Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ опыта использования ГИС-технологий для оценки карстовой опасности
Глава 2. Условия и факторы развития карста 15
Глава 3. Структура и организация данных инженерно-геологических изысканий
Глава 4. Районирование территории по карстовой опасности 62
4.1. Обоснование критериев оценки карстоопасности 63
4.2. Построение карты районирования по карстовой опасности с применением ГИС 68
Глава 5. Моделирование геологической среды
5.1. Создание цифровых карт природных факторов 76
5.2. Количественная оценка влияния природных факторов на интенсивность карстового провалообразования 83
Заключение 87
Список использованных источников 91
Приложения 104
- Анализ опыта использования ГИС-технологий для оценки карстовой опасности
- Структура и организация данных инженерно-геологических изысканий
- Построение карты районирования по карстовой опасности с применением ГИС
- Количественная оценка влияния природных факторов на интенсивность карстового провалообразования
Введение к работе
Постоянный рост объемов инженерно-геологических изысканий и, как следствие, увеличение инженерно-геологической информации сделали актуальной задачу систематизации и анализа инженерно-геологических материалов прошлых лет, их использование для проведения текущих работ, построения прогнозных карт, ведения мониторинга опасных геологических процессов для целей градостроительства. Формирование пространственных инженерно-геологических данных является одной из основ, используемой в градостроительной деятельности. Применение геоинформационных технологий увеличивает эффективность и качество систематизации, анализа, ввода, хранения и обработки геологических материалов. Это предопределило актуальность исследований. Важным направлением этой работы является оценка влияния опасных геологических процессов (ОГП) на городскую территорию, в частности, оценка ее устойчивости к карстовым процессам путем зонирования территории, прогнозирование провалообразования, что, в свою очередь необходимо для принятия решения по выбору площадки для строительства с точки зрения технико-экономического обоснования.
Цель работы — оценка карстовой опасности для объектов промышленного и гражданского строительства и исследование влияния природных факторов на провалообразование с применением ГИС на основе банка данных геологической информации (на примере Заречной части Нижнего Новгорода).
Основные задачи исследования:
Анализ опыта использования ГИС-технологий для оценки карстовой опасности.
Сбор, анализ и систематизация сведений о геологическом, гидрогеологическом, тектоническом строении^ территории, результатов исследо- ваний, проведенных для изучения карста. Определение условий и факторов развития карста Заречной части города. Структурирование данных инженерно-геологических изысканий.
Оценка карстовой опасности Заречной части города.
Построение цифровых карт природных факторов, оценка влияния этих факторов на провалообразование (участок Автозаводского района Заречной части города).
Методы исследований - работа выполнена в программном комплексе «Карта 2005» (разработка КБ «Панорама», г. Ногинск), предназначенном для создания и редактирования карт, решения прикладных задач и разработки специализированных ГИС-при ложений.
Фактическая основа исследований — в основу исследований положены архивные материалы ОАО «НижегородТИСИЗ»: отчеты по объектам промышленного и гражданского строительства, тематические работы, проведенные для изучения карста и оценки карстовой опасности в Заречной части Нижнего Новгорода.
Научная новизна.
Разработаны методические приемы районирования Заречной части города по карстовой опасности и моделирования геологической среды для проверки правильности представлений о влиянии природных факторов на карстовое провалообразование с использованием ГИС.
Выявлены тенденции в формировании поверхностных карстопрояв-лений Заречной части ННовгорода. Это позволяет во многих случаях проводить инженерно-геологические аналогии с использованием относительно хорошо изученных закономерностей провалообразования в карстовом районе Дзержинска.
3. Установлено, образование карстовых провалов маловероятно при мощности глин, перекрывающих растворимые породы, более 10 м, что совпадает с пороговым значением мощности для г. Москвы. Объективность этого критерия подтверждена в результате применения ГИС-технологий.
Защищаемые положения:
Применение ГИС-технологий для оценки карстовой опасности требует не только создания четкой системы ввода, организации и хранения данных, получаемых в ходе инженерно-геологических изысканий, но и глубокого понимания особенностей развития карста и формирования его подземных и поверхностных проявлений, характерных для исследуемой территории.
Особенности формирования карстовых провалов в Заречной части Нижнего Новгорода отражает карта районирования этой территории по карстовой опасности, построенная с применением ГИС-технологий на основе определенных принципов, учитывающих опыт оценки карстовой опасности на территории Москвы.
