Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших проблем инженерной геологии является разработка теоретических и методологических основ применения количественных методов при инженерно-геологическом картировании, районировании и прогнозе.
Настоящая работа посвящена теоретическому и методологическому обоснованию комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии и разработке методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий. Несмотря на большое количество работ, в которых рассматриваются различные аспекты этой проблемы, общее состояние теории и практики комплексного количественного анализа в инженерной геологии нельзя признать удовлетворительным.
Основними недостатками работ в этой области являются:
-
недоучет структуры взаимосвязи между компонентами инженерно-геологических условий, и, как следствие этого, аддитивный подход к получению интегральных характеристик;
-
отсутствие проверки адекватности используемых моделей природным оригиналам;
-
широкое использование балльных характеристик для количественного выражения компонентов инженерно-геологических условий.
Все эти недостатки нередко приводят к контринтуитивности результатов исследований - т.е. несовпадению реального функционирования литотехнических систем с модельными представлениями.
Предлагаемая нами концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии базируется на синтезе системного подхода и теории поля геологического параметра. Реализация этой концепции дает возможность накапливать и использовать опыт изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации инженерных сооружений в районах с различными инженерно-геологическими условиями. Причем этот опыт накапливается не в какой-нибудь одной организации, а становится всеобщим достоянием.
Цель и задачи работы. Главная цель работы - разработка основных теоретических и методологических положений комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии и методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий применительно к решению задач инженерно-геологичес-
кого картирования, районирования и прогноза. Основные задачи включают:
-
рассмотрение методологических и теоретических аспектов комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии;
-
разработку способов количественного выражения компонентов инженерно-геологических условий;
-
создание методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий;
-
разработку алгоритмов комплексного количественного анализа информации результатов региональных инженерно-геологичес-ккх исследований;
-
экспериментальное подтверждение и проверку разработанных теоретических и методологических положений на основе их реализации для решения различных практических задач.
Научная новизна работы. В работе рассмотрена оригинальная научная концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии, позволяющего на новом качественном уровне подойти к решению актуальных проблем инженерно-геологического районирования, картирования и прогноза. В процессе разработки и реализации предлагаемой концепции получен ряд принципиально новых и важных научных результатов.
-
Рассмотрены основные методологические аспекты использования численных методов в инженерной геологии. Важнейшей задачей использования математических приложений в геологии представляется поиск и построение активных идеальных посредников.
-
Разработано теоретическое обоснование комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии, основой которого является синтез системного подхода и концепции поля геологического параметра. Впервые сформулированы понятия изоморфизма и изомерности инженерно-геологических условий.
-
Разработана методика комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий, в рамках которой:
а) предложены оригинальные способы количественного выраже
ния компонентов инженерно-геологических условий;
б) построены и интерпретированы модели полей показателей
свойств литосферы (компонентов инженерно-геологических
условий) в пределах Уренгойской структуры;
в) разработан способ подсчета весовых коэффициентов отдель-
ных компонентов инженерно-геологических условий при их комплексной количественной оценке;
г) предложен новый прием нормирования количественных харак
теристик компонентов инженерно-геологических условий;
д) доказана возможность и целесообразность использования мер
теории информации с целью комплексной количественной оце
нки инженерно-геологических условий.
4. Разработана методика расчета сложности инженерно-геологичес
ких условий. Сложность инженерно-геологических условий следу
ет рассматривать в двух аспектах:
а) с точки зрения степени изменчивости инженерно-геологичес
ких условий;
б) с прагматической точки зрения, т.е. благоприятности инже
нерно-геологических условий для различных видов хозяйстве
нного освоения территории.
-
Обоснованы критерии оценки кондиционности инженерно-геологических карт.
-
Предложены способы получения комплексных количественных индикаторов компонентов инженерно-геологических условий.
-
Разработана общая схема инженерно-геологического районирования, вклвчаащая на различных уровнях индивидуальный, типологический и функциональный способы районирования.
-
Предложена методика прогнозной оценки изменений инженерно-геологических условий при искусственных взаимодействиях, вклшаодая три этапа: региональный прогноз, прогнозное инженерно-геологическое районирование и локальный прогноз.
На зашиту выносится научная концепция комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии, содержащая шесть защищаемых положений.
-
Теоретической основой комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии является синтез системного подхода и концепции поля геологического параметра.
-
Категориальный базис инженерной геологии целесообразно дополнить такими важнейшими категориями, как изоморфизм и изо-мерность инженерно-геологических условий. Изомерность инженерно-геологических условий может быть выявлена на основе их комплексной количественной оценки.
-
Геологические процессы не могут быть сведены к совокупности детерминированных действий, т.к. вероятность онтологична по
отношению к ним.
