Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методика оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием аэрокосмического зондирования

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Методика оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием аэрокосмического зондирования"

На правах рукописи

Шварев Сергей Валентинович

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ ЭРОЗИОННОЙ ОПАСНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Специальность 25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии на кафедре прикладной экологии

Научный руководитель:

доктор географических наук, Ревзон Андрей Львович

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Зверев Анатолий Тихонович кандидат технических наук Бровко Елена Алексеевна

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр космической

гидрометеорологии «Планета» (НИЦ «Планета) Росгидромета

Защита состоится шЯ» 2006 г. в час. на заседании диссертаци-

онного совета Д.212.143К02 в Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, К-64, Гороховский пер., 4 (ауд. 321)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии

Автореферат разослан »

¿к. 2006 г. Ученый секретарь /О

диссертационного совета Ь^-®1 С.А.Сладкопевцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Развитие транспортной инфраструктуры России играет важную роль для ее устойчивого развития и органичного вхождения в международную систему хозяйства. Надежность работы инженерных коммуникаций во многом зависит от своевременной и достоверной оценки пространственно-временных параметров природно-техногенных условий и процессов, как современных, так и потенциальных. В то же время геоинформационная обеспеченность всех уровней управления природно-техническими системами - от регионального до локального, в настоящий момент недостаточна. Возникают критические ситуации, ликвидация ущерба от последствий которых имеет экстремальный характер и неоправданно большую стоимость, чего можно было бы избежать при своевременной системной оценке взаимодействия природных и техногенных факторов.

Наиболее эффективным способом получения информации является аэрокосмическое зондирование, а её анализа и представления -специализированная геоинформационная система. При этом необходим регулярный мониторинг природно-технических систем (ПТС) на разных уровнях обобщения данных для управляющих органов разного ранга.

В соответствии с современными представлениями о ПТС, исследование взаимодействия природных факторов и инженерных сооружений на всех стадиях их создания и эксплуатации, должно обеспечиваться сочетанием геоэкологического и геотехнического анализов, формирующих информационную основу разработки мероприятий по экологической и технической безопасности природы и общества и оптимизации природопользования.

В целях охраны окружающей среды и рационального природопользования, Российской академией наук совместно с Роскосмосом, Роскартографией, Росгидрометом разрабатывается система многоцелевого космического мониторинга, опирающаяся на геосистемный (ландшафтный) подход и многоярусное картографическое моделирование. Одним из направлений применения этой системы является комплексная экологическая и геотехническая

безопасность, а также инженерная защита территорий и сооружений. Представляется весьма актуальной задача разработки структуры и содержания специального геоинформационного обеспечения для управления ПТС с оценкой её состояния и динамики, прогнозом критических ситуаций и рекомендациями по инженерной защите как составной части системы комплексного экологического и геотехнического мониторинга.

Кроме общих вопросов оценки состояния ПТС, представляется актуальным изучение овражной эрозии, как её составляющей. Несмотря на достаточно развитые методы и принципы оценки овражной эрозии, последней не уделяется должного внимания как опасному процессу, развитие которого может привести к аварийным ситуациям при эксплуатации инженерных сооружений. Однако, распространенность овражной эрозии и обусловленность её, во многом, нерациональным техногенезом, обусловливает её достаточно важное место в ряду опасных природных процессов. В связи с этим, возникает актуальная необходимость анализа причинно-следственных связей инженерных сооружений и оврагообразования для транспортной ПТС в типичных для России равнинных условиях.

Цель и задачи исследований. Основной целью диссертации является разработка методики оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием материалов аэрокосмического зондирования.

Задачи исследования:

определение общей структуры оценки и картографического отображения состояния ПТС;

разработка методов оценки овражной опасности, применительно к оценке состояния ПТС;

разработка структуры и содержания базы данных специализированной геоинформационной системы;

оценка состояния, динамики ПТС, прогноз устойчивости и выработка рекомендаций по инженерной защите ПТС от угрозы оврагообразования с использованием разработанных методов и картографических моделей.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является природно-техническая система дистанции пути Барнаул-Бийск Алтайского отделения Западно-Сибирской железной дороги.

Предметом исследования является разработка методики оценки состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск в условиях интенсивного оврагообразования.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели исследования применены научно-технические методы:

1. Анализ и обобщение материалов по теории и практике аэрокосмического зондирования, ландшафтного, геоэкологического, геотехнического картографирования, оценке природной опасности и риска, структуре и функционированию ПТС, устойчивости и инженерной защите сооружений, геоинформационным технологиям.

2. Сбор, обработка и анализ данных аэрокосмического зондирования, в том числе фото- и сканерных космических изображений, многозональных и крупномасштабных аэрофотоснимков с применением методов визуального и автоматизированного дешифрирования и ретроспективной оценки и данных специальных наземных обследований дистанции пути Барнаул-Бийск.'

3. Экспертио-статистнческий анализ факторов оврагообразования, эмпирические расчеты пространственных и динамических параметров эрозионных форм для оценки потенциальной и фактической опасности;

4. Картографирование состояния, динамики ПТС и прогноза её устойчивости с рекомендациями по совершенствованию инженерной защиты.

Научная новизна исследований. Состоит в разработке комплексной методики оценки состояния ПТС дистанции пути железной дороги в условиях интенсивного оврагообразования в сопряжении со структурой и методами космического многоцелевого мониторинга с применением аэрокосмических материалов, геоинформационных технологий и специальных технологических решений. В том числе разработаны (выполнены):

1. Структура и содержание картографического обеспечения оценки геотехнического состояния ПТС в условиях интенсивного оврагообразования;

2. Структура и содержание базы данных специализированной ГИС предупреждения природно-техногенных аварий в условиях равнинного Алтая;

3. Методика оценки опасности оврагообразования на базе экспертно-статистических оценок;

4. Комплексная оценка состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск, рекомендации и схемы инженерной защиты от угрозы оврагообразования.

Практическое значение работы. Разработанные методы, подходы, практические решения могут быть использованы при оценке состояния ПТС и проектировании инженерной защиты в равнинных условиях России с активным развитием овражной эрозии, а также для создания локальных систем комплексного экологического и геотехнического мониторинга, структурно сопряженных с системой космического многоцелевого мониторинга России.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований по проблемам экологической и технической опасности, картографированию состояния ПТС, геоинформационного обеспечения многоцелевого космического мониторинга докладывались и обсуждались на ряде научных и научно-практических конференций и совещаний всероссийского, межгосударственного и международного уровней: Всесоюзное совещание «Новые методы и технологии в геоморфологии для решения геоэкологических задач» (XXI Пленум Геоморфологической Комиссии АН СССР), Ленинград, 26-28 февраля 1991 г.; Расширенное заседание Научного совета по криологии Земли РАН, 20-24 апреля 1993 г.; «Геоморфологический риск» (Иркутский геоморфологический семинар, вторые научные чтения памяти Н.А.Флоренсова), Иркутск, 16-19 ноября 1993 г.; Научно-практическая конференция «Экологическая безопасность транспортных магистралей и ее правовое регулирование», Москва, МИИТ, 3-4 декабря 1996; Второе всероссийское совещание «Аэрокосмические методы и геоинформационные системы в лесоведении и лесном хозяйстве». Москва,

Россия, 18-19 ноября 1998 г.; 27л International Symposium оп Remote Sensing of Environment, 8-12 June 1998; «Геодинамика и геоэкология», Международная конференция, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 1999; Межгосударственное совещание XXV пленума Геоморфологической комиссии РАН Белгород, 18-22 сентября 2000 г.; «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» Международная конференция, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2002; «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов" - Материалы научно-технической конференции, Москва, МИИТ, 7-9 октября 2003 г.; Александр фон Гумбольдт и проблемы устойчивого развития Урало-Сибирского региона. Материалы российско-германской конференции - Тюмень, Тобольск, 2022 сентября 2004 г.; Пятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов» - Материалы, МИИТ, 18-19 ноября 2004 г.; Вторая Открытая Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 16-18 ноября 2004 г.; ЗГ1 International Symposium on Remote Sensing of Environment (ISRSE), 20-24 June 2005, Saint Petersburg.

Внедрение. Результаты работ соискателя по теме диссертации внедрены в практике работ Новосибирского научно-исследовательского института транспортного строительства (ЗАО СибЦНИИС), выполнившего по заказу Управления Западно-Сибирской железной дороги комплекс работ по инженерной защите железнодорожных сооружений по линии Барнаул-Бийск.

Результаты исследований по теме диссертации использованы также при разработке проектной документации строительства железной дороги «Карпогоры-Вендинга» ОАО «Белкомур» (проект транспортного коридора «Белое море-Коми-Урал»).

IIa защиту выносятся следующие научные результаты:

1. Методика оценки состояния природно-технической системы железной

дороги в условиях интенсивного оврагообразования с использованием данных аэрокосмического зондирования;

2. Способ оценки потенциальной опасности природных процессов с использованием экспертного анализа факторов со статистическим обоснованием на основе рангового коэффициента корреляции;

3. Структура и содержание базы данных локальной геоинформационной системы предупреждения аварий ПТС в равнинных условиях с активным оврагообразованием (как блока космического многоцелевого мониторинга).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 печатных

работ

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение, список используемой литературы и картографическое приложение. Основной текст изложен на 142 страницах машинописного текста, включая 25 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает 183 наименования. К диссертации прилагается справка о внедрении результатов исследований в ЗАО СибЦНИИС.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение. Обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель и задачи работы, её научное и практическое значение. Представлены этапы исследования и структура работы.

Глава 1 Современный уровень изучения и картографирования состояний природно-технических систем с использованием аэрокосмических технологий (состояние проблемы). Содержит анализ существующих теоретических и методических основ оценки состояния природно-технических систем. В том числе: методологические подходы к понятию природно-техническая система (ПТС), анализ структурных компонентов и типов ПТС. Основы обеспечения безопасности ПТС: анализ природных воздействий и устойчивости природной среды, определение опасности и риска, оценка уязвимости и инженерной защиты территорий и сооружений. Рассматривается опыт применения аэрокосмических и ГИС-технологий для оценки геотехнического состояния ПТС, GPS и лазерного сканирования как перспективных направлений. Оценивается современный уровень картографирования состояний ПТС.

Развитие методологии изучения ПТС связано с работами Института географии РАН, кафедр инженерной геологии МГРИ и МГУ, Института геоэкологии РАН, Института литосферы РАН, ЦНИИС и ПНИИИС.

В настоящее время общепризнанным является положение, что обеспечение комплексной безопасности строительства и эксплуатации инженерных сооружений базируется на своевременном и всестороннем изучении прямых и обратных связей во взаимодействии природных компонентов и инженерных сооружений на всех стадиях и этапах их создания и эксплуатации. Картографирование, применяющееся в качестве основного метода оценки состояний ПТС в системе обоснования проектных' решений крупных и протяженных сооружений и мониторинговых исследований, определяется интеграцией двух подходов - геоэкологического и геотехнического.

Этот принцип, на основе широкого применения методов аэрокосмического зондирования, в последнее десятилетие реализуется усилиями ЦНИИС, МИИГАиК, Института проблем нефти и газа РАН, Института геоэкологии РАН, Географического факультета МГУ, НИЦ ЭБ РАН, Госцентра «Природа», НПЦ ЭМОС. Наиболее последовательно в данном направлении работает ЦНИИС, осуществляя комплекс работ в различных природно-климатических зонах и на разных типах ПТС.

