УДК 528(1-924.71)

Геодезический мониторинг геодинамических процессов в сложных инженерно-геологических условиях восточного берега Крыма

Гоголев Николай Викторович – студент Института Академии строительства и архитектуры Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского.

Научный руководитель Суббота Инга Леонидовна – доцент, кандидат технических наук Института Академии строительства и архитектуры Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского.

Аннотация: Современные геодинамические процессы могут быть определены через косвенные признаки, которые отражают тектоническую активность. Одним из таких признаков является постоянно увеличивающаяся абразия морского побережья на территории Крыма, вызванная прогибанием земной коры в Альминской впадине и оползнями на Крымском побережье. Активизация этих процессов происходит из-за сейсмических событий.

Важными составляющими географической структуры Крымского полуострова являются горы Крыма, линия берега, зона сопряжения гор и равнин предгорья, первое и второе межгрядовые понижения, долины рек и Керченский пролив. Часть полуострова, представляющая равнину, находится на Скифской плите, которая разделена тектоническими разломами на большие участки, смещенные друг относительно друга и на разных глубинах. Это приводит к повышенной сейсмической активности, оползневым процессам, карсту и другим явлениям.

На сегодняшний день геодезические исследования геодинамических процессов в Крыму дают возможность получения дополнительных факторов, уменьшающих возникновение чрезвычайных ситуаций на период возведения и эксплуатации объектов.

Ключевые слова: мониторинг геодинамических процессов, измерения в условиях опасных геологических процессов, Восточный берег Крыма.

Крымский геодинамический полигон был введен в эксплуатацию в первой половине 70-х годов двадцатого века в районе сейсмоактивной зоны Крымского полуострова, согласно плану работ, утвержденному постановлением ГКСМ СССР по науке и технике. Проектом занималось предприятие ГУГК № 13, которое в течение нескольких лет проводило комплекс инструментальных геодезических работ высокой точности. В конце 70-х годов двадцатого века работы на полигоне были остановлены. В 2019 году сотрудники УГиА ФГБУ «Центр геодезии, картографии и ИПД» выполнили обследование пунктов геодезической сети Крымского ГДП с целью возобновления исследований геодинамических процессов в районе Крымского полуострова. Результаты обследования показали, что все пункты сохранены, но не все из них подходят для спутниковых наблюдений. В связи с этим был рассмотрен вопрос о развитии сети Крымского полигона и ее расширении на всю территорию полуострова с периодичностью наблюдений один раз в несколько лет.

Основными прогностическими критериями развития опасных геологических процессов является активизация геологических структур и сосредоточения напряжений вдоль разломов.

Берег Крыма является сложной территорией с рисками инженерно-геологического характера. Эта территория характеризуется различными опасными факторами, вызванными высокой сейсмикой и активными процессами горообразования. Происходит активное разрушение ранее стабильных участков берега, что ведет к необратимым явлениям. Крым относится к очень сложному в геологическом и инженерно-геологическом плане району. Регион полуострова состоит из многообразия грунтов и горных пород - от слабых неконсолидированных осадков до скальных пород. Широко распространены техногенные грунты: тиксотропные, просадочные и набухающие.

На формирование рельефа оказывают большое влияние эрозионные и гравитационные (оползневые) процессы.

Оползни развиты преимущественно в береговой полосе, их ложа не опускаются более чем на 3-5 метров ниже уровня моря. Современные оползни имеют значительно меньшие размеры, чем древние, и в целом, наблюдается ослабление и затухание оползневых явлений.

Антропогенные причины оползней: оползни провоцируются уничтожением кустарников и лесов на склонах, распахиванием почвы на склоне, чрезмерным поливом почвы. [4]

Фотофиксация оползневых явлений Восточного берега Крыма представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Фотофиксация оползневых процессов в г. Керчь.

Рисунок 2. Фотофиксация трещинообразования в результате растяжения от регрессивного развития оползневого очага.

Характерные черты инженерно-геологического строения крымского ландшафта: сейсмическая активность территорий, оползни, карстовые образования, напластование грунтов и др. Все эти явления можно обобщить под понятием геодинамики. Наибольшей проблемой, на сегодняшний день, является усиление оползневой активности. По данным крымского кадастра оползней, их численность составляет порядка 1300 и, в настоящее время, продолжает расти.

Важным инструментом для изучения динамики и прогнозирования геологических явлений на Восточном берегу Крыма является геодезический мониторинг за движениями поверхности земли и опасными природными явлениями.