Сравнительный анализ построенных с помощью ГИС-технологий двухмерных цифровых моделей карт позволил: а) дать количественную оценку влияния природных факторов на интенсивность карстового провало-образования для одного из участков Заречной части Нижнего Новгорода; б) сделать вывод о том, что провалообразование маловероятно там, где мощность глин, перекрывающих карстующиеся породы, превышает 10 м; в) выявить тенденции в формировании карстовых провалов на исследуемой территории, аналогичные тенденциям, характерным для территории Дзержинска Нижегородской области.
Практическая ценность работы.
Предложенные автором принципы моделирования геологической среды с применением ГИС используются для. построения геологических карт.
Созданная автором технологическая схема построения электронной модели карты районирования по карстовой опасности, являющейся важным элементом комплексной строительной оценки территории, может использоваться при создании таких карт на других территориях. Методические приемы структурирования архивных материалов могут эффективно применяться при создании электронных геологических фондов в трестах инженерно-строительных изысканий. Метод оценки влияния природных факторов на провалообразование с применением ГИС может быть использован для получения дополнительной информации о формировании провалов, что необходимо для их обоснованного прогнозирования и рационального выбора защитных мероприятий.
Реализация и внедрение результатов работы
Представленные в данной работе результаты используются в ОАО «НижегородТИСИЗ» при решении производственных задач, создании фондов ГИС ГЕОТОП «Инженерные изыскания» по архивным материалам этой изыскательской организации и для построения электронных геологических карт на территорию города.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практической конференции молодых ученых в ОАО <<ПНИИИС>> (г. Москва, апрель 2006 г.); VI межрегиональной научно-практической конференции Департамента архитектуры и градостроительства Нижегородской области «Новые информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления» (г. Нижний Новгород, апрель 2007 г.); IV общероссийской конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации» (г. Москва, 18-19 декабря 2008 г.).
Публикации - по теме диссертации автор имеет 9 публикаций. Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц и 14 рисунков, 6 при- ложений. Работа состоит их введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 115 наименований.
Благодарности. Особую благодарность автор приносит В.В Толмачеву (ОАО «Противокарстовая и береговая защита», г. Дзержинск) за информационную поддержку и ценные советы и своему научному руководителю. В.П. Хоменко (ОАО «ПНИИИС») за постоянную помощь и консультации. Автор приносит благодарность руководству и коллективу ОАО «НижегородТИ-СИЗ» за предоставление необходимых архивных материалов и техническую поддержку, а также хотел бы особо отметить неоценимую помощь в работе над диссертацией, оказанную начальником производственно-технического отдела Л.А. Кириенко. Автор глубоко признателен Н.Л. Шешене, А.Н. Хац-кевичу, С.Н. Титкову (ОАО «ПНИИИС»), В.В. Дмитриеву (РГГРУ) за ценные рекомендации и конструктивную критику рукописи.
Анализ опыта использования ГИС-технологий для оценки карстовой опасности
В настоящее время в мире существует два направления компьютерного картографирования. Первое подразумевает «ввод-хранение-вывод» информации», второе - «ввод-хранение-обработку-вывод» информации.
При использовании первой технологической схемы существенно облегчается труд по оформлению картографического материала, экономятся время и средства. Вторая функциональная схема более перспективна и производительна. При ее использовании существует возможность обработки значительного количества информации, сосредоточенного в фондах проектных и изыскательских организаций, что позволит проводить оперативное построение моделей, отражающих как статику, так и динамику изменений геологической среды и, в частности, развития карстовых процессов.
Компоненты геологической среды, применяемые для информационного моделирования, состоят из набора признаков в каждой точке пространства. При инженерно-геологических изысканиях для строительства такими точками являются скважины, дудки, шурфы, точки статического зондирования и геофизических наблюдений. По комплексу геолого-геофизических данных требуется оценить распределение числовых или номинальных свойств геологической среды и представить эти свойства в виде цифровых моделей геологического строения территории.
