Байрак Г.
Методи геоморфологічних досліджень

Методи прогнозування й обґрунтування протизсувних заходів

Прогноз сучасних екзогенних процесів – це наукове передбачення місця, часу, характеру, типу і масштабу проявів тих чи інших процесів, яке ґрунтується на аналізі їхніх закономірностей розвитку, а також передбачення територій та об’єктів господарства, які будуть піддані їхньому впливу [23].

Прогноз зсувів – це передбачування можливої появи (чи ступеня поширення) активних зсувів на досліджуваних схилах у подальших можливих змінах природних умов або антропогенних чи природних впливів [10]. Види прогнозів ми розглянули в п. 2.5.7.

Методи прогнозування за видом поданих результатів можна поділити на якісні та кількісні.

Якісні – це методи словесного опису намічених проблем з подальшим винесенням рішень і рекомендацій для попередження негативного впливу сучасних зсувних процесів. Кількісні методи – це числові вирази різних прогнозних схем або бальні оцінки. Прогнозні методи ґрунтуються головно на розумінні геологічних закономірностей району дослідження і фактичних даних стаціонарних спостережень.

Об’єкти прогнозування такі:

  • місця зсуву. Впевнено визначають у випадку наявності деформацій на схилах або тріщин відриву. Якщо на схилі немає зсувних деформацій, то застосовують метод аналогій: порівнюють характеристики цього схилу зі схилами, на яких в голоцені відбулися зсуви. Порівнюють: склад, потужність покривних і корінних порід, висоти схилу, поперечні профілі, крутість, наявність зон ослаблення, вплив сейсмогенерувальних розломів тощо. Передбачають можливість зсуву на досліджуваній ділянці;
  • об’єм зміщення. Майже кожен зсувний масив складається з частинок різної стійкості. Застосовують метод теодолітного чи GPS-знімання для точного визначення границь масиву, а також буріння чи геофізичне знімання, щоб з’ясувати поверхні ковзання і місце відчленування. Обчислюють загальний (максимальний) і частковий об’єми;
  • одночасність зміщення. Оцінюють за ступенем ослаблення його частин свіжими деформаціями в зонах відчленування, характером літологічного розрізу, нахилом частин головної та часткових поверхонь сповзання тощо, а також за аналізом розрахунків стійкості;
  • шлях руху. Питання вирішують залежно від типу явища, будови та профілю схилу, на підставі даних чи припущення про блоково-компактний чи дезінтегрований стан мас у процесі зміщення;
  • механізм і швидкість зміщення. Тип явищ визначають за даними про будову схилу, висоту розміщення, форму та геоструктурну приуроченість ніш відриву, характером деформацій, що вже відбулись. Використовують методи теоретичних передбачень та аналогій, математичне та фізичне, зокрема, лабораторне моделювання. Закономірності руху величезних мас порід вздовж високих гірських схилів аналізують на підставі геологічних закономірностей формування схилових явищ у певному комплексі порід, а також методом аналогій. Швидкість зміщення зсувів виявляють методом математичного моделювання;
  • межі зони зсувної небезпеки. Межі небезпечної зони в зоні акумуляції зсувних мас визначають за максимальною відстанню майбутнього зсувного тіла вздовж головного геологічного розрізу з урахуванням механізму зміщення, профілю і контурів тіл-аналогів. Використовують дані про давні зсувні зони в основі схилу. Межі небезпечної зони зазначають, враховуючи найбільш несприятливий випадок – зміщення всього масиву під час землетрусу максимальної сили [1, 6].

У системі прогнозування активно використовують оціночні методи, до яких належать експертні та бальні оцінки.

Метод експертних оцінок ґрунтується на досвіді і знаннях спеціалістів цієї сфери – експертів. Перший етап передбачає інтуїтивно-логічний аналіз задачі, другий – розв’язання та подання напівкількісних та якісних оцінок. Експерти формують рішення з визначеної проблеми, дають оцінку очікуваних результатів. Отримані від експертів оцінки опрацьовують і отримують підсумкові висновки з проблеми. Працює один або колектив експертів, які пропонують колегіальне рішення.

В експертних оцінках застосовують:

  1. метод асоціацій або порівнянь, який полягає у порівнянні подібного за властивостями об’єкта з об’єктом досліджень;
  2. метод фокальних об’єктів, ґрунтується на перенесенні ознак аналогів на досліджуваний об’єкт [37].

Метод бальних оцінок. Застосовують для відображення:

  1. ступеня ураження території зсувами;
  2. зсувного потенціалу.