Одним из актуальных остающихся вопросов является создание конкретных методик применения аэрокосмического зондирования и ГИС-технологий для картографирования при оценке геотехнического состояния ПТС, в том числе в равнинных условиях России с интенсивным развитием оврагообразования, просадочности грунтов и оползневых процессов.

Глава 2 Методика оценки геотехнического состояния равнинных железных дорог в условиях интенсивного развития овражной эрозии с применением материалов аэрокосмического зондирования и ГИС технологий.

В общем виде система контроля геотехнического состояния ПТС железной дороги, опирается на иерархическую информационно-картографическую систему, уровни которой сопряжены со структурными управленческими подразделениями железной дороги. Соответственно этим уровням (управление дороги, отделение

дороги, дистанция пути, участок) определяется картографический ряд (1:1000000 (межрегиональный); 1:100000 (региональный); 1:25000 (локальный); 1:2500 (детальный)). Картографирование осуществляется с использованием дистанционных данных, включающих космические съемки (управление дороги -дистанция пути) и аэросъемки (дистанция пути - участок).

Объект исследования - ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск ЗападноСибирской железной дороги расположена на юге Западной Сибири в пределах Предалтайских равнин. Железная дорога, построенная в 1911 г. как ответвление транссибирской магистрали и сооруженная без специальной инженерной защиты, устойчиво работала до середины 50-х гг. XX века, когда в непосредственной близости от транспортных сооружений были обнаружены активные овраги. Предпринятые разнообразные меры противодействия не решили вопрос, так как и через десятки лет овражная опасность сохраняется, а защитные сооружения регулярно разрушаются.

С целью комплексной оценки сложившейся ситуации и выработки обоснованных решений по инженерной защите использованы разномасштабные аэрокосмические материалы и применены разнообразные методы их обработки и анализа для выполнения задач: 1)_идентификации ландшафтно-неотектонических и техногенных условий как факторов развития опасных процессов; 2) определения пространственно-временных параметров опасных процессов; 3)определения взаимосвязей природных и технических компонентов в ПТС

Выполнение поставленных требований обеспечивалось использованием многозональных космических фотоснимков (КФС) МК-4 с разрешением 6-12 м, многозональных и панхроматических космических сканерных снимков Ьапёэа! ЕТМ+ с разрешением 15-30 м, а также специальных аэрофотосъемок синхронно многозональной аэрофотокамерой МСК-4 и топографическим аэрофотоаппаратом АФА ТЭ-200, выполненных НПЦ «Аэроизыскания» ЦНИИС.

Для тематической интерпретации аэро- и космических снимков применены интерактивный и автоматизированный методы с использованием известных алгоритмов автоматического распознавания мультиспектрального изображения.

На первом этапе анализа состояния ПТС и выработки рекомендаций по обеспечению устойчивости оценивается потенциальная опасность оврагообразования, под которой понимается пространственная вероятность развития оврагов. При оценке потенциальной опасности распространенным способом является полуколичественное прогнозирование. Достоинства балльного метода, заключающиеся в возможности формального сравнения и суммирования разнородных факторов при относительной простоте расчета и использовании широкого спектра информативных источников, обычно снижаются за счет субъективности в оценке «весовых» соотношений факторов. Для усовершенствования метода предложено применение рангового корреляционного анализа для статистического обоснования весовых коэффициентов. Методика расчета потенциальной опасности с использованием рангового корреляционного анализа включает 4 этапа: 1) оценка проявлений процесса на территории исследований (или территории - аналоге) в пределах некоторых пространственных выделов (в ранжированных показателях пораженности, интенсивности и др.); 2) оценка факторов развития процессов с выбором значимых показателей и их ранжированием в пределах тех же выделов;3) определение индивидуальных значений коэффициентов корреляции показателей факторов и показателей развития процесса; установление «веса» 1 балла показателя каждого фактора, равного квадрату коэффициента корреляции (коэффициенту детерминации); 4) расчет потенциальной опасности путем суммирования «взвешенных» показателей факторов - произведений балльных величин (рангов) показателей и коэффициентов детерминации.

Критический анализ как общих зависимостей, так и данных о местных условиях, позволил сделать выбор значимых показателей факторов овражной эрозии и их градаций с определением баллов. Ранговая корреляция рассчитывается для пяти факторов (климат, рельеф, литология, почвенно— растительный покров, тектоника), выраженных в шести показателях (слой стока талых вод, уклон поверхности, тип грунта, почвенно-растительная ассоциация, суммарная амплитуда голоценовых движений, удельное количество активных дизъюнктивов). Показатели факторов оценены по четырехбалльной шкале. Их

корреляция проведена с ранжированным показателем

пораженности территории овражной эрозией.

Коэффициенты ранговой корреляции вычислены по формуле Спирмена: р=1-(61с12)/(113 -п) 1

где п - число наблюдений; ё - ранговые разности; £с12 - сумма квадратов ранговых разностей для каждой из коррелируемых пар.

Значимые корреляционные отношения установлены между пораженностью

и климатическим, морфологическим и тектоническим факторами. Интегральная оценка потенциальной опасности произведена путем суммирования взвешенных баллов четырех показателей трех факторов. Суммы баллов для выбранных элементарных

пространственных ячеек изменяются от О до 2. Районирование по степени потенциальной опасности осуществлено с выделением четырех зон: 1) безопасной (сумма баллов < 0,5),2) слабоопасной (0,61,0), 3) опасной (1,1-1,5); 4) чрезвычайно опасной (> 1,5). Пространственная вероятность развития оврагов в этих зонах соответственно составляет: 1) 0%; 2) 110%; 3) 11-25; 4) более 25 % (Рис.1). Рис.1 Оценка факторов оврагообразования и потенциальной опасности эрозии.

Проведенный корреляционный анализ выявил общие тенденции, аппроксимированные на обширные прилегающие территории. При этом использовались усредненные показатели факторов по площади, полученные с использованием дистанционных изображений и генерализованных карт. Такой способ соответствует 1-ому информационному уровню в структуре

геотехнического контроля состояния железных дорог (масштаб 1:1000000) и применим для управления в масштабах отделения железной дороги.

Переход на 2-й информационный уровень (масштаб 1:100000), требует более детальной информации. Однако, отсутствие достаточного количества данных натурных измерений факторов динамики, определяет, в качестве оптимального способа, применение геосистемного подхода и установление корреляционных зависимостей в границах ПТК, опираясь на ландшафтно-индикационный анализ. Каждый выделенный ПТК характеризовался четырьмя группами ландшафтных условий: 1) Литология; 2) Рельеф; 3) Подземные воды; 4) Растительный покров, представленные шкалой, увязанной с 5-балльной экспертной оценкой. Проведенный расчет ранговых коэффициентов корреляции выявил отсутствие корреляции между пораженностью и растительным покровом и наличие её в отношении уклонов поверхности (0,76), глубиной грунтовых вод (0,71) и литологическим составом (0,46).

Вторым этапом анализа оврагообразования является оценка фактической опасности — современное состояние и прогноз развития существующих овражных форм на основе морфологического метода. По комплексу признаков выделены стадии, а по стадиям - активность и параметры роста. Фактическая опасность оврагообразования, кроме скорости роста, определяется предельной длиной оврага. Для расчета максимальной длины оврага (Ь) использована формула Е.Ф.Зориной (1979). Заменяя переменные известными эмпирическими параметрами, получаем соотношения для расчета предельной длины оврагов в основных литологических разностях территории. Учитывая то обстоятельство, что оврагообразование в регионе обусловлено преимущественно весенним паводковым стоком, применяется методику расчета максимального расхода воды весеннего половодья (СНиП 2.01.14-83). При этом расход определяется через площадь водосбора с учетом слоя стока и коэффициента дружности половодья. Заменяя слой стока и коэффициент дружности половодья коэффициентом X, отражающим количество осадков и фильтрационные свойства грунтов и подставляя полученное выражение в формулу расчета предельной длины оврага, получаем предельную длину оврага через параметры площади водосбора и

лестного базиса эрозии, определяемые картографическим методом.

Эмпирический коэффициент X определяется путем решения обратной задачи тутем сопоставления измеренных величин Н (глубина базиса эрозии) и Б площадь водосбора) для стабилизировавшихся оврагов на ключевой площади в тределах распространения лессовидных суглинков.

А, = Ь/50НР0-5 2

При этом получена средняя величина X =0,003, которую можно использовать для местных расчетов потенциальной длины растущего оврага.

Изученные особенности и закономерности развития природных процессов, формы их проявления, факторы динамики, обеспечивают возможность комплексного прогнозно-оценочного картографирования, которое в системе геотехнического контроля состояния ПТС основывается на принципе последовательного приближения и включает иерархический ряд, характеризующий состояние ПТС, и увязанный с организационно-управленческими уровнями, определяющими функционирование железной дороги. Для оценки состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск картографический ряд включает три уровня (Табл.1)

Технологическая схема включает: на информационном уровне отделения дороги - определение потенциальной опасности территории (дифференцированное - по отдельным процессам и интегральное — по комплексу процессов); на уровне дистанции пути - определение фактической опасности (интенсивность и тенденции развития современных процессов), или степень реализации потенциала; на уровне участка пути - определение взаимосвязей процессов с инженерными сооружениями (техно-природные причины и следствия реализации потенциала процессов). В качестве основных инструментов применяются: на первом уровне экспертно-статистические методы (балльное сравнение факторов процессов со статистическим обоснованием весовых характеристик); на втором уровне - экспертно-расчетные методы, на третьем -экспертно-инструментальные методы.

Таблица 1. Структура геотехнического контроля состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск

Уровни геотехнического контроля Основные задачи Содержание работ Методы получения информации Получаемая продукция (цифровые карты) Масштаб

Отделение дорог» Обоснование инвестиций в защитные мероприятия по предотвращению аварийных ситуаций Кадастр природных и природно-техноге иных процессов, оценка их потенциальной опасности КС, наземные инженерно-геологические обследования Оценки геотехнического состояния ПТС (кадастр) 1:100()(К)

Дистанция пути Обоснование рекомендаций по комплексу защитных мероприятий с укрупненным определением их стоимости Оценка динамических параметров природных и природно-техногенных процессов МАФС, АФС. Наземные инженерно- геологические и ландшафтно- экологические обследования оценки устойчивости ПТС (динамика) 1: 25000

Участок пути Обоснование инженерных решений по защите ПТС Оценка условий взаимодействия природных и природно-техногенных процессов с инженерными сооружениями АФС. Наземные топо- гсодсзнческие и инженерно-геологические работы. прогноза критических ситуаций в состоянии ПТС и инженерной защиты (прогноз) 1:2500

Картографирование состояния ПТС определяется её двухкомпонентностью.

