География и геология/ Гидрология и водные ресурсы

Назарекно И.А.

ГНЦ РФ НИИ «ВОДГЕО», Москва

ГИС в гидрогеологических исследованиях
(на примере ОАО «АвтоВАЗ»)

Современное развитие промышленного и гражданского строительства на слабопроницаемых грунтах во многих случаях сопровождаются обводнением верхней толщи разреза застраиваемых территорий, создающим угрозу для сохранности и долговечности зданий и сооружений. В связи с этим вопросы обводнения застраиваемых территорий приобрели определенное народнохозяйственное значение.

С тех пор как стали проводиться наблюдения за развитием обводнения промышленных площадок и территорий селитебной застройки, накоплен определенный материал режимных наблюдений за подземной гидросферой, который представляет как научный, так и практический интерес.

Вместе с тем дренажные подземные воды представляют существенный интерес и для промышленного водоснабжения, особенно в тех случаях, когда возможные источники поверхностных вод значительно удалены от потребителя или имеют неудовлетворительные физико-химические характеристики.

В научном отношении результаты изучения формирования режима подземных вод и прогноза его изменения на застраиваемых и застроенных территориях важны для решения проблемы предупреждения, защиты зданий и сооружений от подтопления и утилизации дренажных вод. Тем более целесообразно комплексное решение проблем подтопления и использования дренажных вод в целях промышленного водоснабжения, что в ещё большей мере расширяет и усложняет круг решаемых вопросов. В этом случае большое значение имеет автоматизация и применение ГИС-технологий в решении таких проблем.

Для решения проблем подтопления и водоснабжения необходимо наличие большого объёма исходных данных (геологических, гидрогеоэкологических и др.), обработку и использование которых в современных условиях наиболее технологично проводить с применением ГИС-технологий. На базе промплощадки завода «АвтоВАЗ» применяется такая технология.

Тольяттинский автозаводской комплекс – крупнейший комплекс предприятий автомобильной промышленности, территория промышленной части которого составляет 520 га.

Промплощадка ОАО «АвтоВАЗ» является постоянно изменяющейся динамической многокомпонентной природно-техногенной системой. За период многолетней эксплуатации застроенной территории завода заметно активизировались такие опасные геологические процессы как подтопление, деформации грунтов оснований и снижение их несущей способности, агрессивное воздействие грунтовых вод на заглубленные конструкции. Возникает угроза для физической сохранности зданий и сооружений, устойчивой работы предприятия.

В рамках мероприятий по инженерной защите предприятия возникла необходимость создания единой постоянно действующей системы геологической безопасности завода («СГБ АВТОВАЗ») (рис.1.), позволяющей контролировать сложившуюся здесь опасную ситуацию и принимать управленческие решения. В рамках этой программы была создана геоинформационная система состояния подземной гидросферы территории «АвтоВАЗ» (ГИС-геология АвтоВАЗ).

Рис. 1. Структура системы геологической безопасности

Бурное распространение геоинформационных технологий привело к тому, что сегодня на российском рынке действует большое количество организаций и фирм, распространяющих программное обеспечение ГИС-проектов. Имеющиеся геоинфомационные системы, в большинстве своем, представляют собой технологическую основу создания географических информационных систем. Информационная система «ГИС-геология АвтоВАЗ» – это, прежде всего, информационная система подземной гидросферы крупного промышленного предприятия нашей страны ОАО «АвтоВАЗ». И общие принципы построения ГИС, и созданный конкретный проект ориентированы на геологическую практику, на создание удобной среды геологических и гидрогеологических исследований.

Одной из основных задач ГИС является визуализация пространственных данных. Научная визуализация – это создание графических образов, в максимально информативной форме воспроизводящих значимые аспекты исследуемого процесса или явления. При этом большой объем результатов моделирования представляется в компактной и легко воспринимаемой форме. Преставление в виде графических образов позволяет исследователю увидеть изучаемую систему или процесс изнутри, что было бы невозможно без визуализации данных. И, иногда, именно визуализация приводит к полному пониманию явления.

Рис. 2. «ГИС – геология АвтоВАЗ»

ГИС-геология АвтоВАЗ (рис.2.) была реализована для упрощения процессов принятия управленческих решений. Она позволяет достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффективный. Это достигнуто благодаря возможности представления требуемой для принятия решений информации в лаконичной картографической форме с дополнительными табличными данными, графиками и диаграммами, т.е. визуализации данных ).

Основным критерием качества геологического мониторинга является адекватность управленческих решений, принимаемых персоналом на основе информации, предоставляемой этой системой. Обеспечение такой адекватности возможно только на основе правильной интерпретации представляемых системой результатов, что, как правило, невозможно без их наглядного графического представления. Таким образом, чрезвычайно важной функцией эффективной системы мониторинга становится функция визуализации текущего состояния среды.

Геоинформационная система ГИС-геология АвтоВАЗ - это комплекс программ, объединяющий традиционные операции работы с базами данных, такими как запрос и статистический анализ, с преимуществами полноценной визуализации и пространственного анализа, которые предоставляет фактический картографический материал. ГИС - не инструмент для выдачи решений, а средство, помогающее ускорить и повысить эффективность процедуры принятия решений. Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными табличными данными, графиками и диаграммами.

Пользователями ГИС могут быть как технические специалисты, разрабатывающие и поддерживающие систему, так и обычные сотрудники (конечные пользователи), которым ГИС помогает решать текущие проблемы.