У першому випадку обчислюють кількість або площу зсувних проявів, яку ділять на площу окремих ділянок. Означують критерії виділення малого, середнього чи високого ступеня ураження і присвоюють їм відповідні бали. Територію поділяють на райони з відповідним ступенем ураження зсувами.

У другому випадку, для виявлення зсувного потенціалу, враховують вплив головних чинників в утворенні зсувів. Величину впливу кожного чинника приймають незалежним від інших зсувотвірних чинників. До них належать: породи в основі схилу, гідрогеологічні умови, тектонічні порушення, середні багаторічні суми опадів, крутість схилів, вплив ерозії чи абразії, антропогенний вплив. Кожному чиннику присвоюють певну кількість балів залежно від його значущості. Сумарний чинник обчислюють як суму кількості кожного чинника, помножену на його важливість (значимість). Районують територію за величиною сумарного значення зсувотвірних чинників [35].

ГІС-технології. На підставі ГІС складають карти поширення зсувів (див. рис. 3.4.8), карти прогнозування сходження зсувів, карти зсувної небезпеки для об’єктів господарства та площ пошкодження території зсувами, а також виконують прогнозне моделювання руху зсувів залежно від впливу головних чинників.

Основою карт у ГІС, наприклад, в програмі ArcGIS є цифрова модель рельєфу у вигляді TIN або grid. До неї прив’язують і формують як окремі шари геологічну карту, четвертинних відкладів і карту рівня підземних вод. За даними цифрової моделі рельєфу генерують такі морфометричні карти: крутості, експозиції схилів і кривизни земної поверхні. Далі на підставі польових спостережень, фондових та архівних джерел створюють карту проявів зсувів як точковий шар. За результатами аналітичних розрахунків виготовляють карту прогнозованих ділянок проявів зсувів як полігональний шар.

Для відображення на картах зсувної небезпеки й оцінки передбачуваних завданих збитків застосовують поєднаний аналіз цифрової моделі рельєфу та космознімків високої роздільної здатності. На підставі прив’язаних до карт рельєфу космознімків створюють карти об’єктів природокористування. Методом моделювання поширення зсувів визначають, які саме об’єкти господарства чи ділянки території потрапляють у зону ураження зсувами. Визначають ступінь імовірнісного їхнього ушкодження за інтенсивністю впливу на них зсувних мас. Основою моделей зсувів у великому масштабі є цифрова модель тіла зсуву у 3d. Для проведення розрахунків використовують не тільки стандартні засоби ГІС, а й програмують скрипти чи спеціальні додатки [46]. У прогнозуванні зсувів використовують також методи регресивного та кореляційного аналізу, багатомірної статистики та ін.

На підставі прогнозування зсувонебезпечних проявів і враховуючи великі збитки, які вони завдають, актуальною є проблема інженерного захисту територій від зсувних процесів. Головна вимога до комплексу протизсувних заходів – це необхідність забезпечення коефіцієнта стійкості схилу, за якого схил не набирає властивостей зсуву.

Ці заходи розрізняють:

  • за інтенсивністю втручання у природний стан. Пасивні або профілактичні – заборонні (підрізання схилів, знищування рослинності, розорювання, вибухові роботи), обмежувальні (рух транспорту) й активні (інженерні заходи);
  • за умовами створення потрібного запасу стійкості схилу.

Головні протизсувні заходи

  1. Боротьба з підмиваннями.
    1. пасивний захист. Не змінює режим водойм або водотоків (спорудження стінок, покривання схилів залізобетонними плитами, створення штучних пляжів);
    2. активний захист – спорудження хвилеломів, спрямовування русла.
  2. Зміна обрису та перебудова схилів. Потребує зрізування верхніх частин схилу, терасування, замін ґрунту, засипання ярів.
  3. Механічне утримування схилів, споруджуючи контрфорси, ін’єкційні перегородки.
  4. Дренування підземних вод.
  5. Регулювання поверхневого стоку.
  6. Укріплення схилів рослинністю, штучними розчинами [11].

У багатьох регіонах України, де розповсюджені зсуви, зараз розроблено генеральні схеми протизсувних заходів і намічено першочергові дії для захисту територій.

Запитання для самоперевірки знань

  1. Назвати види гравітаційних процесів і головні методи їхнього дослідження.
  2. Перелічити чинники виникнення зсувних процесів.
  3. Як класифікують зсуви?
  4. Які види досліджень зсувів на стаціонарних ділянках?
  5. Послідовність опису зсувного схилу і тіла зсуву.
  6. Які види розрахункових методів?
  7. Які методи прогнозування зсувів?