С одной стороны, необходимо отразить воздействие природного окружения на инженерные объекты, с другой стороны - воздействие инженерных сооружений на окружающую среду. Для решения этой задачи, данные, полученные в результате дешифрирования, натурных исследований и расчетов, положены в основу для составления серии карт, имеющих единую форму отображения информации, представленную двумя блоками. Первый блок отражает природно-техногенные характеристики территории и представлен в традиционной двумерной манере, а второй выполнен в виде линейной диаграммы вдоль трассы железной дороги. Содержательная часть всех карт опирается на комплексный ландшафтно-геоэкологический подход, позволяющий интегрально анализировать природно-техногенные условия и процессы. Однако, задача оценки состояния ПТС с анализом, в первую очередь, воздействия природно-техногенных процессов, а среди них — овражной эрозии, на инженерные сооружения, определяет предпочтение для экзогеодинамической составляющей в индицируемых свойствах ландшафта. Таким образом, для создания карт применен принцип дифференциации территории по ведущему экзогенному геологическому процессу с переносом акцентов с потенциальной

экзогеодинамичности (1:100000) на современную (фактическую) (1:25000 -1:2500).

В качестве контурной основы карты оценки состояния ПТС выделены

территории, обладающие определенным сочетанием состава приповерхностных горизонтов горных пород и облекающих их форм рельефа (стабилизирующий компонент ландшафта), обеспечивающие потенциальную динамику экзогенных геологических процессов. Реализация природного потенциала определяется состоянием верхних ярусов ландшафта - почвенно-растительного покрова, а при тотальной техногенной нарушенное™ территории -

хозяйственным освоением.

Рис.2 Фрагмент карты-схемы оценки состояния ПТС

На основе анализа карты состояния ПТС выделены относительно опасные и опасные участки ПТС. Критериями выделения явились типовые инженерно-геодинамические ситуации, при которых в первом случае развитие процессов может способствовать критическим ситуациям, а во втором - приводит к ним.

ТИП

| и-э м-м

в-2-!-Э №4

и» м-м

«4-4-1

При составлении карты устойчивости ПТС, территория дифференцирована по реализованному потенциалу каждого из ведущих процессов с оценкой интенсивности протекания процесса по площадным показателям, полученным на основании физиономических ландшафтных признаков, и по дискретным показателям, определенным в результате сравнительного анализа разновременных дистанционных и картографических материалов. Отдельные проявления природно-техногенных процессов отражены специальными знаками. При этом особое внимание уделено развитию овражной эрозии, как процесса, лимитирующего функционирование ПТС. Формы овражной эрозии подразделены по стадиям развития, для растущих оврагов показаны границы регрессивной эрозии на основании расчетных данных по максимальному

линейному приращению с учетом естественных

ограничений в виде зон отсутствия стока.

Укрупнение масштабов и «приближение» к

инженерным сооружениям ПТС изменяет

информационную нагрузку карт от преимущественно природной к природно-техногенной и техногенной.

Рис.3 Фрагмент карты-схемы устойчивости ПТС.

В соответствии с этим принципом, карта прогноза критических ситуаций отражает фактическое и прогнозируемое состояние природных и технических компонентов ПТС в их взаимосвязи. Отличием данной карты от предыдущей является то, что в структуре её легенды находит отражение прогноз возможных критических ситуаций в состоянии ПТС (возможные деформации сооружений и их масштаб) и рекомендации по инженерной защите ПТС с использованием

количественных характеристик (время взозможной деформации,

протяженность деформируемого участка и др.).

Рис.4 Фрагмент карты-схемы прогноза критических ситуаций

Глава 3. Локальная геоинформационная система предупреждения природно-техногенных аварий ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск как элемент структуры многоцелевого космического мониторинга

Специализированная база данных (СБД) локальной геоинформационной системы (ГИС) предупреждения природно-техногенных аварий ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск структурно и тематически взаимосвязана с разрабатываемой межведомственной системой космического многоцелевого мониторинга (СКММ).

Методологической базой системы космического многоцелевого мониторинга является ландшафтно-картографическая основа (ЛКО), как совокупность карт, интегрированных в геоинформационную систему.

Содержание ЛКО определяют дифференцированный (компонентный) и комплексный (синтетический) принципы изучения геосистем: составляющие

структуры ландшафта отражены в аналитических компонентных

картографических моделях территории (картах): 1) геолого-геоморфологического строения; 2) почвенно-растительного покрова; 3) техногенных и природно-техногенных объектов; а интегральная оценка представлена в комплексной синтетической 4) ландшафтной карте (карте ландшафтного строения).

Многоцелевой характер мониторинга и большое количество потенциальных специализированных пользователей СКММ определяет дифференциацию ЛКО на две основных части: унифицированную базовую (регулярно обновляемую) и специализированную (формируемую по мере необходимости). Базовая часть ЛКО

состоит из упомянутых

{ Лидаьфтав-юртехрьфкчкккякиаямлко) мемте»««« мжогажюмг* МРКМТ«*ШГ% |

/ V

I ЛКО; -'•/■

*

| Мюх оцеп «е ей моют фог

— * •>

Ашшгнчеап* карты:

* геапсга-геаморфопогнчвскего строения 1?ТС)

* поче*1и&-р»стмт«1ЫЮго шжрсв« (ПРП)

* техногенные и природно текнагишьк объект са (АПО) Ксмягакки мрг &

* лцимафшсгоогрошкжСЛСЭ

* Ргожшьнм сафияько-эксисматасм раин»*

* Рвдсснапьноб испоаьзшше геапспмескей среды

* Рмщныв>но» испссьз «в ши »*медьньк ресурса*

* Риусснальцие вспсммсвиж* биорвсурссе

* Р&цсспальнаялессозкзсвйнив коееоэшрва

* Ри»1 спальное водешопьзлшие

• Гвотехктескалбюсяасиость и мшпнерны зедмта

территорий к Сэсдзуженкй

* Защиты к разя иг их культурко-исг орнче а: его тспедм

• Запев едньв Террггоргё

выше четырех

картографических моделей. На основе и в сопряжении с базовой частью ЛКО формируется специализированная часть ЛКО в зависимости от конкретных целей и задач космического

мониторинга (Рис5). Рис.5 Структура ЛКО СКММ

ЛКО включает картографические модели регионального (1:10000001:500000): локального (1:200000-1:100000) и детального (1:50000-1:25000) уровней. Структура СКММ определяет место специализированной базы данных и локальной ГИС предупреждения природно-техногенных аварий ж.д. Барнаул-Бийск как составляющей специального блока ЛКО в сопряжении с локальным и детальным информационными уровнями СКММ.

В основу формирования СБД положена реляционная модель. Информация, представляемая в базе, структурирована по тематическим, пространственно-временным и иерархическим признакам и подразделена на четыре группы: 1)

Исходные (архивные) данные; 2) Пространственно-временные

параметры; 3) Тематическое содержание; 4) Моделируемые (оперативные) данные (Рис.6).

ГРУППЫ

Исходны« (архивны») данные

Пространственно-временные

параметры

г

Е

£ £ «

1 1 2 £ О 1= 3 1 ь

I 1 3 К э 1 | 1 3 1 с 1 1 1 3 £ 1 1 ч: | с а

•в- •е- X 3 г

Тематическое содержание

Оби^в содержание

Специальное содержание

Моделируемы« (оперативные) данные

Общие Специальные

иодадм надели

Ё с о. с 1 Е 0 1 I ¡1 1|

а ас а 1 3 ч

Рис.6. Структура базы данных

На основе базы данных формируются картографические модели в виде набора информационных слоев, содержащих графические примитивы и объекты точечного, линейного или площадного характера, к которым приурочена атрибутивная информация о типах и параметрах объектов.

МоделированиеI хряненш^обмавление данных ; 4 Цифровые унифицированные данные . у

Толдоснмв, цифровые издали местность* 1

Расчетные и экспертные модели развития) ооасмьи эсэсненньи щючииипв во кмииплМкгттм с инженерными сооружениями и мероприятиями

Представление данных

I Анализ, формирование оценок и прогнозов

' I Оценка состояния ПТС а условиях | 5

: I техногенной интенсификации I

| ГЮИродных процассоа *

1—1 Оцеша устойчивости ПТС

»««их сигуа1р1и вспстопнм) ПТС 1 решении 00 специально* иккеневном защите < 11С на участия возможных критических ситуации

Карты, г схемы, ' - I таблицы, I | * графики, 1. ■ разрезы,;

цифровые и модели /.,

Управляющие . решения .,.

! Проектированием • строительство специальных - . * сооружений • • г '. инженерной ' -

ЭВ1ДИТЫ •

Мероприятие па обеспечению . экологической : - безопасности

Рис.7 Структура локальной ГИС предупреждения природно-техногенных аварий

Глава 4. Обоснование рациональной инженерной защиты геотехнической системы железной дороги Барнаул-Бийск на участках эрозионной опасности.

Детальное изучение геотехнической обстановки на критических участках показало, что во всех случаях причинами активизации оврагов явились непосредственные воздействия сооружений железной дороги - водопропускных труб и водоотводных канав. Материалы аэрокосмических съемок отчетливо отражают причинно-следственные связи в системе процесс-сооружение и этапы мероприятий по инженерной защите. Стратегия защиты подразумевала использование двух направлений - отвод стока непосредственно от вершины угрожающего вреза и совершенствование водоприемных конструкций в его пределах. В результате работ выяснено, что защитные сооружения оказывали как положительное, так и побочное отрицательное воздействие. При этом все применяемые методы можно свести к двум категориям по целям и последствиям: А - диссипирующие сооружения; Б - перераспределяющие сооружения.

> • растущие овраги

- прсыеино стабшниироианмые оирагм ЩЩ - (лабильные овраги

1 •водопропускная труба

2 - водоотводные канавы

3 - шаершки онрш-оя но каиаинм

4 - водобойный колодец _

5 - быстоиток 7 * "СРСК|М,Т сто*в по ооваловке 8,9- отвершкн ов|1вгоя по обваловко

10 - влдгодлержн паки ций вол

11 - водоотводный ж.б лоток

12 •донные плотны и* щебня

13 • отвертки по прнаерху вала

- быороток б - агвешная обваловка

Рис.8 Схема взаимодействия овражных форм с существующей системой инженерной защиты одного из участков ПТС.

Эффективность сооружений, перераспределяющих водные потоки, снижается за счет того, что, приостанавливая рост одних овражных врезов они стимулируют развитие других. Эффективность устройств, рассеивающих энергию, снижается за счет собственного неустойчивого состояния: кольматации дренирующих грунтов, деформации и разрушения защитных конструкций. Наблюдается прямая зависимость состояния защитного сооружения от объема избыточного стока. Неустойчивость защитных сооружений связана с не устраненной первоначальной причиной оврагообразования под влиянием железной дороги - превышение допустимых величин стока для равновесного состояния в эрозионных системах. Основной причиной разрушения защитных конструкций являются вертикальные деформации, связанные с продолжающимся глубинным врезом оврагов. Используя формулу равновесного продольного профиля (Маккавеев, 1971) и характеристики наибольшей глубины оврага (Зорина,1979), устанавливается необходимая глубина заложения оснований быстротоков и водобойных колодцев для обеспечения устойчивого состояния (с применением эмпирической формулы для расчета предельной длины оврага).

