CC BY
42
УДК 624.131.543
Л.А. Володина, М.А. Слепнев
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ОПОЛЗНЕВЫМ ПРОЦЕССАМ
Раскрыты актуальность и необходимость развития системного мониторинга оползневых процессов на территории г. Москвы, разработаны предложения по технологии его реализации посредством создания единого геоинформационного пространства города, которое обеспечит своевременное получение данных о состоянии объектов и потенциально опасных для эксплуатации городских территориях, а также позволит реализовать системное прогнозирование развития вышеуказанных процессов во времени.
Ключевые слова: мониторинг территории, оползневые процессы, геоинформационная система, геоинформационное пространство, прогнозирование экзогенных геологических процессов.
Мониторинг оползневых процессов как в пространственном, так и во временном измерениях в городских условиях является важнейшей комплексной задачей.
Об актуальности этой проблемы говорит распространение оползневых процессов по всему миру. Оползни занимают на данный момент седьмое место по опасности среди стихийных бедствий и уносят 800.. .1000 жизней ежегодно в последние 20 лет [1].
Оползни наносят многомиллиардный экономический ущерб. Например, в Японии он колеблется от 4 до 6 млрд долл. в год, а устранение последствий одного-единственного оползня в среднем обходится Европе в 23 млн долл. [2].
В России, по имеющимся далеко не полным данным, за 35 лет от различных опасных природных процессов погибло более 4,5 тыс. и пострадало около 540 тыс. человек. Погибшие по причине экзогенных, в т.ч. и оползневых, процессов составляют 21 % от общего числа жертв. В Российской Федерации ежегодно случается от 6 до 15 чрезвычайных событий, связанных с развитием оползней. Наибольшие социальные и материальные потери приходятся на территории городов, где отмечается максимальная концентрация людей и техногенной инфраструктуры. Оползни и обвалы представляют значительную опасность в 725 городах России [3].
Многолетнее хозяйственное освоение территории г. Москвы существенно изменило гидрогеологические условия и вызвало активизацию неблагоприятных геологических процессов, нарушающих экологическую устойчивость окружающей среды города. По данным территориального центра Федерального государственного унитарного предприятия «Московский научно-производственный центр геолого-экологических исследований и использования недр «Геоцентр-Москва» (ФГУП «Геоцентр-Москва»), на тер-
ритории Москвы оползни развиты на крутых береговых склонах р. Москвы и ее крупных притоков (р. Сходни, Ходынки, Яузы). Они развиваются под влиянием речной эрозии, естественного и техногенного обводнения склонов и строительных воздействий. Наиболее глубокие из них известны на 18 участках в долине р. Москвы. При этом относительно высокой активностью отличаются оползни, расположенные на склонах долины р. Москвы на участках Воробьевых гор, Фили-Кунцево, Коломенское, Москворечье-Сабурово (Чертановский коллектор), где выполнены противооползневые мероприятия, а также на участках Щукино, Серебряный Бор, Хорошево-1, Москворечье и Чагино (незакрепленные оползни)1.
В 2004 г. опубликовано постановление Правительства Москвы № 8681111 «Об организации мониторинга геоэкологических процессов в городе Москве», в котором отмечается, что работы по ведению постоянно действующего мониторинга геологической среды, связанные с наблюдениями на территориальном уровне и находящиеся в компетенции ФГУП «Геоцентр-Москва», выполняются в сокращенном объеме. Полностью прекратились работы по изучению температурного режима подземных вод и изучению их химического состава. Русловая съемка р. Москвы прекращена с 2003 г., сняты наблюдения за многими оползневыми участками. Имеющаяся сеть наблюдательных скважин требует восстановительных работ (до 30 %). Размещение скважин не соответствует перспективам градостроительного планирования. Наблюдения проводятся в режиме посещений без использования современных автоматизированных средств мониторинга, что влечет дополнительные затраты по содержанию штата сотрудников, обеспечивающих плановые посещения около 200 скважин и заполнение «вручную» баз данных по результатам проведенных замеров2.
В настоящее время в рамках государственных программ геомониторинг территории России начинает выходить на качественно новый уровень. Так, например, совместными усилиями ВСЕГИНГЕО (Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии) и Геоцентром-Москва по территории Центрального федерального округа был разработан проект «Составление карт районирования территории ЦФО масштаба 1:500 000 (с врезками масштаба 1:200 000) для оптимизации производства региональных гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических работ в период 2005—2010 годов». Данный проект включает также и разработку карт по долгосрочному прогнозированию данных процессов на территории.
