 |
Геокриологический прогноз и его роль при освоении территории криолитозоны. Виды, задачи и методы прогноза.
|
|
|
|
Геокриологический прогноз – научное предвидение возможных изменений геокриологических условий как исторической динамики развития, так и при техногенном воздействии.
Различают два вида прогноза: естественно-исторический (эволюционный) и техногенный. Первый включает прогнозную оценку изменения характеристик многолетнемерзлых пород и протекающих в них процессов под влиянием естественной динамики климата, неотектоники, уровня мирового океана, процессов денудации и осадконакопления, ледяных покровов, гидрогеологических, гидрологических и геоботанических условий.
Техногенный прогноз включает оценку изменения геокриологических условий под влиянием разнообразных техногенных нарушений природного комплекса (начиная от локальных изменений ландшафтных и геокриологических условий и кончая глобальными преобразованиями природы — созданием искусственных водохранилищ, загрязнением промышленными отходами атмосферы, поверхностных и подземных вод, изменениями их температурного режима и др.).
Техногенный геокриологический прогноз по особенностям воздействия строительства на природную среду подразделяется на: 1) общий прогноз, предусматривающий оценку изменения составляющих природного комплекса без учета теплового и механического воздействия самого сооружения; 2) инженерный прогноз, включающий оценку результатов непосредственного воздействия сооружений на геокриологическую обстановку.
При составлении общего геокриологического прогноза не предусматривается внесение дополительных источников или стоков тепла. К каким мероприятиям относятся: нарушение растительного покрова, условий снегонакопления, выторфовывание и замена грунтов оснований, планировка поверхности, изменение условий поверхностного и грунтового стока, устройство искусственных покрытий, газонов, насаждение деревьев, кустарников и др. Необходимость составления общего геокриологического прогноза при решении инженерных задач, связанных с хозяйственным освоением криолитозоны, обусловлена тем, что тепловыделяющие или теплопоглощающие сооружения при любых видах строительства занимают лишь часть площади нарушенных территорий. Лишь на 9% площади газовых месторождений Западной Сибири расположены тепловыделяющие сооружения, на остальной территории происходит изменение природных условий при строительных работах.
|
|
|
В зависимости от продолжительности отрезка времени, для которого прогнозируются изменения геокриологических условий, прогноз подразделяется на кратко-, долго- и сверхдолгосрочный.
Краткосрочный прогноз составляется на период от 1 до 10 лет и характеризует изменения геокриологических условий под влиянием короткопериодных (3 - 11 лет) колебаний климата, подготовительных и строительных работ и эксплуатации сооружений в первые годы, когда изменения состояния и характеристик грунта происходят наиболее интенсивно, особенно в верхней части разреза (в слое сезонного оттаивания и в слое годовых теплооборотов), и могут представлять большую опасность для сооружений. Долгосрочный прогноз составляется па период эксплуатации различных сооружений (от 10 до 100 лет) и ориентирует на изменение геокриологических и связанных с ними гидрогеологических и инженерно-геологических характеристик, соответствующих новому установившемуся температурному и влажностному режиму пород на освоенных территориях.
Свердолгосрочный прогноз составляется для особо ответственных сооружений на период, превышающий 100 лет, в основном для оценки изменений геокриологических условий под влиянием естественной динамики природной среды или региональных и глобальных ее преобразований, приводящих к изменению теплового состояния пород на больших территориях (например, при теоретически возможном глобальном потеплении климата за счет увеличения содержания в атмосфере парниковых газов), а также для оценки длительного воздействия сооружений на геологическую обстановку. Примером необходимости составления такого прогноза является проблема подземного захоронения радиоактивных отходов в толще многолетнемерзлых пород. Срок экологической опасности высокорадиоактивных отходов составляет 1—10 тыс. лет.
|
|
|
В зависимости от детальности прогноза, различаются обзорный, региональный и конкретный геокриологические прогнозы:
Обзорный геокриологический прогноз составляется для общей ориентировочной характеристики природных ресурсов больших территорий в связи с оценкой перспектив их экономического развития, а также в связи с разработкой глобальных планов преобразования природы (переброска рек, создание каскадов водохранилищ и т. д.). Наиболее общей задачей геокриологического прогноза этого вида является оценка основной тенденции развития геокриологической обстановки в будущем.