Оврагообразование, угрожающее функционированию железной дороги Барнаул-Бийск представляет собой частный случай взаимодействия опасных природных процессов и инженерных сооружений. Комплексность и иерархичность предложенного подхода обеспечивает объективность оценок, опирающуюся как на установление общих причин и закономерностей опасных процессов, так и конкретных источников опасности. Это в свою очередь, дает возможность обеспечения взаимоувязанных решений на всех уровнях управления геотехнической системой и в целом территориального планирования. Заключение. Представленная работа содержит результаты исследований и разработок автора, направленных на решение научно-практической проблемы предупреждения природно-техногенных аварий при эксплуатации железных дорог в равнинных условиях с интенсивным оврагообразованием. В результате проведенных исследований разработаны: 1) Методика оценки и картографирования геотехнического состояния железных ■ дорог в условиях эрозионной опасности по данным аэрокосмического зондирования - с

использованием материалов аэрокосмического зондирования,

базирующаяся на: а) составлении разномасштабного комплекса карт оценки состояния, динамики и прогноза критических ситуаций с рекомендациями по инженерной защите ПТС; б) оценке потенциальной и фактической природной опасности применительно к разноуровневому геотехническому картографированию; 2) Структура и состав специализированной базы данных локальной ГИС предупреждения аварийных ситуаций в системе управления функционированием железной дороги. Проведены комплексные обследования ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск Алтайского отделения Западно-Сибирской железной дороги, определены опасные участки, проанализированы причинно-следственные связи, выработаны рекомендации по рациональной инженерной защите от овражной опасности и схемы инженерной защиты конкретных участков.

Перспективы использования разработанной методики определяются с одной строны потребностями эффективного управления ПТС, а с другой - включением её как специальной части в СКММ При этом, использование новых технических средств позволит перейти к виртуальным трехмерным динамическим моделям, структурированным на основе представленной тематической интерпретации состояния ПТС.

СПИСОК РАБОТ, опубликованных по теме диссертации: В том числе в периодических изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Шварев C.B. Инженерные аспекты морфоструктурно-неотектонического анализа юга Средней Сибири //География и природные ресурсы, 1992, №2, с. 161-164

2. Шварев C.B. Развитие мерзлотных и карстовых процессов на трассе Усть-Кут - Киренск - Непа // Транспортное строительство, 1993, №4, с.7-10.

3. Шварев C.B. Овраги на трассе Барнаул - Бийск.// Путь и путевое хозяйство, 1994, №1, с. 14-16.

4. Шварев C.B. Оценка потенциальной овражной опасности с использованием рангового корреляционного анализа // География и природные ресурсы, ] 999, №1,с.123-127

5. Шварев C.B. Оценка и картографирование потенциальной экзогеодинамической опасности территории при планировании линейных сооружений (на примере магистрального газопровода в Западной Сибири) - География и природные ресурсы, 2003, №3, с.151-155

6. Ревзон А.Л., Шварев C.B. ГИС-технологии в системе предупреждения аварий на железных дорогах в условиях интенсивной эрозионной опасности // Экология и промышленность России, 2005, №12, с. 27-31

В других изданиях:

7. Носарев A.B., Рогаткина A.B., Шварев C.B. Предложения по унификации картографического обеспечения космического мониторинга зоны геотехнического риска,

экологического влияния и социально- экономического воздействия магистральных железных дорог.//Научно-практическая конференция «Экологическая безопасность транспортных магистралей и ее правовое регулирование», Москва, МИИТ, 3-4 декабря 1996, тезисы докладов, M., МИИТ, 1996, с.5

8. Асмус В.В., Григорьева О.Н., Кровотынцев В.А., Шварев C.B. Космический мониторинг зоны влияния проектируемой железной дороги на севере России: фрагмент ландшафтно-картографической основы.//Второе всероссийское совещание «Аэрокосмические методы и геоинформационные системы в лесоведении и лесном хозяйстве». Москва, Россия, 18-19 ноября 1998 г., тезисы докладов, М., 1998, с.51-56

9. Asmus V.V., Grigorieva O.N., Krovotyntsev V.A., Shvarev S.V. The «Landscape-cartography base» fragment for space monitoring of Oulu-Archangelsk-Komi perspective transportal direction./ZProceeding 27l International Symposium on Remote Sensing of Environment, 8-12 June 1998, Scandic Hotel, Tromso, Norway, 488-491

10. Шварев C.B. Экзогенная геодинамика Енисей-Путоранского региона: картографирование по дистанционным данным и анализ закономерностей.// «Геодинамика и геоэкология», Материалы международной конференции, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 1999, с.408-410

11. Суворов В.Б., Шварев C.B. Комплексный геосистемный принцип и специальное применение космического мониторинга для геотехнических и природоохранных целей // Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения. Материалы международной конференции. - Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2002, с.800-803.

12. Шварев C.B. Рангово-корреляционная оценка потенциальной опасности экзогенных геологических процессов для газопровода Заполярное - Уренгой.// Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения. Материалы международной конференции. - Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2002, с.118-121.

13. Беляев A.B., Галкина Г.С., Глазовский Н.Ф., Дражнюк A.A., Григорьева О.Н., Милехин О.Н., Печенкин И.Г., Рогожин Е.А., Шварев C.B. Перспективы создания ландшафтно-картографической основы (JIKO) системы космического мониторинга северных регионов (СКМ «Север»): основные положения создания, рабочий образец и проект карты-схемы методических объектов ЛКО //Александр фон Гумбольдт и проблемы устойчивого развития Урало-Сибирского региона. Материалы российско-германской конференции, Тюмень, Тобольск, 20-22 сентября 2004 г., Тюмень, 2004, с. 12-13.

14. Асмус В.В., Беляев A.B., Вылеток A.B., Галкина Г.С., Долгих H.A., Конюхов А.П., Лаженцев В.Н., Носарев A.B., Потапова O.A., Спиридонов Э.С., Хованский Б.Н., Шварев C.B. Научно-методические принципы, инновационная технология, пример и первоочередные объекты создания и использования ландшафтно-картографической основы (ЛКО) Единой системы космического мониторинга северных регионов (СКМ «Север») в целях решения актуальных проблем геоэкологической и геотехнической безопасности северных железных дорог. // Пятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов» -Материалы, МИИТ, 18-19 ноября 2004 г., с.40-41

15. Шварев C.B. Принципы и первый опыт создания геолого-геоморфологического каркаса ландшафтно-картографической основы Системы космического мониторинга северных регионов (СКМ «Север») // Вторая Открытая Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 16-18 ноября 2004 г.

16. Shvarev S. Landscape-Cartography Basis for the Polygon "Kenozero" of the Geosystem Satellite Monitoring // PROCEEDINGS of the 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment (ISRSE), 20-24 June 2005, Saint Petersburg

17. Асмус В В., Глазовский Н.Ф., Григорьева ОН., Кровотынцев В.А., Кузнецов О.Л., Носарев A.B., Суворов В.Б., Фролов К.В., Шварев В.В., Шварев C.B. Первые научно-практические результаты ландшафтного подхода к созданию системы космического мониторинга северных регионов (СКМ «Север») // Вопросы обработки и интерпретации данных дистанционного зондирования Земли. СПб, Гидрометеоиздат, 2005, с. 158-165

Подяяоаво ■ печать X0.11.200S. Гаряктура Таймо Формат 00x90/19. Бумага офоетная. Печать офоатяая. Пач. ж. 1,& Тираж 80 ахз. Ваква М2Б7 Цена договорная УПП «Репрография* МНИГАвК,100004, Москва. ГороховскиА пар., 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шварев, Сергей Валентинович

Введение

Глава

Глава

Современный уровень изучения и картографирования состояний природно-технических систем с использованием аэрокосмических технологий (состояние проблемы).

1.1 Природно-технические системы (понятия, методология изучения)

1.2. Безопасность природно-технических систем

1.2.1. Существующие подходы к оценке природных воздействий на устойчивость сооружений

1.2.2. Оценка природной опасности и риска

1.2.3. Оценка устойчивости и инженерная защита сооружений

1.3. Опыт применения аэрокосмических технологий для оценки геотехнического состояния природно-технических систем

1.4. Опыт применения ГИС-технологий для оценки геотехнического состояния природно-технических систем

1.5. GPS-технологии и лазерное сканирование и как перспективные элементы комплекса аэрокосмического зондирования геотехнических систем

1.6. Опыт картографирования геотехнического состояния природно-технических систем с использованием материалов аэрокосмического зондирования

Выводы по главе равнинных железных овражной эрозии с зондирования и ГИС

Методика оценки геотехнического состояния дорог в условиях интенсивного развития применением материалов аэрокосмического технологий

2.1. Аэрокосмические съемки

2.1.1. Применяемые масштабные и спектральные диапазоны

2.1.2. Интерактивный и автоматизированный анализ дшшых аэрокосмического зондирования

2.2. Оценка эрозионной опасности

2.2.1. Оценка потенциальной эрозионной опасности с использованием материалов космических съёмок

2.2.2. Оценка фактической опасности на основе комплексирования наземных исследований и материалов крупномасштабных аэросъёмок

2.3. Картографирование статики и динамики геотехнического состояния природно-технических систем в условиях равнин юга Сибири с развитием овражной эрозии

2.3.1. Методика картографирования

2.3.2. Карта оценки геотехнического состояния природно-технической системы

2.3.3. Карта оценки устойчивости природно-технической системы

2.3.4. Карта прогноза критических ситуаций в состоянии природно-технической системы и инженерной защиты

Выводы по главе

Глава 3. Локальная геоинформационная система предупреждения природно- 105 техногенных аварий природно-технической системы дистанции пути Барнаул-Бийск как элемент структуры многоцелевого космического мониторинга

3.1. Структура системы многоцелевого космического мониторинга

3.2. Технологические принципы формирования базы данных

3.3. Формирование локальной ГИС 11 б Выводы по главе

Глава 4. Обоснование рациональной инженерной защиты природно-технической 121 системы железной дороги Барнаул-Бийск на участках эрозионной опасности

4.1. Анализ функционирования действующей системы инженерной 121 защиты

4.2. Рекомендации по совершенствованию инженерной защиты 126 В ыводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием аэрокосмического зондирования"

Актуальность. Развитие транспортной инфраструктуры России играет важную роль для ее устойчивого развития и органичного вхождения в международную систему хозяйства. Увеличенная нагрузка на существующие железнодорожные линии и строительство новых магистралей для обеспечения транзитных перевозок и потребностей освоения отдаленных регионов существенно повышает геоэкологический и геотехнический риск, связанный с системным взаимодействием техногенных и природных факторов. Надежность работы инженерных коммуникаций во многом зависит от своевременной и достоверной оценки пространственно-временных параметров природно-техногепных условий и процессов, как современных, так и потенциальных. В то же время геоинформационная обеспеченность всех уровней управления природно-техническими системами - от регионального до локального, в настоящий момент недостаточна. Это связано с тем, что несмотря на достаточно развитые теоретические основы природно-технического, геосистемного подходов, практически они чаще всего реализуются при строительстве новых сооружений для обоснования их рационального размещения, применения специальных конструктивных решений, оценке воздействия на окружающую среду. Эксплуатация инженерного сооружения осуществляется за редким исключением, как технического объекта, а комплексные оценки или природно-техногенный мониторинг производятся в условиях очевидных угроз или наносимого ущерба природной среде или сооружениям. Такая обстановка особенно ярко проявляется для инженерных сооружений, возведенных 50-100 лет назад. С одной стороны, нормы проектирования и нагрузок, средства получения информации и её качество значительно отличались от современных, а с другой стороны - природно-техногенные условия, в которых функционирует сооружение, также изменились кардинально. Возникают критические ситуации, последствия которых и ликвидация ущерба от них имеют экстремальный характер и неоправданно большую стоимость, чего можно было бы избежать при своевременной оценке системных взаимодействий природной и техногенной составляющих.

