Введение к работе
Актуальность выполненных исследований. Как известно,.основным предметом исследования инженерной геологии являются природно-тех-нические системы /ПГС/. Классифицированию этих систем по різлич-ным аспектам посвящены многочисленные работы. На саг/ом общем уровне типизации ПГС делятся на два взаимодействуют- т блока: природный и технический. Каждый из блоков характеризуется многочисленными показателями, отражающими особенности состава, структуры и состояния ПГС. Эти показатели и являются инженерно-геологической информацией о предмете исследования. Так, в первый блок входят данные о геолого-литолопгческом' строении территории, геоструктурных особенностях, геоморфологических и гидрогеологических уело -виях, распространении и степени активности современных геологических процессов, физико-механических її прочностных свойствах гор?гх; пород и т.д. Технический блок включает данные о состоянии здып-м х сооружений, эффективности применяемых защитных мероприятий, степени воздействия сооружений на компоненты спужавщ&Я среды и »-,-рактеристики изменчивости этих компонентов, а такяэ другую информацию о видах и интенсивности освоения территория.
Анализ технологии выполнения инженерпо-ге*. ггичеекг'х работ,.. пока*анный в генералиэованнвц виде на рис. I, у-^кзает к* сз Зункциснальнуп многоступенчатость, а также на ..аз^ообр&зиэ прдае-кжсынг методов и.технических средств.
Проблема получения инжекерно-геологичс.?хсй инфсткации v.-e-бует внедрения новых технологических решений и технических средств, и успепное решение этой проблемы зависит, главным образен, от объект финансирования исследований, т.е.- ог' ?редованко от актуальна.*-ти ннженерно*-геологэтескоЯ информации._Гу-,::;й»щ накстиеняя, переработки и хракэния иіїфорі'ации, исхедя г. ^ядсп её яслояьзопмгая /рис. I/, требувт внедрения ав'тоыати&щ^л и'^радстз.сотргястг'-;'.
-а.
Ыетоды получения информации
Теоретические исследования
Анализ и обобщение опыта изучения геологической среды
Использование
методов
аналогий
Оперативная информация
Накопление информации
Переработка информации
Основные виды использования информации
Хранение информации
Выдача заключений о состоянии геоло-гической среды
Графическая информация /карты, разре-зы и т.д./
Текстовая информация /отчеты, таб-лицы и т.д./
Составление и выдача прогнозов
Составление рекомендаций по управлению ПТС и рациональному природопользованию
Рие. 1 Общая технологическая схема
выполнения инженерно-геологических работ
"-3 -
ьичиелительноЯ техники и ес.данил ::л их основи аьто;/а'і'ИЗ!і;.::іг!г
НЫХ ИН'ІОІ'^аЦИОНИиХ СИСТеМ /ЛЛС/, ПОЗЬОЛШиЩИХ ре.ІМІ'Ь задача .:1(/-11-
ки и прогноза состояния геологической среди, а такуе иапач.і гцн.--чіі рекомендация по управленим Г/ГС.
Создании AltO и инженерной геологии началось в середине ','{-,. годов и к настоящему времени разработаны и эксплуатируйте t/.иогн-. из if.tx. Все созданные АИС в инженерной геологии дыштся на ш.-о-колько групп: ЛііС по конкретному экзогенному пгояогичеекоьу процессу /йГП/, AiiG с материалами нн.кшіерно-геолиі ичоских нзиеканпа, Л!К"! по конкретному виду использования территории. Оїсутсгву.м-единая методическая и организационная соЬ'Меетиынг. н> -jrnx cucti-.i, [ит общей методологии их создания.
Опыт унификации,' стандартизации и сьертнгашш инженерно-геологической информации для в и оди -з ЭВМ также указана-1- па неио ходимость разработки теоретических полонений но СОЗІїаНі'Лі ЛИС и
іН1/.:Ь.-;1.'НГ,Й ГЬОЛОГИИ. Еч'ЩЫНИПСТЬО су ІЦеСТЬугі::;:іХ AUG Но ;««.-: )T С>ІГ,і.,і
:о:.,ллсі(;-ного контроля информации, что сказывается на догтпи-.-рпо--: і її :<ач,--тпй гылолняемьпс прогнозом
'ІЧким образом, многообразие метана и методов получения Ни г.;і!г.рііО-геологической информации и накопленная опыт создайся :і эксплуатации АИС и ннгенерноЛ і-еологии требум- різрабоїки тггоре--тическ;;:: ппчо.тиний а части построения универсальных АІІО, а аацач:. которых кроме накопления, переработки и хранения шфірмацин буиут модить контроль исходных и обработанных магернаион, иагеиагнч.-е--к по моделирование и прогнозирование иг^чан^кни состояния геологи-
Ч-Яг.т-А СркЛІ* и ССсТгНЛеНИЯ На ОСНОПЄ ПрОГНО.100 рсКОИОНДаЦИй НО УШ аг. чеакд ГіГС.