Основна

Бібліографія

  1. Павлов А.П. Оползни Симбирского и Саратовского Поволжья. Материалы к познанию геологического строения / А.П. Павлов // Избранные сочинения. – T. 2. – Москва: МОИП, 1951.
  2. Петров Н.Ф. Оползневые системы. Простые оползни (аспекты классификации) / Н.Ф. Петров. – Кишинев: Изд-во “Штиница”, 1987. –161 с.
  3. Емельянова Е.П. Основные закономерности оползневых процессов / Е.П. Емельянова. – Москва: Недра, 1972. – 308 с.
  4. Сіренко І.М. Динамічна геоморфологія / І.М. Сіренко. – Львів: ВЦ ЛНУ ім. І. Франка, 2003. – 224 с.
  5. Спиридонов А.И. Рельеф, обусловленный склоновыми процессами / А.И. Спиридонов // Основы общей методики полевых геоморфологических исследований и геоморфологического картографирования. – Москва: Высш. школа, 1970. – С. 262-274.

Допоміжна

  1. Беспалова О.М. Динаміка зсувного процесу Середнього Придніпров’я на прикладі ділянки Трипілля-Канів: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. геол. наук / О.М. Беспалова. – Київ, 2003. – 24 с.
  2. Билеуш А.И. Оползни и противооползневые мероприятия / А.И. Билеуш. – Киев: Наук. думка, 2009. – 560 с.
  3. Бондарик Г.К. Инженерная геодинамика / Г.К. Бондарик, В.В. Пендин, Л.А. Ярг. – Москва: КДУ, 2007. – 327 с.
  4. Васильев Ю.П., Разумных М.М. Локальная оценка устойчивости оползневых склонов Туапсинского района (на территории Джубгинской ТЭС)
  5. Воскресенский С. С. Динамическая геоморфология. Формирование склонов / С.С. Воскресенский. – Москва, 1971.
  6. Гравітаційні процеси
  7. Гулакян К.А. Прогнозирование оползневых процессов / К.А. Гулакян, В.В. Кюнтцель, В.П. Постоев. – Москва: Недра, 1977. – 135 с.
  8. ДБН В.1.1-24:2009. Захист від небезпечних геологічних процесів. Основні положення проектування. – Київ: Мінрегіонбуд України, 2010. – 69 с.
  9. Ерыш И.Ф. Оползни Крыма. История отечественного оползневедения / И.Ф. Ерыш, В.Н. Саломатин. – Ч. 1. – Симферополь: Апостроф, 1999. – 247 с.
  10. Золотарёв Г.С. Инженерная геодинамика / Г.С. Золотарёв. – Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1983. – 328 с.
  11. Зсуви, заходи та споруди для запобігання зсувних явищ. Лекція 1. – Львів: Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, 2012.
  12. Іванік О. Методичне забезпечення прогнозування зсувної небезпеки на регіональному та локальному рівні: принципи, методи, моделі / O. Іванік // Геологія. – Вип. 3(66). – 2014. – С. 55-60.
  13. Колтун О. Попередні результати вивчення причин циклічності зсувів у м. Хмельницькому / Оксана Колтун // Українська географія: сучасні виклики. Зб. наук. праць у 3-х т. – Київ: Прінт-Сервіс, 2016. – Т. 3. – С. 74-76.
  14. Колтун О. Причини зсуву по вул. Купріна у м. Хмельницькому
  15. Кузьменко Е.Д. Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища / Е.Д. Кузьменко, І.В. Чепурний, О.О. Нікіташ, Л.В. Штогрин // Геодинаміка. – Вип. 1(12). – 2012. – С. 93-102.
  16. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика / В.Д. Ломтадзе. – Ленинград: Недра, 1977. – 479 с.
  17. Маслов Н.Н. Условия устойчивости склонов и откосов в гидроэнергетическом строительстве / Н.Н. Маслов. – Москва; Ленинград: Госэнергоиздат, 1955. – 468 с.
  18. Нечипорова Т.Н. Оползневые процессы. Метод. руководство по курсу “Геоморфология”. – Ростовна-Дону, 2007. – 30 с.
  19. Николаев Н.И. Подземные воды / Справочник путешественника и краеведа / Н.И. Николаев. – Т. 2. – Москва: Географгиз, 1950.
  20. Оползни и сели / А.И. Шеко, Г.П. Постоев, В.В. Кюнтцель и др.; гл. ред. Е.А. Козловский. – Москва: Произв.-изд. комбинат ВИНИТИ,1984. – Т. 1. – 352 с.