Безусловно, полученные сведения позволяют определить общую оценку направленности и динамики развития опасных экзогенных процессов. Они могут быть использованы при оценке перспективного состояния территорий и выработке решений по управлению рисками их освоения и эксплуатации. Но вместе с тем необходимо отметить, что составленные прогнозы являются сугубо фоновыми и дают лишь самое общее представление о динамике развития
1 Постановление Правительства Москвы от 07.12.2004 № 868-ПП «Об организации мониторинга геоэкологических процессов в городе Москве». Режим доступа: http://www.mos.ru. Дата обращения: 17.09.2012.
2 Там же.
геологических процессов. Получение качественной исходной информации для выработки своевременных управляющих решений требует системного подхода к проблеме. В частности, перспективная оценка опасности развития опасных экзогенных процессов для данной территории должна основываться на системе комплементарных прогнозов различного масштаба и заблаговре-менности. Представляется, что подобная система должна включать прогнозы пространственные различных масштабов; временные региональные долгосрочные и краткосрочные, локальные краткосрочные и оперативные. Система должна включать прогнозы как фоновые, характеризующие естественный режим процессов, так и аномальные, описывающие развитие геологических процессов под влиянием антропогенных воздействий [4].
Создание подобной системы прогнозов в настоящее время связано со значительными трудностями, обусловленными, с одной стороны, недостаточным методическим обеспечением краткосрочного и оперативного прогнозирования, а с другой — большими проблемами с получением исходных фактических данных по режиму проявления конкретных геологических процессов [4].
Таким образом, мы видим актуальность и необходимость развития системы мониторинга посредством создания единого геоинформационного пространства городской территории, в частности г. Москвы, которое обеспечит своевременное получение информации о состоянии объектов и потенциально опасных для эксплуатации городских территориях, проведение упреждающих мероприятий, а самое главное, прогнозирование развития оползневых процессов с течением времени.
Наиболее наглядным способом визуализации результатов исследований, безусловно, является картографическое моделирование.
Картографическое моделирование — одно из фундаментальных понятий картографии — использовалось задолго до внедрения технологий ГИС (географическая информационная система), хотя и не имело четкого научного определения. Оно объединяло и способ анализа картографической информации, и форму ее представления, причем в основном их практическую составляющую. ГИС внесли в это направление много новых полезных возможностей [5].
Технология ГИС позволяет интегрировать разнородные данные и преобразовать их в «удобоваримые», легко воспринимаемые и интуитивно понятные визуальные представления. Технология ГИС транслирует способность проникать в геопространственную суть вещей в приложении к решению социальных и экономических проблем, задачам бизнеса во всех его проявлениях, природоохранной тематике, при поддержке государственного и муниципального управления на местном, региональном, национальном и глобальном уровнях, к научным исследованиям и разработкам [6].
Исследование планируется выполнять с использованием семейства программных продуктов ArcGIS американской компании ESRI (Environmental Systems Research Institute).
В линейке программных продуктов компании ESRI для решения задач моделирования предлагается широкий набор инструментов для выполнения
как элементарных пространственных операций, так и сложных, логическо-ма-тематических функциональных действий над картографическими объектами (модули SpatialAnalyst, 3D Analyst, Geostatistical Analyst, приложение Model Building). Возможно также создание дополнительных расширений и скриптов для решения специализированных задач [5]. Уникальный инструментарий, заложенный в этих ГИС-программах, по достоинству оценили многие специалисты в области мониторинга и прогнозирования экзогенных геологических процессов. Весьма актуальны и интересны, например, труды О. Зеркаля [7], а также разработки зарубежных авторов Дж. Чакона, Т. Фернандеса и др. [8, 9].
В рамках диссертационного исследования эксперимент будет осуществляться в музее-заповеднике «Коломенское». По данным Центра государственного мониторинга состояния недр (ГМСН), за 3-й квартал 2010 г. [10] на территории выявлена активизация глубоких оползней, которые представляют серьезную опасность для архитектурного наследия музея-заповедника. В ходе работы планируется провести сбор информации об условиях образования и развития данных процессов, визуальное и геодезическое обследование данной территории, также будет проводиться периодическая съемка на склонах между опорными реперами. В ходе мониторинга планируется выявить факторы, влияющие на оползневой процесс, а также их зависимость от стадии развития оползня. Авторы предполагают переход к балльным оценкам характеристик факторов по степени их влияния на развитие оползня.
Накопленную научно-техническую информацию целесообразно представить в единой геоинформационной среде методом послойного наложения тематических слоев (топографический план, рельеф, климатические условия и т.д.). Для осуществления этой задачи наиболее удобным инструментом является модуль Spatial Analyst, который считается мощным средством для пространственного анализа.
Основным понятием в Spatial Analyst является понятие грид-темы. Она представляет собой географический слой, где пространство каждого слоя разделено на квадратные ячейки. Каждая ячейка хранит числовое значение данных, передающее информацию о географическом слое, который она представляет.