Зіяіолкенше в рщках. димноЯ работы исследования касакії'ея .;:у>: изаимосвязаннчх проблем: разработки теоретических л о и о г.:-,",-її і" со ;-;'ihr,;f: АИС и ин*:енйрноЯ геологии и прогнозирование 1)ГІІ \:ч осі-..-' -. згих систем. В качестве метода математического иоделиро.еа-кия'1'll на базе АІ1С автором выдвигается метод стохастических -гея.
КрИМеНёНИК СТ0Х.'-ЄГИ"ЄЄ1ШХ ИОДЄЛЄЙ ПрИ ИэуЧШШИ И ІірОГНО.-ЛірО-?.>>*.<.< ЗІ'П ОбуСЛОПЛеНО: СЛСиКОСТЬЬ И МН0ГО:|>ЛКТир.Є0Є1'ь(і ІЗ і 'II как
r.-w.: ;,; слабой изучеіяіовть«і і}зізики нроцессчзЕ; ото/ас-тичиосп-ю ч.<~ і>.еґл.::'Я факторов процесса. Поэтому разработка и пр.-^ененне иг-ги-'..< : стохастическая а -.--лея как О'м.ъки перманентного модолироьапнл и прогнозирования bl'ii i;a базе А!ЇС предъявляется актуальной.
'".cvgiuio автоматизации и средств вычислительной техники в кн-v^iepnon геологии,построение на их основе ЛИС и математическое моделирование ЭГП позволяют повысить качество,достоверность и оперативность выдачи справочных,оценочных и прогнозішх материалов о состоянии геологической среды,необходимых дай принятия экологически обоснованных управляющих рєзешій.
Такт,! образ ом, сложившаяся ситуация привела к тому, что создание ЛИС в инженерной геологии,разработка теоретических положений и методологических основ,а также принципов и методов их построения в настоящее время выделяются в одно из наиболее важных направлений ппхенерно-геологическоГ; отрасли,являющееся весьма актуальным.
Целью диссертационной работы является разработка научных принципов и методологии создания и эксплуатации АИС в инженерной геологии,совершенствование и реализация на базе АИС математического моделирования и перманентного прогнозирования ЭГП и обеспечение необходимой информацией задач управления ПТС и задач оптимального природопользования. АИС рассматривается как основная подсистема литомопиториига. В качестве методологической основы построешш АИС в инженерной геологии выбран системный подход.
Основные защищаемые положения. В рамках разработки теоретических основ геоэкологии автором диссертации поставлена,исследована і методологически обоснована и практически решена проблема создания АИС в инкекерной геологии как базы для перманентного математическог-' го моделирования и прогнозирования ЭГШ На защиту выносятся следующие основные положения:
I.Научно-методические основы создания АИС в инженерной геологии и геоэкологии.базирующиеся на современных положениях теории информатики.
2.Методология перманентного математического моделирования и прогнозирования ЭГП методом стохастических моделей на базе АИС.
1 З.Мегодика оценки точности прогнозов и система логического контроля и отбраковки информации.
4.Принципы я методика построения структурных и функциональных моделей ПТС водохранилищ Волжского каскада иак геоподосновы АИС "Берега водохранилищ" и полигонов захоронения отходов как геоподосновы АИС "ТЗО".
Научная новизна работы зяклочнется в следующем:
разработаны научно-методические основы создания АИС в инженерной геологии и геоэкологии;
предложена обобщенная структура функциональной и обеспечивающей частей АИС в инженерной геологии и разработана модель создания информационно-программно-технической бази АИС;
разработана методика построения моделей ПТС как геоподосновы АИС,которая апробирована на материалах изучения берегов водохранилищ Волжского каскада и полигонов захоронения отходов ^.Московской области;
разработаны алгоритмы определения информативности факторов, обуславливающих изучаемый ЭШ, и составления прогнозов методом стохастических моделей;
предложена и апробирована на материалах ШВВ Волжского каскада методика оценки точности прогнозов; . .
