WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

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 Западно-Сибирской 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 Landsat ETM+ 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 статистическоrо 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 активныx дизъюнктивов). Показатели факторов оценены по четырехбалльной шкале. Их корреляция проведена с ранжированным показателем пораженности территории овражной эрозией.

Коэффициенты ранговой корреляции вычислены по формуле Спирмена:

=1-(6d2)/(n3 -n)

1

где n - число наблюдений; d - ранговые разности; d2 - 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 0 до 2. Районирование по степени потенциальной опасности осуществлено с выделением четырех зон: 1) безопасной (сумма бал­лов < 0,5),2) слабоопасной (0,6-1,0), 3) опасной (1,1-1,5); 4) чрезвычайно опасной (> 1,5). Простран­ственная вероятность развития оврагов в этих зонах соответственно составляет: 1) 0%; 2) 1-10%; 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 (L) 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, 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 местного базиса эрозии, определяемые картографическим методом. Эмпирический коэффициент определяется путем решения обратной задачи путем сопоставления измеренных величин Н (глубина базиса эрозии) и F (площадь водосбора) для стабилизировавшихся оврагов на ключевой площади в пределах распространения лессовидных суглинков.

При этом получена средняя величина  =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 геотех-

нического контроля

Основные задачи

Содержание работ

Методы получения

информации

Получаемая продукция (цифровые карты)

Масштаб

Отделение дороги

Обоснование инвестиций в защитные мероприятия по предотвращению аварийных ситуаций

Кадастр природных и природно-техногенных процессов, оценка их потенциальной опасности

КС, наземные инженерно-геологические

обследования

Оценки геотехнического состояния ПТС (кадастр)

1:100000

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-

геодезические и инженерно-гео-

логические работы.

прогноза

критических ситуаций в состоянии ПТС и инженерной защиты (прогноз)

1:2500

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»