4. Информация о компонентах инженерно-геологических условий всегда может быть представлена в численном виде, при этом ни е коей мере не игнорируются качественные признаки, а лишь дается их более точное и рациональное выражение. "5. 5 зависимости от целевого назначения исследований могут быть использованы различные варианты комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий.
При специальном районировании, проводимом с целью выбора наиболее благоприятных в инженерно-геологическом отношении участков конкретного вида хозяйственного освоения территории, в качестве меры эмердженгности инженерно-геологической системы целесообразно использовать интегральный показатель инженерно-геологических условий.
Для разделения некоторой области литосферы на участки, квазиоднородные в отношении состава и объема дальнейших исследований, комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий может быть осуществлена на- основе использования мер теории информации.
С целью выявления закономерностей пространственной изменчивости комплекса инженерно-геологических условий имеет смысл применять факторный анализ исходных данных. 6. Последовательность региональных инженерно-геологических исследований должна соответствовать логической схеме "целое -- анализ - синтез".
Совокупность полученных научных результатов, защищаемых положений и их экспериментальное подтверждение направлены ка решение таких важнейших научных проблем инженерной геологии, как:
-
Разработка системного подхода к изучению объектов инженерной геологии.
-
Разработка логико-формальных основ регионального (индивидуального) , типологического и оценочного инженерно-геологического районирования.
-
Разработка теоретических и геолого-эконокичееккх оснований типизации территорий применительно к требованиям различных вздов строительства.
-
Разработка теоретических и методических основ применения количественных методов в инженерно-геологической картографировании.
-
Разработка методики геолого-экокомической оценки сложности
инженерно-геологических условий.
Реализация результатов исследований и практическая значимость работы. Основные теоретические и методологические положенім работы легли в основу исследований, проведенных кафедрой инженерной геологии по договорам с институтаїлі ВС ЕГИПТЕ, Тюмен-киигипрогазом, Союзгазтехнологией, Надшгазпромом и другими. Результаты исследований внедрены в производство в таких организациях, как ПКИ/ffiC, Сургуттрансгаз, Тюментрансгаз, Южкиигипрогаз и др.
На оснозе результатов научных исследований, изложенных в диссертационной работе, автором создан и читается студента'.; четвертого курса гидрогеологического факультета МГРИ спецкурс "Комплексная количественная оценка инженерно-геологических условий".
Для слушателей факультета повышения квалификации при МГРИ автором читается курс лекций "Комплексный количественный анализ информации з инженерной геологии".
Апробация работы. Основные материалы, методологические и теоретические положения работы изложены в докладах на П-ом и ІУ-ом Всесовзных совещаниях по инженерной геологии и гидрогеологии (Ленинград, 1976, Свердловск, 1984), 1-ом Всесоюзном съезде инженеров геологов, гидрогеологов и геокриологов (Киев, 1968), международном Геологическом Конгрессе (Москва, 1984), Всесоюзном научно-техническом семинаре по инженерно-геологическому картировании и съемке (Москва, 1983), Совещании по применению математических методов и ЭВМ в инженерно-геологических исследованиях (Киев, 1984), Всесоюзном совещании по инженерным изысканиям для объектов газовой промышленности (Воркута, 1985), Совещании по накоплении и обработке инженерно-геологической информации (Одесса, 1985), Региональном научном семинаре (Новочеркасск, 1987), Научно-техническом семинаре (Ташкент, I9S6), ежегодных научных конференциях Московского геологоразведочного института и других совещаниях и конференциях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано более 40 работ.
Исходные данные и личный вклад в решение проблемы. В основу диссертации полояены результаты многолетних (с 1975 года) исследований автора, проводившихся на кафедре инженерной геологии МГРИ, в рамках хоздоговорной и госбюджетной тематики; фондовые и литературные материалы, а также данные научных исследований,
проводимых экспедициями кафедры инженерной геологии МГРИ в различных районах страны. Автор принимал непосредственное участие в этих работах в качестве ответственного исполнителя тем. К личному вкладу автора следует отнести также разработку теоретических и методических аспектов комплексного количественного анализа информации в инженерной геологии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, 10 глав, сгруппированных в соответствии с внутренней логикой работы в 3 части к Заключения. В первой части (главы 1-2) рассмотрены теоретические и методологические аспекты комплексного количественного анализа информации в инженерной геологи;. Вторая часть (глазы 4-6) посвящена изложению методики комплексной количественной оценки инженерно-геологических условий и ее использованию при ингекерно-геологическсм картировании, районировании и прогнозе. В третьей части работы (главы 7-Ю) изложены практические применения теоретических и методических разработок, рассмотренных в первых двух частях. Диссертацию завершают выводы у. библиографический список, включающий 281 наименование.