На основе грид-тем можно проводить такие аналитические операции, как определение уклонов и экспозиции склона, создание рельефа с отмывкой, вычисление кривизны поверхности, а также различные математические и статистические расчеты [11].
Таким образом, ГИС-система оползневого процесса будет представлять собой совокупность картографических покрытий (слоев), связанных с базами данных. Результатом же проводимых исследований и вычислений станет карта активности оползневых процессов на данной территории в актуальном масштабе.
Данная система позволит не только приближенно оценивать состояние территории, но и получать полные сведения о процессах, происходящих на ней, в режиме реального времени и прогнозировать их развитие.
На интерактивных картах ГИС-системы возможно будет отразить в графическом виде все технические показатели каждого процесса на данной территории, оценить надежность принятых инженерных решений, благоприятные и неблагоприятные последствия предпринимаемых природоохранных мероприятий, принять оперативные решения по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий.
В целом результаты данной работы планируется использовать при создании единого геоинформационного пространства г. Москвы.
Библиографический список
1. Володина Л.А., Слепнев П.А. Совершенствование технологии мониторинга городских территорий, подверженных опасным экзогенным геологическим процессам // Сб. тр. Междунар. науч. конф. Москва 19—21 октября 2011 г. М. : МГСУ, 2011. Т. 1. С. 397—400.
2. XXI век — вызовы и угрозы / под общ. ред. В.А. Владимирова. М. : Ин-октаво, 2005. 304 с.
3. Осипов B.M. Природные катастрофы на рубеже XXI века // Вестник Российской академии наук. 2001. № 4. T. 71. С. 291—302.
4. Круподеров В.С., Куренной В.В., Орфаниди Е.К. Актуальные направления гидрогеологических, инженерно-геологических и геоэкологических исследований // Разведка и охрана недр. 2008. № 6. С. 3—7.
5. Попов А.Г. Геолого-картографическое моделирование для решения практических задач // ArcReview. 2006. № 4 (39). С. 13—15.
6. Гохман В.В. Esri: от истоков до наших дней // ArcReview. 2011. 4 (59). С. 1—3.
7. Зеркаль О.В. ГИС при прогнозировании экзогенных геологических процессов // ArcReview. 2003. № 3 (26). С. 7—8.
8. Chac'on J., Irigaray C., Fern'andez T., and El Hamdouni R. Engineering geology maps: landslides and geographical information systems // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2006. no 65, pp. 341—411.
9. Costanzo D., Rotigliano E., Irigaray C., Jim'enez-Per'alvarez J. D., Chac'on J. Factors selection in landslide susceptibility modelling on large scale following the gis matrix method: application to the river Beiro basin (Spain) // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2012, no. 12, pp. 327—340. Режим доступа: http://www.natural-hazards-and-earth-system-sciences.net. Дата обращения: 01.11.2012.
10. Информационная сводка о проявлениях экзогенных геологических процессов на территории Российской Федерации за III квартал 2010 г. / А.А. Вожик, Д.А. Шамурзаева, В.В. Маркарьян, Центр ГМСН ФГУГП «Гидроспецгеология». Режим доступа: http://www.geomonitoring.ru. Дата обращения: 16.09.2012.
11. McCoy J., Johnston K. Using ArcGIS Spatial Analyst ESRI // Redlands, California, USA 2001—2002.
Поступила в редакцию в октябре 2012 г.
Об авторах: Володина Людмила Александровна — аспирант кафедры городского строительства и экологической безопасности, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, volodina.ludmila@mail.ru.
Слепнев Михаил Алексеевич — ассистент кафедры городского строительства и экологической безопасности, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, mik-slepnev@mail.ru.
Для цитирования: ВолодинаЛ.А., СлепневМ.А. Актуальные вопросы технологии мониторинга городских территорий, подверженных оползневым процессам // Вестник МГСУ 2013. № 2. С. 142—148.
L.A. Volodina, P.A. Slepnev
RELEVANT ISSUES OF THE TECHNOLOGY OF MONITORING OF URBAN AREAS
EXPOSED TO LANDSLIDES
The authors argue that there is a need to develop a system of monitoring of landslide processes, particularly in the city of Moscow. Widespread landslides around the world that lead to enormous social and economic losses make the resolution of this problem truly relevant. Landslides occur in 725 cities of Russia. 6 to 15 emergencies caused by landslides are registered in Russia each year.
Having analyzed the current status of the system of monitoring and forecasting of landslide patterns in Moscow, the authors conclude that the present-day projections can only suggest a general idea of the pattern of future geological processes.
Based on these references, literary sources and other materials, the authors are going to develop a geological cartographic model of the landslide pattern in Moscow using ArcGIS software developed by ESRI. The research information available to date will be useful if presented in the unified GIS environment as overlapping thematic layers. Each factor affecting the landslide process will be presented in the form of a layer entered into the database. Spatial Analyst is the most convenient tool that will take account of the interaction of factors.