Региональный геокриологический прогноз составляется для оценки территорий, подлежащих освоению в связи с разработкой принципов и методов рационального использования природных ресурсов (земельных, минеральных и др.), охраны, рекультивации и преобразования природной среды. На его основе выделяются площади, наиболее благоприятные для различных видов освоения (гидротехнического, промышленного, транспортного строительства и др.), и решаются другие вопросы, связанные с организацией и размещением территориально-производственных комплексов, определением принципов строительства на многолетнемерзлых грунтах, разработкой месторождений полезных ископаемых.
Конкретный геокриологический прогноз составляется в настоящее время для целей технико-экономического обоснования и проектирования конкретных народнохозяйственных объектов (горнорудных, гидротехнических, промышленных и др.). На его основе дается инженерно-геологическая оценка территории проектируемого строительства с позиций конкретного вида производственной практики, выбирается принцип использования грунтов в качестве оснований (или способ добычи полезных ископаемых), обосновываются оптимальные проектные решения, назначаются нормативные характеристики сезонно- и многолетнемерзлых пород, рекомендуются мероприятия, обеспечивающие оптимальные условия эксплуатации инженерных сооружений, добычи полезных ископаемых и состояния окружающей среды, а в случае необходимости и ее рекультивацию или преобразование.
|
|
|
Методы моделирования
А) Понятийные модели (1 класс моделей) являются первыми в сложном процессе моделирования природных явлений. Понятийная модель геокриологического процесса представляет собой обычно сжатую характеристику его основных наиболее типичных черт и включает в себя объяснение механизма этого процесса.
Б) Лабораторное моделирование. Определяются зависимости свойств пород от каких-либо факторов. Результаты, полученные на небольших образцах переносятся на весь массив пород прогнозирования (следовательно минус метода – существование массивного эффекта + не получается моделировать процессы).
В) Натурное моделирование (использование природных аналогов). Моделирование в естественных условиях. К данному методу относиться метода опытных стационарных площадок. При натурном моделировании используются методы инженерно-геологических аналогий, физико-географического сравнения, сравнительно-геологический, ключевых участков и т.д. Применение метода аналогий (сравнения) базируется на ряде исходных положений: 1) принципиальная правомерность аналогии; 2) правила перехода от оригинала к модели (выбор модели); 3) правила перехода от модели к оригиналу (реализация метода). Минусы метода: 1. Нельзя не задумываясь переносить данные полученных результатов на другую площадку, т.к. не весь коплекс условий может соответствовать площадке моделирования; 2. Время наблюдений. 3. Дорогой.
Г) Аналоговые модели. Изучение развития процесса, используя аналоги (например – гидроинтегратор, электроинтегратор). В настоящее время практически не используются.
|
|
|
Д) Математические модели. Наиболее широко использующийся метод. Обеспечивает прогнозную количественную оценку важнейших характеристик сезонно- и многолетнемерзлых пород (температуры, мощности, льдистости и др.), а также самой вероятности существования мерзлых толщ и развития тех или иных криогенных процессов. Благодаря успехам, достигнутым в разработке теплофизических основ геокриологии, и применению современной вычислительной техники значительно расширился круг процессов тепло- и массообмена в промерзающих (и протаивающих) породах, доступных количественному анализу, что значительно укрепило расчетную базу геокриологического прогноза.
Минусы метода: 1. Параметры для моделирования получаются какими-то методами, следовательно возникают ошибки статистической неоднородности грунтов; 2. Неточное определение всех параметров, которые воздействуют на определяемый фактор.
Составляется генетическая классификация – описание закономерностей развития процесса на основе анализа факторов, определяющих этот процесс.
Методы экстраполяций (во времени и в пространстве) – метод использует принцип актуализма.
Метод экспертных оценок – основан на опыте, интуиции, профессиональной подготовки специалистов.
Выбор методов всегда зависит от конкретных поставленных задач.
|
|
|