Наиболее рациональным, экономически эффективным способом получения информации является аэрокосмическое зондирование, а её анализа и представления -специализированная геоинформационная система. При этом необходим регулярный мониторинг природно-техногенных условий на разных уровнях обобщения данных и их представления для управляющих органов разного ранга. В соответствии с современными представлениями о природно-технических системах исследования взаимодействия природных факторов и инженерных сооружений на всех стадиях их создания и эксплуатации должно обеспечиваться путем сочетания геоэкологического и геотехнического анализов, данные которых формируют информационную основу для разработки мероприятий по экологической и технической безопасности природы и общества и рационализацию природопользования.

В целях охраны окружающей среды и рационального природопользования Российской академией наук совместно с Роскосмосом, Роскартографией, Росгидрометом разрабатывается система многоцелевого космического мониторинга, опирающаяся на геосистемный (ландшафтный) подход и многоярусное картографическое моделирование, отражающее природно-техногенные условия территории России. Одним из специальных применений этой системы является геотехническая безопасность и инженерная защита территорий и сооружений. Представляется весьма актуальной задача разработки геоинформационного обеспечения с оценкой состояния и динамики ПТС, прогнозом критических ситуаций и рекомендациями по инженерной защите транспортных сооружений как составной части системы комплексного мониторинга. При этом информационные потоки на разных иерархических уровнях должны соответствовать уровням технического управления.

Другой аспект состоит в том, что, несмотря на достаточно развитые методы и принципы оценки овражной эрозии, последней, в комплексе опасных природных процессов, не уделяется должного внимания как разрушительному процессу, развитие которого может привести к аварийным ситуациям при эксплуатации инженерных сооружений. Такая ситуация фиксируется действующими нормативными документами по инженерным изысканиям в строительстве и проектированию инженерной защиты. Однако, распространенность овражной эрозии и обусловленность её активизации, во многом, нерациональным техногенезом, обусловливает её достаточно важное место в ряду опасных природных процессов. В связи с этим, возникает актуальная необходимость анализа причинно-следственных связей инженерных сооружений и оврагообразования в типичных для России равнинных условиях применительно к транспортной ПТС.

Цель и задачи исследований

Основной целью диссертации является разработка методики оценки состояния железнодорожной природно-технической системы в условиях эрозионной опасности с использованием материалов аэрокосмического зондирования.

Задачами, вытекающими из основной цели, являются: определение общей структуры оценки и картографического отображения состояния ПТС; разработка методов оценки овражной опасности, применительно к оценке состояния ПТС; разработка структуры и содержания базы данных и специализированной геоинформационной системы; оценка состояния, динамики ПТС, прогноз устойчивости и выработка рекомендаций по инженерной защите ПТС от угрозы оврагообразования с использованием разработанных методов и картографических моделей.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования является природно-техническая система дистанции пути Барнаул-Бийск Алтайского отделения Западно-Сибирской железной дороги.

Предметом исследования является разработка методики оценки состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск в условиях интенсивного оврагообразования.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели исследования применены следующие методы:

1. Анализ и обобщение производственных материалов и научно-технической литературы по теории и практике аэрокосмического зондирования, ландшафтного, геоэкологического, геотехнического картографирования , оценке природной опасности и риска, структуре и функционировании ПТС, устойчивости и инженерной защите сооружений, геоинформационным технологиям.

2. Сбор, обработка и анализ данных аэрокосмического зондирования, в том числе фото- и сканерных космических изображений, многозональных и топографических крупномасштабных аэрофотоснимков с применением методов визуального и автоматизированного дешифрирования и ретроспективной оценки;

3. Проведение наземных обследований состояния ПТС и обработка их результатов;

4. Экспертно-статистический анализ факторов оврагообразования, эмпирические расчеты пространственных и динамических параметров эрозионных форм для оценки потенциальной и фактической опасности;

5. Картографическое моделирование состояния, динамики ПТС и прогноза её устойчивости с разработкой принципов и схем инженерной защиты.

Ыаучная новизна исследований

Научная новизна исследований состоит в разработке комплексной методики оценки состояния ПТС дистанции пути железной дороги в условиях интенсивного оврагообразования в сопряжении со структурой и методами космического многоцелевого мониторинга с применением геоинформационных технологий и специальных технологических решений. В том числе:

1. Разработана структура и содержание картографического обеспечения оценки геотехнического состояния ПТС в условиях интенсивного оврагообразования равнинного Алтая;

2. Разработана структура и содержание базы данных и специализированной ГИС предупреждения природно-техногенных аварий;

3. Разработана методика оценки опасности оврагообразования на базе экспертно-статистических оценок;

4. Выполнена комплексная оценка состояния ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск и разработаны рекомендации и схемы инженерной защиты от угрозы оврагообразования.

Практическое значение работы

Практическое значение работы определяется тем, что разработанные в ней методы, подходы, практические решения могут быть использованы при оценке состояния ПТС в условиях интенсивного оврагообразования и проектировании инженерной защиты, а также для создания локальных систем природно-техногенного мониторинга, структурно сопряженных с космическим многоцелевым мониторингом России.

Апробация работы

Результаты проведенных исследований по проблемам геоэкологической и геотехнической опасности, картографированию состояния ПТС, геоинформационного обеспечения многоцелевого космического мониторинга докладывались и обсуждались на ряде научных и научно-практических конференций и совещаний всероссийского межгосударственного и международного уровня: Всесоюзное совещание «Новые методы и технологии в геоморфологии для решения геоэкологических задач» (XXI Пленум

Геоморфологической Комиссии АН СССР), Ленинград, 26-28 февраля 1991 г.; Расширенное заседание Научного совета по криологии Земли РАН, 20-24 апреля 1993 г.; «Геоморфологический риск» (Иркутский геоморфологический семинар, вторые научные чтения памяти Н.А.Флоренсова), Иркутск, 16-19 ноября 1993 г.; Научно-практическая конференция «Экологическая безопасность транспортных магистралей и ее правовое регулирование», Москва, МИИТ, 3-4 декабря 1996; Второе всероссийское совещание «Аэрокосмические методы и геоинформационпые системы в лесоведении и лесном хозяйстве». Москва, Россия, 18-19 ноября 1998 г.; 27th International Symposium on Remote Sensing of Environment, 8-12 June 1998; «Геодинамика и геоэкология», Международная конференция, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 1999; Межгосударственное совещание XXV пленума Геоморфологической комиссии РАН Белгород, 18-22 сентября 2000 г.; «Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения» Международная конференция, Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2002; «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов" -Материалы научно-технической конференции, Москва, МИИТ, 7-9 октября 2003 г.; Александр фон Гумбольдт и проблемы устойчивого развития Урало-Сибирского региона. Материалы российско-германской конференции - Тюмень, Тобольск, 20-22 сентября 2004 г.; Пятая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов» -Материалы, МИИТ, 18-19 ноября 2004 г.; Вторая Открытая Всероссийская конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 16-18 ноября 2004 г.; 31st International Symposium on Remote Sensing of Environment (ISRSE), 20-24 June 2005, Saint Petersburg.

Внедрение

Результаты работ соискателя по теме диссертации внедрены в практике работ Новосибирского научно-исследовательского института транспортного строительства (ЗАО СибЦНИИС), выполнившего по заказу Управления Западно-Сибирской железной дороги комплекс работ по инженерной защите железнодорожных сооружений по линии Барнаул-Бийск.

Результаты исследований по теме диссертации использованы также при разработке проектной документации строительства железной дороги «Карпогоры-Вендинга» ОАО «Белкомур» (проект транспортного коридора «Белое море-Коми-Урал»).

На защиту выносятся следующие научные результаты

1. Методика оценки состояния природно-технической системы железной дороги в условиях интенсивного оврагообразования с использованием данных аэрокосмического зондирования;

2. Способ оценки потенциальной опасности природных процессов с использованием экспертного анализа факторов со статистическим обоснованием на основе рангового коэффициента корреляции;

3. Структура и содержание базы данных локальной геоинформационной системы предупреждения аварий ПТС в равнинных условиях с активным оврагообразованием как блока космического многоцелевого мониторинга.

Публикации

По результатам исследований опубликовано 17 печатных работ

Структура и объем работы

Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение, список используемой литературы и картографическое приложение. Основной текст изложен на 146 страницах машинописного текста, включая 25 таблиц, 32 рисунка. Список литературы включает 191 наименование. К диссертации прилагается справка о внедрении результатов исследований в ЗАО СибЦНИИС.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Шварев, Сергей Валентинович

Выводы по главе 4:

1. Неэффективность действующих защитных сооружений связана с отсутствием системного подхода при изучении причинно-следственных взаимосвязей в геотехнической составляющей ПТС, в частности, недостаточным учетом: а) естественных закономерностей развития оврагов; б) парагенетических взаимосвязей динамических процессов; в) прямых и косвенных воздействий инженерных сооружений на природные процессы

2. Системный подход к организации инженерной защиты должен учитывать: а) иерархические взаимосвязи природных и технических компонентов ПТС; б) компенсацию негативных тенденций в развитии процессов на основе комплексирования энергопоглощающих и энергоперераспределяющих защитных сооружений для установления динамического вещественно-энергетического баланса

3. Рациональное управление инженерной защитой определяется своевременным получением информации о параметрах системных взаимосвязей на всех иерархических уровнях природной и технической организации, что без использования данных аэрокосмического зондирования и применения ГИС-технологий неэффективно

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование показало, что достаточно высокий уровень современных научно-практических разработок в области изучения состояния природно-технических систем, в том числе геотехнической направленности, с применением данных многоспектрального аэрокосмического зондирования, в условиях развития опасных природных процессов, остается недостаточно научно проработанным ряд вопросов, имеющих актуальное значение с позиции обеспечения комплексной безопасности ПТС, в том числе: 1) отсутствие должного внимания в комплексе опасных природных процессов, активное развитие которых создает угрозу устойчивости инженерных сооружений, к овражной опасности, способной в определенных условиях создавать аварийные ситуации; 2) недоучет опасности эрозионных процессов для давно эксплуатируемых линейных сооружений, построенных при недостаточном учете особенностей естественного стока и его изменения на застраиваемых территориях в результате как нерационального строительства самого сооружения, так и изменений природно-техногенных условий окружающей территории; 3) отсутствие комплексной методики оценки геотехнического состояния железных дорог с использованием данных дистанционного зондирования и ГИС-технологий, применительно к эрозионной опасности.

Эти вопросы имеют большое значение для оперативного эффективного анализа состояния ПТС и обеспечения необходимой информационной базы для проектирования инженерной защиты линейных сооружений от угрозы оврагообразования.

В результате проведенных исследований разработана методика картографирования геотехнического состояния железных дорог в условиях эрозионной опасности с использованием материалов аэрокосмического зондирования. В том числе:

1. Разработана структура и состав картографических моделей для оценки состояния, динамики и прогноза критических ситуаций с рекомендациями по инженерной защите ПТС дистанции пути на основе материалов аэрокосмического зондирования;

2. Разработана методика оценки потенциальной и фактической овражной опасности применительно к разноуровневому геотехническому картографированию;

3. Разработана структура и состав базы данных и локальной геоинформационной системы предупреждения аварийных ситуаций для иерархических уровней управления ПТС;

4. Проведены комплексные обследования ПТС дистанции пути Барнаул-Бийск Алтайского отделения Западно-Сибирской железной дороги, определены опасные участки, проанализированы причинно-следственные связи, выработаны рекомендации по рациональной инженерной защите сооружений от овражной опасности и схемы инженерной защиты конкретных участков.