  21. Узагальнення матеріалів по вивченню екзогенних геологічних процесів по території діяльності підприємства та інженерно-геологічне довивчення території Львівської і частково Закарпатської областей: звіт про НДР / ДНВП “Геоінформ України”, ДП “Західукргеологія”; викон.: Т. Стахів – Львів, 2006. – 228 с.
  22. Рудько Г.И. Оползни и другие геодинамические процессы горноскладчатых областей Украины (Крым, Карпаты): монография / Г.И. Рудько, И.Ф. Ерыш. – Киев: Задруга, 2006. – 624 с.
  23. Рычагов Г.И. Общая геоморфология / Г.И. Рычагов. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Изд-во Моск. ун-та: Наука, 2006. – 416 с.
  24. Саваренский Ф.П. Опыт построения классификации оползней / Ф.П. Саваренский // Труды I Всесоюзного совещания. – Ленинград; Москва: ОНТИ, 1935.
  25. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Правила производства работ в районах развития опасных геологических инженерно-геологических процессов. – Ч. II.– Москва: ПНИИИС, 2000. – 180 с.
  26. Справочник по инженерной геологии. – Москва: Недра, 1981.
  27. Тер-Степанян Г.И. Геодезические методы изучения динамики оползней / Г.И. Тер-Степанян. – Москва: Недра. 1972. – 135 с.
  28. Тер-Степенян Г.И. Новые методы изучения оползней / Г.И. Тер-Степанян. – Ереван: Изд-во АН Арм. ССР. 1978. – 152 с.
  29. Тимченко О.М. Моніторинг та прогноз руйнування схилів автомобільної дороги Сімферополь– Ялта–Севастополь / О.М. Тимченко // Міжвузівський збірник “Наукові нотатки”. – Луцьк, 2014. – Вип. 45. – С. 546-552.
  30. Тихвинский И. О. Оценка и прогноз устойчивости оползневых склонов / И. О. Тихвинский. – Москва: Наука, 1988. – 144 с.
  31. Трофимчук О.М. Концепція системної оцінки ризику зсувонебезпечних схилів і її застосування / О.М. Трофимчук, В.П. Берчун, Т.Ю. Калюх // X Міжнародна науково-практична конференція “Сучасні інформаційні технології управління екологічною безпекою, природокористуванням, заходами в надзвичайних ситуаціях” – Київ; Харків; АР Крим, 2011. – С. 281-294
  32. Фоменко И. К. Методология оценки и прогноза оползневой опасности: автореф. дис. на соискание науч. степени д-ра геол.-мин. наук / И. К. Фоменко. – Москва, 2014. – 318 с.
  33. Шумінський В.Д. Оцінка стійкості схилу на ділянці оглядового майданчика / В.Д. Шумінський, С.В. Степанчук, О.В. Шидловська, О.М. Данилюк // Будівельні конструкції. – 2013. – Вип. 79. – С. 115-124
  34. Crozier Michael Slope Evolution, in Goudie, A.S., ed. // Encyclopedia of Geomorphology. Vol. 2. – Routledge, New York, NY, 2004. – Р. 963-970.
  35. Cruden D.M., Varnes D.J. Landslide types and processes. In: Turner A.K.; Shuster R.L. Landslides: Investigation and Mitigation: Transportation Research Board, US National Research Council. - Washington, D.C., 1996. – Spec. Rep. No. 247. – P. 36-75.
  36. Guthrie RH, Evans SG. 2007. Work, persistence, and formative events: the geomorphic impact of landslides. Geomorphology 88: 266-275. DOI: 10.1016/j.geomorph.2006.11.010
  37. Guzzetti F. Landslide hazard evaluation: a review of current techniques and their application in a multiscale study, Central Italy / F. Guzzetti, A. Carrara, M. Cardinali, P. Reichenbach // Geomorphology. 1999. – Vоl. 31 – P. 181-216.
  38. https://opolzni.ru/оползни-что-это
  39. Klimaszewski M. Geomorfologia. – Warszawa: PWN, 1985.
  40. Landslide Science for a Safer Geoenvironment: Vol.1 / The International Programme on Landslides (IPL) / Editors Kyoji Sassa, Paolo Canuti, Yueping Yin. – Springer, 2014. – 493 p.
  41. Lee S. Landslide Susceptibility Analysis Using Gis And Artificial Neural Network / S. Lee, J.-H. Ryu, K.Min, J.-S.Won // Earth Surface Processes and Landforms. – Vol. 28. – 2003. – Р. 1361-1376.