Влияние хозяйственной деятельности на подземную гидросферу проявляется в изменении балансовых составляющих потока подземных вод, условий формирования уровенного и температурного режима, химического состава подземных вод. Гидрогеологические режимные наблюдения за подземными водами являются составной частью мониторинга геологической безопасности, позволяющей охарактеризовать пространственное и временное изменение состояния подземной гидросферы на территории и объектах ОАО «АвтоВАЗ».

Наблюдения проводятся по наблюдательной сети, представляющей собой совокупность стационарных режимных гидрогеологических скважин, предназначенных для изучения природных и техногенных факторов, влияющих на формирование гидрогеологических условий территории и объектов ОАО «АвтоВАЗ». В настоящее время постоянно действующая режимная сеть на территории завода и прилегающих к ней внеплощадочных объектов состоит из 264 наблюдательных скважин.

Данные режимных гидрогеологических наблюдений носят регулярный характер: ежемесячные замеры уровней и температуры. оперативно вводятся в базу данных геоинформационной системы «ГИС-геология АвтоВАЗ», где обрабатываются в совокупности с данными за любой период наблюдений.

База данных режимных гидрогеологических наблюдений является постоянно обновляемой и пополняемой, в связи, с чем организован четкий порядок работы. После введения данных выполняется обработка входных документов, данные анализируются, выполняется построение карт уровенной и температурной поверхностей, графиков изменения уровней, температуры, формируются выходные документы для аналитической обработки.

Гидрогеохимические опробования (отбор проб воды на стандартный и специальный химический анализ) проводятся во всех скважинах режимно-наблюдательной сети ежеквартально. При вводе данных ГИС выполняет все расчеты, по которым формируются специализированные печатные формы, графики, выполняется построение карт минерализации и отдельных показателей качества подземных вод.

По результатам обработки производится анализ данных наблюдений, заключающийся в отбраковке недостоверных (случайных) данных, в выявлении проблемных и аварийных участков, в оценке влияния режима эксплуатации водозаборно-дренажной системы ВАЗа на гидрогеологическую обстановку.

На территории ОАО «АвтоВАЗ» постоянно принимаются меры по нормализации геологической ситуации на площадке завода: ввод в эксплуатацию водозаборно-дренажной системы, предназначенной для защиты территории от подтопления, наблюдения за динамикой изменения уровня грунтовых вод, позволяющие установить участки действия дополнительного инфильтрационного питания, слежение за деформациями зданий и сооружений.

Для поддержания уровней грунтовых вод на безопасных для эксплуатации зданий и сооружений отметках на заводе действует Водозаборно-дренажная система. Это достигается путем откачки воды из аллювиальных песков, имеющих тесную гидравлическую связь с грунтовыми водами перигляциальных отложений, и обеспечения производств технической водой.

На территории ОАО «АвтоВАЗ» развиваются два вида опасных геологических процессов: подтопление и просадочные явления.

Для обеспечения безопасной эксплуатации зданий и сооружений на территории промплощадки осуществляется комплексный контроль состояния инженерно-геологической среды. В частности, ведутся инструментальные геодезические наблюдения за осадками фундаментов сооружений. Периодичность наблюдений устанавливается в зависимости от инженерно-геологических условий, величины ожидаемых деформаций, степени стабилизации и от значимости сооружений, обычно это 2 цикла наблюдений в год. Измерения производятся по стенным маркам, установленным на несущих конструкциях корпусов, от опорных реперов.

В ГИС реализован механизм ведения инструментальных геодезических наблюдений., Результаты представляются в ведомостях отметок и осадок марок, полученных как разность отметок одноименных марок из смежных циклов наблюдений с нарастающими итогами за весь период наблюдений. А также, результаты наблюдений представляются в виде схем распределения осадок в плане.

На основании геодезических наблюдений составляется научно-технический отчет, включающий анализ геодезического мониторинга деформационных процессов в различных формах, материал для которого готовится в «ГИС-геология АвтоВАЗ».

В рамках комплексной системы на территории ОАО «АвтоВАЗ» проводятся инженерно-геологические изыскания, включая бурение технических инженерно-геологических скважин. Из всех скважин, согласно техническим заданиям, выполняются отборы монолитов грунта и проб нарушенной структуры на лабораторные изыскания.

Основная цель инженерно-геологических изысканий заключается в оценке изменения физико-механических свойств грунтов в процессе эксплуатации завода с целью детализации инженерно-геологических условий и выявления наиболее потенциально опасных участков, где имеют развитие неблагоприятные инженерно-геологические процессы.

Таким образом, «ГИС-геология АвтоВАЗ» полный комплекс всех необходимых наблюдений и их обработки. Т.е. информационная система «ГИС-геология АвтоВАЗ» обеспечивает сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно-координированных данных. ГИС содержит данные об объекте в форме их цифровых представлений (векторных, растровых). Требуемая для принятия решений информация может быть представлена в лаконичной картографической форме с дополнительными табличными данными, графиками и диаграммами. Наличие доступной для восприятия и обобщения информации позволяет сосредоточить усилия на поиске решения, не тратя значительного времени на сбор и осмысливание доступных разнородных данных. ГИС позволяет достаточно быстро рассмотреть несколько вариантов решения и выбрать наиболее эффективный.