Полученные результаты демонстрируют эффективность комплексного использования материалов аэрокосмического зондирования для оценки геотехнического состояния ПТС на всех уровнях управления. Перспективы использования разработанной методики определяются, с одной стороны, включением её как составной специальной части системы космического многоцелевого мониторинга, а с другой стороны - использованием в комплексе аэрокосмического зондирования новых средств, таких как лазерная локация и методов автоматизированной обработки традиционных дистанционных материалов. Все это позволит перейти к виртуальным трехмерным динамическим моделям, иерархически и периодически структурированным на основе представленной тематической интерпретации состояния ПТС.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шварев, Сергей Валентинович, Москва

1. Адаменко О.М. Предалтайская впадина и проблемы формирования предгорных опусканий. Новосибирск, Наука, 1976

2. Адаменко О.М., Адаменко Р.С. Метод изодеф и голоценовая тектоника степного Алтая // Структурно-геоморфологические исследования в Сибири и на Дальнем Востоке. М.: Наука, 1975.

3. Аэрокосмическое изучение современных и новейших тектонических процессов. М„ Наука, 1988,133 с.

4. Аэроландшафтно-индикационные методы при региональных инженерно-геологических исследованиях (под ред. С.В.Викторова и А.В.Садова) М., Недра, 1981,203 с.

5. Баррет Э., Куртис Л. Введение в космическое землеведение.М., Прогресс, 1979, 366 с.

6. Бахирева Л.В., Осипов В.И., Кофф Г.Л. Геологический и геохимический риск как критерий геоэкологического нормирования территорий // История взаимодействия общества и природы: факты и концепции. Тез.докл.,ч,1, М., 1990, 129-131

7. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. М., 1997,64 с.

8. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. М., Недра, 1982, 256 с.

9. Брюханов А.В., Господинов Г.В., Книжников Ю.Ф. Аэрокосмические методы в географических исследованиях. М., МГУ, 1982

10. Валях В.М. Аэрофотографические и сканерные аэрометоды при инженерно-геологических исследованиях. М., Недра, 1982,261 с.

11. Вассоевич Н. В., Кузнецова Н. Г., Наговицына О. И. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена (Справочное руководство). М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980

12. Верещака Т.В., Зверев А.Т., Сладкопевцев С.А., Судакова С.С. Визуальные методы дешифрирования. М., Недра, 1990,341 с.

13. Вернадский В.И. Размышления натуралиста: научная мысль как планетное явление. М., 1977

14. Викторов А.С. Рисунок ландшафта. М., Мысль, 1986, 179 с.

15. Викторов А.С. Математические модели ландшафтных рисунков // Изв. РГО, т. 124, вып. 1, 1992, с.75-82

16. Викторов С.В. Использование индикационных географических исследований и инженерной геологии. М., Недра, 1966, 120 с.

17. Виноградов Б.В. Преобразованная Земля. М., Мысль, 1981, 295 с.

18. Винокуров Ю.И. Ландшафтные индикаторы инженерно- и гидрогеологических условий Предалтайских равнин. Новосибирск, Наука, 1980

19. Ворожейкин А.П. Инженерно-географическое картографирование на основе материалов космической фотосъемки // Сб.науч.тр.Гос.н.-и.и пр.центра «Природа», 1983, №5, с.105-116

20. Гарагуля Л.С., Гордеева Г.И., Хрусталев Л.Н. Оценка геоэкологического состояния природно-технических систем в криолитозоне//Геоэкология, 1997, №4, с.40-53

21. Географические и инженерно-геологические условия Степного Алтая. Новосибирск, Наука, 1988

22. Герасимов И.П. Преобразование природы и развитие географической науки в СССР. М., ,1967

23. Герсеванов Н.М., Польшин Д.Е. Теоретические основы механики грунтов и их практические применения. М., 1948

24. Глаголев А.В. Библиографический указатель опубликованных работ по применению аэрометодов на транспортных изысканиях с 1897 по 1967 г. Л., 1968, 45 с.

25. Гольдштейн М.Н. Структурно-геологические факторы устойчивости откосов (памяти проф. Н.Н.Маслова) // Устойчивость геотехнических сооружений на ж.д. транспорте. Днепропетровск, ДИИТ, 1989, с.4-8

26. Государственная научно-техническая программа «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных и техногенных катастроф (ГНТП «Безопасность»)» М., ВИНИТИ, т.1, 1993, 154 с.

27. Гречищев Е.К., Морозов Л.А., Шахин В.М. 50 лет научной деятельности ЦНИИСа в области морской берегозащиты. Тр.ЦНИИС, юбилейный выпуск. М., ЦНИИС, 1995, с. 86-93

28. Григорьев А.А. Космическая индикация ландшафтов Земли. Л., ЛГУ, 1975

29. Гудилин И.С., Комаров И.С. Применение аэрометодов при региональных инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях. М., Недра, 1978, 320 с.

30. Гудилин И.С., Шварев В.В. Ландшафтно-картографический подход к формированию единой системы многоцелевого космического мониторинга // Труды XI съезда РГО, СПб,2000, т.З, с. 189-190

31. Гунин П.Д., Востокова Е.А. и др. Современное состояние экосистем МНР. Принципы оценки и картографирования. // Совр. методы эколого-географических исследований: М-лы к 9 съезду Геогр. о-ва СССР, Казань, 1990, Л., 1990, с. 118-128

32. Демин А.Г. Овраги Бие-Чумышской возвышенности // Методы прикладной и региональной физической географии. М., МГУ, 1973

33. Демин А.Г., Марков Ю.А., Парамзин А.Н. Динамика эрозионного рельефа Алтайского региона // Эрозиоведение: теория, эксперимент, практика. М., 1991.

34. Дзекцер ЕС. Геологическая опасность и риск (методологические исследования) -Инж. геология,1992, №6,3-10

35. Долгушин И.Ю. Индустриальные геотехнические системы // Взаимодействие хозяйства и природы в городских и промышленных геотехсистемах. М.: ИГ АН СССР, 1982.-С. 100-106.

36. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1979.

37. Дьяконов К.Н. Становление концепции геотехнической системы // Вопросы географии. Т. 108. - М.: Мысль, 1978. - С. 54-63.

38. Епишин В.К., Трофимов В.Т. Особенности взаимодействия геологической среды и инженерных сооружений // Теоретические основы инженерной геологии. Социально-экономические аспекты / Под ред. Акад.Е.М.Сергеева. М., Недра, 1985, С.32-36

39. Журкин Л.Г., Цветков В.Я. Геоинформационное моделирование в ГИС при обработке данных дистанционного зондирования // Иссл. Земли из космоса, 1998, №6, с.66-72

40. Заславский МД Эрозия почв. М., Мысль, 1979,248 с.

41. Заславский М. Н. Эрозиоведение. М., 1983

42. Зеегофер О.О., Тютюнова Ф.И. Техногенные подсистемы гидролитосферы: Проблемы управления. М.: Наука, 1990. - 128 с.

43. Зорина Е.Ф. Прогноз и расчетная оценка овражной эрозии // Эрозионные процессы. (Географическая наука практике). М., Мысль, 1984, с. 132-139

44. Зорина Е.Ф. Расчетные методы определения потенциала овражной эрозии // Эрозия почв и русловые процессы. Вып.7, М., МГУ, 1979, с.81-89

45. Зорина Е.Ф. и др. Расчетные показатели опасности овражной эрозии.// Эрозия почв и русловые процессы, 1983, выл.9, М., МГУ, с.75-84

46. Зорина Е.Ф. и др. Количественные характеристики интенсивности роста оврагов //Геоморфология, 1991,№1, 65-71

47. Зятькова JI.K. Структурная геоморфология Западной Сибири. Новосибирск, Наука, 1979, 200 с.

48. Ивонин В.М. Инженерно-геологическая классификация оврагов. // Изв Сев-Кавк. Научного центра высшей школы Естественных наук, 1990, №2, с. 12-18

49. Изучение физико-геологических процессов на побережьях и берегах водохранилищ по аэроснимкам (методическое пособие) / Баранова А.И., Зубенко Ф.С., Кудрявцева Е.Н. и др. JL, Наука, 1967, 238 с.

50. Инженерно-геологическое дешифрирование аэроснимков при изысканиях железных дорог. Методич. указания по изысканиям и проектированию (Ленгипротранс). Л., 1974,30 с.

51. Исаченко Г.А. Ландшафтно-динамическое картографирование настоящее и будущее. //Изв.РГО, вып.З,том 126,1994,1-12

52. Исаченко Г.А. Отечественное экологическое картографирование: первые итоги // ИзвРГО, 1992,124, №5, с.418-427

53. Исаченко А.Г. Широтная зональность и механизмы устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействиям.//Изв.РГО, 1997, т.129, вып.З, с.15-21

54. Использование аэрофотоснимков в полевых трассировочных партиях. М., Трансжелдориздат, 1955, 133 с.

55. Использование материалов космических съемок при региональных геологических исследованиях (Методич. рекомендации) М., Мингео СССР, 1985

56. Камышев А.П. Анализ устойчивости природно-технических систем севера Западной Сибири//Геоэкология, 2000, №2, с.116-126

57. Камышев А.П. Методы и технологии мониторинга природно-технических систем Севера Западной Сибири / Под ред. А.Л.Ревзона. М., ВНИПИГАЗДОБЫЧА, 1999, 230 с.

58. Карпушин Н.М. и др. Оценка антропогенного воздействия на природно-территориальные комплексы в промышленно развитых регионах // География и природные ресурсы, 1990, №4, с.35-41

59. Киенко Ю.П. Введение в космическое природоведение и картографироваие. М., Картгеоцентр Геодезиздат, 1994,212 с.

60. Королев В.А., Николаева С.К. Геоэкологическая оценка зон влияния инженерных сооружений на геологическую среду // Геоэкология, 1994, №5, с.25-37

61. Косов Б.Ф., Любимов Б.П. Оценка факторов овражной эрозии // Эрозионные процессы. (Географическая наука практике). М., Мысль, 1984, с. 126-132

62. Кофф Г.Л., Карагодина М.В. Методика геоэкологического картирования для обоснования природоохранных мероприятий // Соверш.методов управления соц. природопольз. 2 Всес. Конф. 13-16 мая 1986, т.2, Тез.докл. М., 1986, с.220-222

63. Крюков А.С. Овражная эрозия на территории Бие-Чумышской возвышенности // Уч. зал. Горно-Алтайского пед. ин-та. Горно-Алтайск, 1958. - Вып. 3, т. 2.

64. Куликова З.В., Котлов В.Ф. Геоинформационное обеспечение карт оценки опасности геологических процессов.// Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха: Тез.докл.на межгос.науч.конф. Пермь, май, 1993, ч.2, Пермь, 1992,252-254

65. Куницын Л.Ф. Освоение Западной Сибири и проблема взаимодействия природных комплексов и технических систем // Изв.АН СССР. Сер.геогр., 1970, №1, с.41

66. Куценко Н.В. Управление эрозионно-аккумулятивными процессами с помощью флювиальных геоморфотехнических систем // Современные направления географических исследований: ХГУ, Харьков, 1991, с. 84-94

67. Кучай В.К. и др. Вероятностный геологический прогноз по косвенным изображениям. М., Недра, 1986,207 с.