Геодезические работы включают в себя наблюдение за смещениями земной коры, деформациями грунта и изменениями высотных отметок. Эти наблюдения проводятся с использованием глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS), а также специализированных приборов и сетей контрольных станций.

Информация, полученная в результате геодезических наблюдений, позволяет исследователям и специалистам в области геологии и геодезии анализировать динамику земной поверхности, выявлять возможные тектонические движения, оценивать уровень опасности определенных зон и прогнозировать возможное развитие геологических процессов.

В Республике Крым наблюдения проводятся в тесном взаимодействии с государственными и научными учреждениями, такими как Крымский геологоразведочный институт, Росгеология и Академия наук Крыма. Их совместные усилия направлены на изучение природных процессов в данном районе, разработку мер по минимизации рисков и защите населения от возможных опасностей.

Геодезический мониторинг рассматриваемых территорий должен обеспечивать решение следующих задач:

• определение абсолютных и относительных величин деформаций и их сравнение с расчетными и допустимыми значениями;
• выявление причин возникновения и степени опасности деформаций для нормальной эксплуатации объектов;
• выработку своевременных мер по борьбе с возникающими деформациями или устранение их последствий;
• оценку степени влияния освоения подземного полупространства на среду обитания, безопасность проживания и эксплуатации инженерных инфраструктур;
• оценку степени влияния инженерной деятельности на поверхности земли на безопасность и условия эксплуатации подземных сооружений;
• оценку степени влияния различных подземных объектов друг на друга при комплексном развитии и освоении подземного пространства;
• уточнение методов расчетов и установления допустимых и предельных величин деформаций для различных типов зданий, сооружений и коммуникаций;
• оценку эффективности принимаемых профилактических и защитных мер;
• уточнение закономерностей процессов сдвижения горных пород и зависимость его параметров от основных влияющих факторов. [1]

Современные технологии в сфере геодезических изысканий обеспечивают возможность проведения эффективных измерений в тяжелых условиях местности и на сложных строительных объектах. Оборудование, применяемое на всех этапах изысканий, позволяет оперативно и с высокой точностью выполнить работы на местности и перейти к составлению отчета.

Метод GNSS (глобальные навигационные спутниковые системы). Использует спутниковую систему для определения точного положения объектов на Земле и позволяет отслеживать перемещения и деформации земной коры. Принцип работы построен на получении GNSS-приемником сигналов от нескольких спутников (минимум – четырёх) и вычислении точного положения антенны GNSS приемника относительно их.

При выборе программного комплекса во время проведения геодезического мониторинга геодинамических процессов учитываются следующие факторы:

• программный комплекс должен обладать всеми необходимыми функциями и возможностями для проведения численного эксперимента в рамках геодезического мониторинга;
• гибкость настроек различных параметров и условий эксперимента, чтобы можно было проводить анализ в различных условиях и ситуациях;
• программный комплекс должен быть интуитивно понятным и легким в использовании, чтобы исследователи могли быстро освоить его и проводить эксперименты без дополнительных проблем;
• выбранный программный комплекс должен быть надежным и обладать высокой точностью результатов, чтобы можно было полагаться на полученные данные при принятии решений;
• поддержка программного комплекса со стороны разработчиков и регулярные обновления для устранения ошибок и добавления новых функций.

В зависимости от этих факторов рассмотрены следующие программные комплексы: Credo Dat 5.0, GeoniCS 10.

Программный комплекс Credo, разработанный компанией «Credo-Dialogue», г. Минск, Республика Беларусь, имеет сертификат соответствия требованиям нормативных документов (ГОСТ, СП), действующих на территории РФ.

Общая концепция данного программного продукта заключается в возможности централизованного обеспечения и непрерывной обработки всех технологических процессов изысканий, основных работ, различных вариантов проектирования, кадастровых и инженерных задач из одной базы данных.

Программный комплекс GeoniCS - известная проектно-геодезическая платформа, созданная на основе приложений компании Autodesk и адаптированная к отечественным технологиям и стандартам. Разработчиком является российская компания CSoft Development, которая с 1989 года занимается разработкой ПО для рынка САПР в области машиностроения, промышленного и гражданского строительства, архитектурного проектирования, землеустройства и ГИС. Этот комплекс представляет собой профессиональное решение для специалистов в указанных областях.

В качестве объекта исследования выбран участок, расположенный, в г. Феодосия, по ул. Челнокова. Геологическое строение участка представлено известково-глинистыми породами миоцена и плиоцена. На участке изысканий рельеф местности с общим перепадом высот до 60 м. Местность с общим уклоном с запада на восток, характеризуется абсолютными отметками 23,23 и 16,83. На территории съемки имеются наземные коммуникации (ЛЭП-0,4-10 кВ) и подземные коммуникации (канализация, вода, отопление, газ, силовой кабель, кабель связи).