выявлены основные пространственно-временные закономерности ПФШ Волжского каскада; " \
разработана технологическая схема создания целевого мониторинга "Территории захоронения отходов";
разработана классификация прогнозов ЭШ,выполненных методами математического моделирования.
На базе выполненных теоретических разработок созданы и успешно эксплуатируются АИС "Берега водохранилищ Волжского каскада", АИС "Территории захоронения отходов г.Москвы и Московской области" и другие системы.
Исходные материалы и личный вклад в решение проблемы. В основу диссертационной работы положены результаты региональных инженерно-геологических и геоэкологических исследований и методи-, ческих.разработок,выполненных при участии и под руководствои автора.
Региональные исследования^выполнялись в 1971-87 годах на водохранилищах Волжского каскада и в 1978-91 годах ка территории ШМосквы и Московской области,Исследования водохранилищ /Волгоградского .Саратовского , Куйбшпевспого .Рыбинского .Горысовского, Угличского / включали:
комплексное полевое инженерно-геологическое обследование прибрежной территории масштабов 1:5003,1:10000,1:100009;
i-атурнке геолого-гадрометеорологические наблюдения по закрепленным режимным створам;
дешифрирование азроійтосшімков береговой зоны разных лат залетов;
изучение закономерностей формирования берегов водохракжлжщ;
составление прогнозов процесса форыировалия берегов водохра-шишщ;
выдача рекомендации и заключений о состояния геологической среды прибрежных территория^ , ' По территории Г.Москвы я по отдельный районам Московской области проведены комплексные геоэкологические исследования с со- \ ставлением специализированных карт масштаба J :50000-1:200000.
Методические исследования включали; .
разработку ыетодяки построения природно-технической системы изучаемого объекта для целей создания ЛИС;
разработку технических заданий на автоматизированные информационные системы "Берега водохранилищ Волжского каскада","Территории захоронения отходов г.Москвы";
разработку метода прогнозирования процесса формирования бе- регов водохранилищ - метода стохастических моделей и реализация. на его основе перманентных прогнозов.
Реализация результатов исследований и практическая значимость. Основные теоретические и методологические результаты работы иоч, пользованы при: составлении "Технического задания на разработку АИСБерога водохранилищ Волжского каскада" и последующей эксплу- :. атации системы; составлении "Технического задания на разработку автоматизированной информационно-поисковой системы '"Инженерная геология Москва"; систематизации и,' обобщении материалов Моогор-геотреста ГлавАПУ г.Москвы; составлении "Технического задания на разработку АИСГТерритории захоронения отходов г.Мооквы" и посдз-дупщей эксплуатации системы, а также положены в основу проектируемых АИС "Полигоны захоронения отходов" и "Инженерная геология Ялтинского амфитеатра".
. Результаты прогнозов процесса формирования берегов водохранилищ /ПФБВ/ Волжского каскада,составленные методом стохастических моделей,внедренным в производство работ Инженерно-геологической партии геодинамики берегов водохранилищ Московской геолого-гад-ригй-'-отачесгой экспедиции /тка Геозкоцеятр Москва / с 1974г., пєредпки П]юекткыл,йтроителышм z эксплуатационным оргаг..«ацгткм ГсссїглкДїзіГіШР.рїА.Мчнподхозе^с^ссоградскоіїу.Сагатовскоіїу.Сагійр-око^у.Удьяпоескоуу о'ілясполг.теаїл для' проектирования берегоукре-г.::г&а>ш~ соор^^.п:1." а составления кляноб осьоскея ?ер;г-тоVu5, 1Іругт;:.-з--< :;с.-:;.:':'.лт;! Зарргоь ("'.'-та пгіО-гьз-зг-пм; ГкпрсярОуігт,"і:
mi. С.Я.Щука и Сеюзгипроводхоэом при составлении "Схем технического состояния и благоустройства водохранилищ". На основе данных прогнозирования местами органами власти принимались решения по инженерной защите абразионных и оползневых берегов, в результате чего защищены от размыва тысячи гектаров сельскохозяйственных и жилых массивов.
Основные положения диссертации используются в учебном процессе по курсу- "Инженерная экология литосферы" для студентов специальности "Экономика и управление горной промышленностью и геологоразведкой", по курсу"вхраца Окружающей среды" для студентої всех специальностей Московского геологоразведочного института.