The result of the research and calculations will represent an interactive map of landslide processes in the area provided in the scale requested by the user.
The interactive GIS system map will identify the characteristics of each process in the area to assess the reliability of engineering solutions, positive and negative consequences of environmental protection actions in order to make prompt decisions depending on variable environmental conditions.
Key words: monitoring of the area, landslide processes, geographical information system, projection of exogenous geological processes.
References
1. Volodina L.A., Slepnev P.A. Sovershenstvovanie tekhnologii monitoringa gorodskikh territoriy, podverzhennykh opasnym ekzogennym geologicheskim protsessam [Improvement of the Technology of Monitoring of Urban Areas Exposed to Hazardous Exogenous Geological Processes]. S6. tr. Mezhdunar. nauch. konf. Moskva 19—21 oktyabrya 2011 g. [Collected works of the International Scientific Conference, Moscow, October 19—21, 2011]. MGSU Publ., vol. 1, pp. 397—400.
2. Vladimirov V.A., editor. XXI vek — vyzovy i ugrozy [21st Century: Challenges and Threats]. Moscow, In-oktavo Publ, 2005, 304 p.
3. Osipov B.I. Prirodnye katastrofy na rubezhe XXI veka [Natural Disasters at the Turn of the 21st Century]. Vestnik Rossiyskoy akademii nauk [Proceedings of the Russian Academy of Sciences]. 2001, no. 4, vol. 71, pp. 291—302.
4. Krupoderov V.S., Kurennoy V.V., Orfanidi E.K. Aktual'nye napravleniya gidrogeo-logicheskikh, inzhenerno-geologicheskikh i geoekologicheskikh issledovaniy [Relevant Lines of Hydro-geological, Geo-engineering and Geo-ecological Research]. Razvedka i okhrana nedr [Prospecting and Protection of Natural Resources]. 2008, no. 6, pp. 3—7.
5. Popov A.G. Geologo-kartograficheskoe modelirovanie dlya resheniya prakticheskikh zadach [Geological and Cartographical Modeling for the Resolution of Practical Tasks]. ArcReview. 2006, no. 4 (39), pp. 13—15.
6. Gokhman V.V. Esri: ot istokov do nashikh dney [Esri: from the Origins to the Present Day]. ArcReview. 2011, no. 4 (59), pp. 1—3.
7. Zerkal' O.V. GIS pri prognozirovanii ekzogennykh geologicheskikh protsessov [GIS in the Projection of Exogenous Geological Processes]. ArcReview. 2003, no. 3 (26), pp. 7—8.
8. Chac'on J., Irigaray C., Fern'andez T., and El Hamdouni R. Engineering Geology Maps: landslides and Geographical Information Systems. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2006, no. 65, pp. 341—411.
9. Costanzo D., Rotigliano E., Irigaray C., Jim'enez-Per'alvarez J. D., Chac'on J. Factors Selection in Landslide Susceptibility Modeling on Large Scale following the GIS Matrix Method: Application to the River Beiro Basin (Spain). Natural Hazards and Earth System Sciences. 2012, no. 12, pp. 327 — 340. Available at: http://www.natural-hazards-and-earth-system-sciences.net. Date of access: November 1, 2012.
10. Vozhik A.A., Shamurzaeva D.A., Markar'yan V.V., compilers. Informatsionnaya svodka o proyavleniyakh ekzogennykh geologicheskikh protsessov na territorii Rossiyskoy Federatsii za III kvartal 2010 g. [Summary Information on Manifestations of Exogenous Geological Processes in the Territory of the Russian Federation in the 3d Quarter of 2010]. Tsentr GMSN FGUGP «Gidrospetsgeologiya» [Center for the State Monitoring of the State of the Subsoil of the Federal State Unitary Geological Enterprise "Special Hydro-Geology"]. Available at: http://www.geomonitoring.ru. Date of access: September 16, 2012.
11. McCoy J., Johnston K. Using ArcGIS Spatial Analyst ESRI. Redlands, California, USA 2001—2002.
About the authors: Volodina Lyudmila Aleksandrovna — postgraduate student, Department of Urban Development and Environmental Safety, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; volodina.ludmila@mail.ru.
Slepnev Mikhail Alekseevich — assistant lecturer, Department of Urban Development and Environmental Safety, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; mik-slepnev@mail.ru.
For citation: Volodina L.A., Slepnev M.A. Aktual'nye voprosy tekhnologii monitoringa goro-dskikh territoriy, podverzhennykh opolznevym protsessam [Relevant Issues of the Technology of Monitoring of Urban Areas Exposed to Landslides]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 2, pp. 142—148.
