Матер. науч.-технич. конференции " Формирование окружающей среды на урбанизированных территориях Крыма". Часть II - 1996. - Симферополь. - С. 17-18.

15. Дублянский В.Н., Горбатюк Н.В., Никифорова И.А. Оценка состояния геологической среды Севастопольского горсовета// Матер. науч.-технич. конференции " Формирование окружающей среды на урбанизированных территориях Крыма". Часть II - 1996. - Симферополь. - С. 17-18.

16. Горбатюк Н.В. Особенности выбора показателей оценки экологического состояния геологической среды урбанизированных территорий // Тез. научно-технич. конференции профессорско-преподавательского состава по итогам научно-исследовательской работы за 1996-1997 годы. - Симферополь. - 1998. - С. 36.

17. Дублянская Г.Н., Горбатюк Н.В., Никифорова И.А Государственные комплексные геоэкологические съемки - основы обеспечения безопасности жизнедеятельности на территории ПГА // Матер. Международной научно-практической конференции "Инженерно-геологическое обеспечение недропользования и охраны окружающей среды". - Пермь. - 1997. - С. 174-176.

18. Горбатюк Н.В. Мониторинг подземных вод г. Симферополя// Матер. конференции "Статистический мониторинг экологического состояния региона, отрасли". - Житомир-Киев. - 1997.

Размещено на Allbest.ru

...