Научная апробация и публикации. Основные материалы и теоретические положения диссертационной работы изложены на ІУ и У Всесоюзных совещаниях по изучению берегов Сибирских водохранилищ /Якутск, 1975 и Иркутск, 1980/, на ІУ Московской городской конференции '-молодых ученых и специалистов ВСНТШГЙ) /Москва, 1974/, на III научно-техническом совещании Гидропроекта им.С.Я. Нука /Москва, 1976/, на Международном симпозиуме "Проблемы инженерной геологии в гидротехническом строительстве" /Тбилиси, 1979/, на ІУ Межведомственном совегцании по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведению /Ашхабад, 1900/, на семинаре "Состояние работ по научно-технической информации в изыскательских организациях Госстроя" /Москва, 1978/, на семинара "Рациональное использование и охрана геологической среди территории г.Москвы" /Москва, 1980/, на школе передового опита "Унификация и стандартизация информационного обеспечения инжемерно-гсологическиЯ и гидрогеологических работ" /п.Зеленый, І9ВІ/, т семинаре "Проблемы контроля техногенных изменений на урбанизированных территориях" /Москва, 1982/, на семинаре "Долгосрочные прогнозы проявления экзогенных геологических процессов"/п.Зеленый, 1982/, на Всесоазнсы семинара "Режимные инженерно-геологические и гидрогеологические наблюдения а городских агломерациях с цельп контроля и прогноза изменений геосреды" /Одесса, ІУ82/, ил. 1-сй Всесоюзной конференции "Системный подход в геологии" /Ус:: ва, 1963/, на Всесоюзном семинаре "Резкмиыз ингенерно-гсо— логические и гидрогеологические іиблвдения в городах" /Сочи, ІІД.З/,
Ііа «СесеаЗНОЙ ЯОНфер У.ПЛИИ ПО Г.НЖСН'грНОЙ геологии "ПробЛ«<іі HHV.e-
нерией геологии я связи с проуичьягеннс-гратуглиским стролткльстічем и рат^-мботкой мііптсрондоіві! полезных ископаемых" /Свердловск,
1984/, на совещании "Накопление и обработка инженерно-геологической и гидрогеологической информации" /Одесса, 1985/, на совещании по проблеме "Влияние горных водохранилищ на берега и геологическую среду" /Ташкент, 1984/, на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Мониторинг экзогенных геологических процессов" /Ташкент, ; 1986/, 11-ой Всесоюзной конферспции "Системный подход в геологии" /Москва, 1986/, на научно-практической конференции "Пути повышения эффективности и качества гидрогеологических и инженерно—ге»-логи^еских исследований на территории Хабаровского края и Амурской области" /Хабаровск, 1987/, на. Международном симпозиуме "Горнорудный Пржибрам" /Прага, 1987/, на заседаниях Московского общества испытателей природы /Москва, 1979-1983 /, на конференции профессорско-преподавательского состава Московского ордена Трудового Красного Знамени.геологоразведочного института имени Серго Орджоникидзе / 1980, 1985-1992 гг./.
По теме диссертации опубликовано около 50 работ, в там числ» монография "Прогноз процесса формирования берегов водохранилищ", Изд. "Энергия", М.,1979 /соавтор - В.К.Епишин/.обэор "Автоматизированные фактографические информационно-поисковые системы в инженерной геологии /.современное состояние, пути развития И ИСПОЛЬ- " эования/", Изд. ВИЭМС, серия "НГИ в геологии", М.,1985, обзор "Автоматизированная информационная система для решения геолого— экологических задач", Изд. ВИ^Жг, серия "Математические методы и автоматизированные системы в геологии", М.,19Ь8 /соавтор О.Н. Ковалева/, три учебных пособия ^составлено 14 производственных отчетов. .
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав, объединенных в три части, и заключения. В первой части / главы Ї.І - 1.3 / изложаны основшо - теоретические разработке, включающие методологию, построения АИС т инженерной геологии, концепцию перманентного моделирования и прогнозирования ЭГП, описания "метода стохастических моделей" и общего алгоритма составления прогнозов с его помощью, а также общие принципы создания, структуру АИС и результаты других наг . учно-методических исследований, проведенных автором. Вторая част*-работы / главы 2.1 - 2.3 / посвящена изложению результатов апробации разработок применительно к конкретному объекту исследований - водохранилищам Волжского каскада- Приведены структурные модпяк выделенной ПТС гедохрашлищ Волжского каеъада, пред^он-