68. Кюнтцель В.В. и др. Эндогеодинамические факторы, влияющие на развитие экзогенных геологических процессов и технология их изучения // Проблемы инженерной геологии. М., Недра, 1991, С.93-100.

69. Лисенков А.Б. Эколого-гидрогеологическое картирование с использованием факторного анализа (на примере Ташаузского региона Туркменистана).// Геоэкология, №6,1993,100-103

70. Лихачёва Э.А., Тимофеев Д.А. Экологическая геоморфология. Словарь-справочник. М., Медиа-Пресс, 2004, 240 с.

71. Лопатин Г.Б. Наносы рек СССР, М., 1952

72. Лукина Н.В. О скоростях эрозии в низовьях р.Бии // Современные геоморфологические процессы на территории Алтайского края. Тез.докл. к конф., Бийск. 1984

73. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М., 1955, 247 с.

74. Маккавеев Н.И. Сток и русловые процессы. Вып.6., М., МГУ, 1971

75. Маккавеев Н.И., Чалов Р. С. Русловые процессы. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986

76. Маккавеев Н.И., Чалов Р.С. О развитии рельефа поверхности речных террас и признаки глубинной эрозии на примере Верхней Оби// ИЗБ. АН СССР. Сер. геогр. 1964. - N4.

77. Малолетко A.M. Сейсмообусловленный лессовый карст Приобского плато // Современные геоморфологические процессы на территории Алтайского края. Тез.докл. к конф., Бийск. 1984

78. Медведев Е.М., Григорьев А.В., С лазерным сканированием на вечные времена //Геопрофи, 2003,№ 1, с. 5-10

79. Медведев Е.М., Мельников С.Р., Картографирование в режиме реального времени? С лазерным сканированием это возможно уже сегодня! // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации», 2002, № 4(36), с.49-51.

80. Мельников Е.С., Москаленко Н.Г., Сташенко А.И. Крупно- и среднемасштабные карты реакции геологической среды криолитозоны на механические нарушения. // Геоэкологические исследования при инж.-геол.съемках. М., 1992,4-51

81. Мельников Е.С. и др. Ландшафтные индикаторы инженерно-геокриологических условий Севера Западной Сибири и их дешифровочные признаки. М., Недра, 1974, 132 с.

82. Можаев Б.Н., Жученко А.Г. Геоиндикационный метод дешифрирования аэро- и космических снимков состояние и перспективы // Сов.геология, 1984, №8, с.60-65

83. Мусохранов В.Е. Повышение продуктивности склоновых земель. Барнаул, 1979

84. Мухина Л.И., Толстихин О.Н. Природа и научно-техническая революция. М., Недра, 1985

85. Мягков С.М. Относительная вероятность возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории бывшего СССР // Пробл.безопасн. при ЧС. ВИНИТИ, 1992, №9, с. 12-16

86. Никитенко Ф.А. Лессовые породы Приобья. Новосибирск, 1963

87. БАНоваковский, Ю.Г.Симонов, Н.И.Тульская Использование геоинформационных технологий при эколого-геоморфологическом картографировании//Геоинформатика, 2003, №4, с.3-12.

88. Орлов А.Д. Водная эрозия почв Новосибирского Приобья. Новосибирск, Наука, 1971

89. Орлов А.Д. Поверхностный сток талых вод и смыв почв в лесостепной зоне Западной Сибири // Эродированные почвы Сибири и пути повышения их производительности. Наука, Новосибирск, 1977, с.23-49

90. Орлов А.Д. и др. Эрозия и диагностика эродированных, почв Сибири. Новосибирск, Наука, 1988, 118с.

91. Орлов А.Д. Эрозия и эрозиоиио-опасные земли Западной Сибири. Новосибирск, Наука, 1983

92. Основы использования и охраны почв Западной Сибири. Новосибирск, Наука,1989

93. Остроумов В.М. Овражная эрозия и процессы ее естественного затухания на территории Бие-Чумышской лесостепи // Изв. Алтай, филиала ГО СССР. -Горно-Алтайск, 1963. Вып. 3.

94. Ю1.Переселенков Г.С. и др. Железные дороги в долинах рек. М., Транспорт, 1991, 344 с.

95. Ю2.Перетрухин Н.А. Инженерные методы прогноза. // Исследование устойчивости земляного полотна железных дорог в районах вечной мерзлоты. М., ЦНИИС, 1987, с.4-13

96. ЮЗ.Перетрухин Н.А., Потатуева Т.В. Взаимодействие земляного полотна и вечномерзлых грунтов. Томск, ТомГУ, 1987, 160 с.

97. Пешков В.М. Некоторые проблемы защиты и стабилизации береговой зоны восточной части Черного моря // Изв.ВГО, 1983, 115, №4, с.300-310

98. Поздняков А.В., Черванев И.Г. Самоорганизация в развитии рельефа. М., Наука,1990

99. Поляков Б.В. Гидрология бассейна реки Дона. Ростов-на-Дону, 1930

100. Применение аэрометодов при инженерно-геологических изысканиях железных дорог (Сб.статей) Тр.ЦНИИС, вып. 13, М., Транспорт, 1964, 97 с.

101. Природа, техника, геотехнические системы / Ред. В.С.Преображенский; АН СССР. Ин-т географии.-М.: Наука, 1978.-151с

102. Ю9.Путилин А.Ф. Динамика роста склоновых оврагов на Бие-Чумышской возвышенности // Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях. М., МГУ, 1987

103. ПО.Путилии А.Ф. Оврагообразование на юго-востоке Западной Сибири. -Новосибирск: Наука, 1988.

104. Ш.Рагозин A.J1. Оценка и картографирование опасности и риска от природных и техноприродных процессов (история и методология) // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып.З, М., ВИНИТИ, 1993, с.16-42

105. Рагозин A.J1. Теория и практика оценки геологических рисков. Дисс.в виде научного доклада на соискание уч.степ.д.г.-м.н. М., 1997

106. ПЗ.Ревзон А.Л. Аэрокосмические исследования в строительстве // Природа, 1989, №10, с. 5 7-64

107. Ревзон A.J1. Картографирование состояний геотехнических систем. М., Недра, 1992, 223 С.

108. Ревзон A.J1. Космическая фотосъемка в транспортном строительстве. М., Транспорт, 1993, 272 с.

109. Пб.Ревзон А.Л. Опасные природные процессы и строительство (взгляд с орбиты) // Экология и промышленность России, 1997, Март, с.21-26

110. Ревзон А.Л., Камышев А.П. Природа и сооружения в критических ситуациях. Дистанционный анализ. М., Триада, 2001,208 с.

111. Ш.Ревзон А.Л., Толстых Е.А. Аэрокосмический контроль состояния транспортных геотехнических систем// Инженерная геология, 1990, №3, с.95-103

112. Рекомендации по составлению оценочных мерзлотно-инженерно-геологических карт по материалам аэрокосмической фотосъемки. М., ВНИИ транспортного строительства, 1989, 54 с.

113. Розанов Л.Л. Теоретические основы геотехноморфологии. М., ИГ АН СССР, 1990, 189 с.

114. Саваренский Ф.П. Инженерная геология. М.-Л., ГОНТИ, 1937, 488 с.

115. Савиных В.П. Визуально-инструментальные исследования Землм с пилотируемого космического комплекса. М., Недра, 1991, 109 с.

116. Савиных В.П., Малинников В.А., Сладкопевцев С.А., Цыпина Э.М. География из космоса. МГУГиК, М., 2000,224 с.

117. Садов А.В. Аэрометоды изучения селей. М., Недра, 1972, 127 с.

118. Садов А.В. Изучение экзогенных процессов аэроландшафтными методами. М., Недра, 1978

119. Садов А.В. Аэрокосмические методы в инженерной геодинамике. М., Недра. 1988, 160 с.

120. Садов А.В., Бурлешин М.И., Викторов А.С. Аэрокосмические методы поисков подземных вод. М., Недра, 1985,144 с.

121. Садов А.В., Ревзон А.Л. Аэрокосмические методы в гидрогеологиии и инженерной геологии. М., Недра, 1979,223 с.

122. Садов А.В., Ревзон А.Л., Чалидзе Ф.Н. Изучение экзогенных процессов в районах крупных водохранилищ аэроландшафтным методом. М., Недра, 1976, 45 с.

123. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М., Наука, 1987,100 с.

124. Салтыкова Н.И. и др. Воздушная съемка на железнодорожных изысканиях. МЛ., Гострансиздат, 1932,88 с.

125. Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика их взаимодействие. М., МГУ, 1990,159 с.

126. Сладкопевцев С.А. Изучение и картографирование рельефа с использованием аэрокосмической информации. М.: Недра, 1982.

127. СНиП 22-01-95. Геофизика опасных природных воздействий. Минстрой России, ГПЦПП, 1996,8 с.

128. СНиП 2.01.09-91. Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах. М., Госстрой СССР, 1991

129. СНиП 2.06.15-85 Инженерная защита территории от затопления и подтопления М., Госстрой СССР, 1986

130. СНиП 2.01.15-90. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования. М., Госстрой России, ГУП ЦПП, 1997

131. НО.СниП 22-02-2003. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. М., Госстрой России, 2004

132. СНиП 1.02.07-87 Инженерные изыскания для строительства. М., ЦИТП Госстроя СССР, 1987,104 с.

133. СНиП П-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М., Минстрой России, ПНИИИС, 1997, 45 с.

134. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. М., Госстрой СССР, 1986

135. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. Государственный строительный комитет СССР, Москва 1984

136. СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Государственный строительный комитет СССР, Москва 1990

137. СНиП II-7-81. Строительство в сейсмических районах. М., Госстрой СССР, 1982

138. СНиП 2.01.14-83 Определение расчетных гидрологических характеристик. М., Стройиздат, 1985

139. Сокольников Ю.Н. Инженерная морфодинамика берегов и ее приложения. Киев, Наукова Нумка, 1976, 227 с.

140. Суворов В.Б. Прогнозирование очагов землетрясений с использованием аэрокосмической информации для обоснования проектирования транспортных сооружений // Аэрокосмические методы инженерных изысканий в транспортном строительстве. М., ЦНИИС, 1990, с.36-47

141. Терцаги К. Теория механики грунтов. Пер. с нем. М., 1961

142. Тикунов B.C. Картография и геоинформатика: общность корней и путей развития // Геоинформационное картографирование. М., МЦ РГО, 1993, с.38-46

143. Толмачев В.В. Вероятностный подход при оценке устойчивости закарстованных территорий и проектировании противокарстовых мероприятий // Инж.геология, 1980, №3, 98-107

144. Трофимов В.Т., Герасимова А.С., Красилова Н.С. Устойчивость геологической среды и факторы, её определяющие // Геоэкология, 1994, с. 18-28

145. Уваров В.М. Эрозия почв и агротехнические меры борьбы с ней на Бие-Чумышской возвышенности. Автореф. дисс. к.б.н., Новосибирск, ВАСХНИЛ, 1980, 20 с.

146. Ферсман А.Е. Геохимия. JL, ОНТИ-Химтеорет, 1934, т.2, 354 с.

147. Хренов Н.Н. Выявление закономерностей взаимодействия северных трубопроводов с геологической средой по материалам аэрокосмических съемок. Автореф.дисс.к.т.н, Москва, МГУГиК, 2001,25 с.