В качестве исходных пунктов планово-высотного геодезического обоснования приняты пункты ГГС: «Знаменка, Виноградное, Морской, Солнечное», сохранившиеся в районе производства работ.

По результатам обследования пунктов ГГС установлено, что центры исходных пунктов находятся в удовлетворительном состоянии и возможно их использование для развития опорной геодезической сети, и представляют собой фундаменты четырехгранных пирамид, с центрами в виде марки ГУГК.

Наблюдения выполнялись с учетом требований «Инструкции по развитию съемочного обоснования и съемке ситуации и рельефа с применением глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS - ГКИНП (ОНТА)-02-262-02».

Развитие съемочной геодезической сети от пунктов опорной сети получено в виде системы теодолитных ходов. Точки съемочной сети были закреплены металлическими штырями в твердое покрытие на глубину 7-10 см, и помечены краской. Схема привязки опорной геодезической сети представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема привязки опорной геодезической сети.

Из точек планируемой высотной съёмки геодезической сети была выполнена топографическая съёмка. Средняя квадратическая погрешность при определении координат точек геодезической съёмочной сети относительно точек опорной геодезической сети не превышает для съёмки - М 1:500 – 0.08 м на застроенной территории или на открытой местности незастроенной территории и 0,10 м на не застроенной территории, закрытой растительностью.

Работы выполнены в Балтийской системе высот, в системе координат СК-63г.

Для проведения геодезического мониторинга необходимо учитывать следующие рекомендации:

• установка мониторинговых станций. Определение оптимального расположения станций, учитывая геологические, геодезические и климатические условия местности;
• выбор приборов. Использование высокоточных и надежных геодезических приборов, таких как геодезические теодолиты, тахеометры или GPS-приемники;
• выбор мест для установки измерительных приборов: участки, на которых наблюдаются наиболее активные геодинамические процессы, такие как сейсмическая активность, оползни, опастность разрушения скалистых склонов;
• установка и обслуживание измерительных приборов. Установка сейсмических датчиков, GPS-приемников, индукционных детекторов перемещений;
• частота наблюдений. Определение оптимальной частоты наблюдений, учитывая характер геодинамических процессов;
• интерпретация результатов и принятие мер безопасности: анализ полученных данных и интерпретация результатов для определения уровня риска геодинамических процессов. В случае выявления угрозы принять меры безопасности, такие как эвакуация населения или укрепление инженерных сооружений;
• регулярное обновление данных, чтобы иметь актуальную информацию о геодинамических процессах. Это позволит своевременно реагировать на изменения и принимать соответствующие меры по обеспечению безопасности.

Эти рекомендации позволят эффективно обеспечивать безопасность объектов и населения в условиях сложных инженерно-геологических условий на Восточном берегу Крыма.

Для наблюдения за геодинамическими процессами Восточного берега Крымского полуострова необходимо создать региональную систему, которая будет отслеживать данные явления. Основу такой системы могут составлять сети станций геодезических и астрономических наблюдений высокой точности. Это позволит получить актуальные данные о деформациях поверхности земли, что является важным для дальнейшего изучения и прогнозирования геологических процессов.

Список литературы

1. ГОСТ Р 55535-2013. Глобальная навигационная спутниковая система. Методы и технологии выполнения геодезических работ. Общие технические требования к системам геодезического мониторинга. – М.: МИИГАиК - Введ. 2014-01-01. – 17 с.
2. СП 47.13330.2016. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 11-02-96 (утв. и введен в действие Приказом Минстроя России от 30.12.2016 N 1033/пр) (ред. от 30.12.2020)
3. СП 126.13330.2017. Актуализированная редакция СНиП 3.01.03-84. Строительные нормы и правила. Геодезические работы в строительстве.
4. Кузнецов А. Г, Лысенко Н. И Проблемы геодинамики Крыма ТНУ им. Вернадского, г. Симферополь, 2007 г. – 200 с.
5. Макарова Н. В., Макаров В. И. Четвертичная тектоническая зональность Керченского полуострова // Вестник МГУ, 1994, сер. 4, геология. № 4. С. 20-34.
6. Юдин В. В. О понятиях геодинамика и эко геодинамика. // Геополитика и эко геодинамика регионов. Т. 1, вып. 1. Крымский научный центр, НАНУ, ТНУ. Симферополь, 2005. С. 21–24.