148. Хренов Н.Н. Основы комплексной диагностики северных трубопроводов. Аэрокосмические методы и обработка материалов съемок. М., Газоил пресс,2003, 352 с.

149. Хромых В. ГИС экологического сопровождения инвестиционно-строительных проектов в нефтегазовой отрасли // ArcReview, 2002, №1 (20)

150. Цернант А.А. Сооружение земляного полотна в криолитозоне. Диссертация в форме научного доклада на соискание уч.степени доктора технических наук. М, МИИТ, 1998,105 с.

151. Шварев С.В. Оценка и картографирование потенциальной экзогеодинамической опасности территории при планировании линейных сооружений (на примере магистрального газопровода в Западной Сибири) География и природные ресурсы, 2003, №3, с.151-155

152. Шварев С.В. Инженерные аспекты морфоструктурно-неотектонического анализа юга Средней Сибири.// География и природные ресурсы, 1992, №2, с.161-164

153. Шварев С.В. Развитие мерзлотных и карстовых процессов на трассе Усть-Кут -Киренск Непа // Транспортное строительство, 1993, №4, с. 7-10

154. Шварев С.В. Овраги на трассе Барнаул Бийск.// Путь и путевое хозяйство, 1994, №1, с.14-16

155. Шешеня H.JI. Прогноз изменений геологических процессов. Автореф.дис.д.г,-м.н. М.,ВСЕГИНГЕО,1989

156. Шеко А.И., Круподеров B.C. Оценка опасности и риска экзогенных процессов. // Геоэкология. 1994.№3

157. Шеко А.И. Некоторые вопросы изучения экзогенных геологических процессов при региональных эколош-геологических исследованиях // Геоэкологические исследования при инженерно-геологических съемках (сблр.ВСЕГИНГЕО) М.,1992, с.,21-27

158. Шилин Б.В. Тепловая аэросъемка при изучении природных процессов. JI, Метеоиздат, 1980

159. Шилин Б.В., Молодчинин И.А. Контроль состояния окружающей среды тепловой аэросъемкой. М., Недра, 1992, 78 с.

160. Шиятый Е.И., Киселева J1.H. Оценка потенциальной опасности проявления водной эрозии почв на территории Северного Казахстана.// Науч,-техн.бюлл.ВНИИзерн.хоз-ва, 1990. №76,3-12

161. Canceil Michel. Risques naturels of theorie mathematique du risque. // Hydrogeologie, Geologic de I'ingenieur. 1983,N2, p.137-148.

162. Colleau A. & oth. Movement de terrain, a menagement et imagerie SPOT: Methodologie de gestion dans un systeme d'mformation geographique . // Principaux result. sti.et techn., 1989/Bur.rech.geol.etminieres(BRGM), Paris, 1991.81-82

163. Deganutti A., Villani B.Carta della valutazione probabilistica delle aree a diverse grado di pericolositapotenziale //Mem. descritt. cartageol. Ital. 1992.-46.-C.513-519

164. Haralick R.M., Wang S., Shapiro L.G., Campbell J.B. Extraction of drainage networks by using the consistent labeling technique // Remote Sensing of Environment Volume 18, Issue 2, October 1985, Pages 163

165. Innovative CAD und Datenbanktechnologien.//Eisenbahningenieur, 1995,46,N8,582-586

166. Martinovic J., Cestar D. Karta rizika erozije tla vazan putokaz u planiranju iskoristavanja zenujista i zastiti covjekova okolisa // Acta biol. jugosl. 1984.-A33, N23

167. Miller A.C. etc. Comparison of prediction methods for soil erosion from highway construction sites. // "Transp.Res.Rec.", 1982, N896,33-39

168. Mintsis G, Basbas S., Papaioannou P., Taxiltaris C. and Tziavos I.N. Applications of GPS technology in the land transportation system // European Journal of Operational Research Volume 152, Issue 2, 16 January 2004, Pages 399-409

169. Mulder Frans. Assessment of landslide hazard. -NedGeogr. Stud. 1991, N124, p.1-149

170. Pong Ting-Chuen, Shapiro Linda G., Watson Layne T. Haralick Robert M. Experiments in segmentation using a facet model region grower // Computer Vision, Graphics, and Image Processing Volume 25, Issue 1, January 1984, Pages 1-23

171. Richards J. A., Remote Sensing Digital Image Analysis, Springer-Verlag, Berlin, 1994, p.340.

172. Robert Andre, Roy Andre G. La modelisation fractale et la varabilite spatiale des phenomenes naturels. // Geogr. phys.et Quatern., 1993,47, N1,3-19

173. Scheidegger A.E. Hazards from mass movements in mountain regions. "Natur.and Man-Made Hazards: Proc.Int.Symp.,Rimouski, 3-9 aug.,1986. Dordrecht etc., 1988,21-41

174. Sloan V.F. Alpine geomorphology in Selwyn mountains, southeastern Yukon: using a GIS for terrain analysis. // Can.Conf.GIS-92: Int.Conf.,Ottawa, March, 24-26, 1992, Proc., Ottawa, 1992,1047-1048

175. Stablein G. Inventarizierung des Reliefs als eine Voraussetzung zur grossranmigen geookologishen Planung / / Geographische Rdsch. 1990. - Vol. 43, N11

176. Tou J.T. and Gonzalez R.C. Pattern Recognition Principles. 1974. Addison-Wesley Publishing Company, Reading, Massachusetts.

177. Vahaaho Ilkka. From geotechnical maps to three-dimensional models // Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 13, Issue 1, January-March 1998, Pages 51-56

178. Villaret S., Schraram V. Visualisierung im Verkehrswegebau und im Konstruktiven Ingenieurbau. // Strassef Autobahn., 1994,45, N10,611-614

179. Vogt Thea, Gomer Dieter.Estimation du ruissellement et des matieres en suspension par l"utilisation d"un SIG, integrant MNT, donnees Landsat TM et donnees hydrologiques de terrain. // Bull.fr.photograrnmetr.et teledetect., 1992, N128,7-17,79

180. Wischmeier W.H. and Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses—a guide to conservation planning. Acricultural Handbook, USDA, Washington, DC (1978), 537

181. КАРТА-СХЕМА I оценки состояния природно-технической системыдистанции пути Барнаул-Бийск Алтайского отделен!

182. Западно-Сибирской железной дороги1. Масштаб 1:100000

183. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ К КАРТЕ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПТС ДИСТАНЦИИ ПУТИ БАРНАУЛ-БИЙСК1. МАСШТАБ 1:100000

184. I. Экзогеодинамическая уязвимость типов земель1. Эродируемые1. Просадочные1. Дефляционные1. Затапливаемые

185. V. Геотехническое состояние ПТС

186. Дифференцированная оценка угрожаемых участков ПТС

187. Суммарная оценка состояния ПТС5.1-з опасное состояние (развитие ЭГП нарушает динамическое равновесие и вызывает необходимость активных защитных мер)

188. Западно-Сибирской железной дороги1. Масштаб 1:25000

189. Схема расположения участков1. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ \

190. К КАРТЕ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ПТС ДИСТАНЦИИ ПУТИ БАРНАУЛ-БИЙСК С ПРОГНОЗОМ АКТИВНОСТИ РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ1. МАСШТАБ 1:25000

191. МОРФОЛИГГОГЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРРИТОРИИ

192. Склоны речных долин м временных водотоков, выработанные в

193. И, ТЕРРИТОРИИ. ПОДВЕРЖЕННЫЕ ЭГП (ПО ВЕДУЩЕМУ ПРОЦЕССУ)

194. Особенности проявления процесса

195. Количественные характеристики

196. Ландшафтная характеристика территории1. Ведущий процесс

197. Естественные просадки возникают в пределах распространи не ия грунтов 2 типа нросадочности (под собственным весом)

198. Просадки возникаю>т как в первичных западинах, так н вис их Просадки возникают в первичных западинах, при локализации в них стока

199. Коэффициент относительной просадочности 0,007-0,02 Мощность нросалочной толщи Ы2 м

200. Величины просадок до 30 см

201. Бессточные водораздельные гоны (0-0,5 град) с лугово-разнотравной и культурной растительностью на выщелоченных чернозёмах, а также берёзовым редколесьем на серых лесных почвах; на лессовидных суглинках1. Просадочность

202. Селитебные территории па лессовидных суглинках

203. Эрозионные формы не образуются

204. Смыв почвы менее 0,1 кг/га (на I мм осадков) Смыв почвы 0-4,5 кг/га

205. Лесные сообщества на склонах крутизной от 1 до 45 град

206. Плоскостной смыв, редкие эрозионные борозды

207. Плоскостной смыв, бороздовая эрозия

208. Луговые сообщества на склонах крутизной от I до 45 1рад1. Смыв почвы 0-Й0 кг/га

209. Обрабатываемые сельскохозяйственные территории на склонах крутизной I -б ■рад

210. Обрабатываемые сельскохозяйственные террит ории на склонах крутизной 6-12 град

211. Обрабатываемые и незачерпованные естественные склоны крутизной более 12 град1. Промоины, овраги

212. Смыв 160-600 и более кг/га1. Промоины, oapai и

213. Промоины, бороздовая эрозия

214. Селитебные территории сельского типа на склонах различном крутизны

215. Глубина залегания грунтовых 3-6 м

216. Глубина залегания грунтовых вод 1-3 м

217. Пучинистые территории: ровные слабо наклонные террасы с выщелоченными чернозёмами и ровные злаково-раэнотравные поймы па лугово-солончаковых суглинистых почвах

218. Глубина залегания грунтовых вод менее 1-1.5 м

219. Подъём воды до 2 м над уровнем1. Подтопление и затопление1. Низкие поймы

220. Редкопериодическос затопление

221. Подъём воды до 0,5 м над уровнем1. Высокие поймы1. Песчаные речные террасы1. Дефляция1.. ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ ЭГП

222. ФОРМЫ ПРОЯВЛЕ11ИЯ И СТАДИИ РАЗВИТИЯ ЭГП3. Суффозия п просадки

223. J Гранина бессточной зоны . - средняя скорость прироста оврага (м/год) 1 - возможная зона роста оврага за 20 лет4. Дефляцияучастки ветровой эрозии5 . Склоновые процессыплоскостная эрозияобвалы и осыпибороздовый размыв

224. Эрозия постоянных водотоков

225. V. УСТОЙЧИВОСТЬ ПТС ДИСТАНЦИИ ПУТИ БАРНАУЛ-БИЙСК

226. Опасность воздействия ЭГ1J2. Защитные сооруженияучаст ки с разви тием овражных форм в активной стадии развития с вероятным начатом воздействия на ПТС от 0 до 20 лет1. Опасные участкинедостаточныедостаточные

227. Состояние и устойчивость ПТСучастки в пределах границ распространения регрессивной эрозии с вероятным началом воздействия на ПТС от 20 лет и более

228. Относительно опасные участки

229. Сочетание относительно опасных участ ков 11ТС с неудовлетворительным состоянием или отсутст вием инженерной защнтыотносительно неустойчивоеучастки я пределах зон развит ия площадной эрозии в стадии зарождения борозд

230. А. УСЛОВИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПТС1. Естественные условия1. Рельеф и литология2. Почвеннорастительныйпокровош ш о с0. Л £1. X £ Ш fii Ю Д О0. Л1. S 5