Компьютерное картографирование в инженерном карстоведении включает в себя автоматизацию процессов сбора, систематизации, поиска, обработки и преобразования инженерно-геологической информации. В настоящее время многими специалистами в России и за рубежом довольно успешно решаются эти задачи. В последние годы в России ведущее место среди геоинформационных систем занимают ГИС-пакеты Maplnfo (США, Mapping Information System), Arc View (США), Geo Graph/Geo Draw (Россия) и др. Программы обладают широкими возможностям, позволяющими создавать электронные карты, ГИС-приложения, базы данных. Стандартные функции пространственного анализа данных (определение плотности точек, расстояния между объектами, статистика, построение изолиний и далее) входят в состав большинства российский и зарубежных ГИС-пакетов (модуль «Spatial Analyst» в Arc View и далее). Для исследовательского анализа пространственных данных (выявление тенденций (тренды), местных выбросов (отскоков), оценка корреляции, метод ближайшего соседства и пр.), построения разных выходных поверхностей (таких как прогнозные, вероятностные, квантильные) и оценки точности прогноза (ошибки прогноза), требуется мощный аналитический аппарат, существующий в зарубежных разработках (например, модуль «Geostatistical Analyst» в Arc GIS).
Целевая государственная поддержка научных разработок в области ГИС-технологий, огромный опыт по составлению баз данных, анализу пространственных данных, накопленных карстоведами в других странах, использование аналогичных подходов в отечественном картографировании, позволили автору остановиться только на основных направлениях зарубежных исследований.
С 1984 года в США проводятся регулярные национальные конференции по прикладным проблемам карста под названием «Sinkholes and the engineering and environmental impacts of karst», которые всегда были открыты для специалистов других стран. По опубликованным докладам всех прошедших конференций, представленным в 11-ти сборниках, вполне можно судить об уровне карстологических исследований не только в США, но и во всем мире. В результате анализа докладов, посвященных использованию ГИС-технологий в карстоведении, можно выделить ключевые направления зарубежных исследований: разработка баз данных, оценка карстовой опасности, ГИС-моделирование закарстоеанных участков.
С 1990 г. многие страны использовали ГИС при разработке базы данных по карсту «KEDS», предназначенной для пространственного анализа данных и управления национальными геологическими ресурсами. Используя систему управления базой данной «DBMS», в ряде государств было разработано и применяется математическое моделирование [Gao, Alexander, 2001; Lei etal., 2001] (табл. 1).
В США для штата Миннесота [Gao, Alexander, 2001] была создана база данных признаков карста, включающая провалы, родники, западины, выходы на дневную поверхность, слепые долины, сухие долины и создана карта в цифровом виде. Используя базу данных, авторы с помощью программ «Arclnfo» и «ArcView» проводили сортировку признаков карста по возрасту, мощности осадочного чехла, литологии коренных пород, а затем анализ каждого из параметров. Для анализа результатов применялась программа профессора Р. Барнса (R. Barnes), которая использует координаты UTM местоположений провалов для вычисления направления и расстояния к ближайшему соседу каждого провала.
В штате Кентукки была создана база данных проявлений карста на основании дешифрирования аэрофотоснимков, топографической карты и детальных полевых изысканий [ЬСгокопко, Weber, Gilbert, 2005]. В нее была внесена информация, характерная для карстопроявлений: тип, координаты (широта и долгота), ширина, глубина, длина, глубина кровли коренных пород, возраст и вид грунта. На основании этой базы было осуществлено ГИС-моделирование закарстованности локального участка с использованием программы «ArcGIS» с расширениями «Spatial Analyst» и «Geostatistical Analyst». В результате выявлены области низкой, умеренной и очень высокой закарстованности, районы молодого и зрелого карстового ландшафта. В BGS (Британская геологическая служба) созданы цифровые модели геологических карт масштаба 1:50000 и проведено 3D моделирование грунтовых толщ на территории Великобритании в программе «ArcView» [Cooper at al., 2001]. Был также разработан ряд геологических баз данных, в том числе по карстопроявлениям, что позволяет провести запрос и просмотр информации по карстовым процессам в любой точке территории, выявить связь с геологическим строением, гидрологическими и гидрогеологическими условиями.
С 1997 г. в институте геологии карста Китая создаются локальные и национальные базы данных по провалам. В настоящее время разработана методика оценки риска провалообразования для всего Китая, с использованием ГИС «ArcView» и АНР — методики принятия решений по множеству критериев [Jiang, Lei, Dai, 2005]. Факторы оценки риска включают: типы карбонатных пород, геоморфологическое положение, гидрогеологические условия, наличие горнодобывающей промышленности, автодорог и железных дорог. Все данные были представлены в виде цифровых карт масштаба 1:4000000 как соответствующие покрытия ГИС, установлены значения веса каждого фактора в развитии карста и рассчитан относительный риск провалообразования для каждого фактора. В результате такой оценки было выделено 5 зон: очень высокого риска, высокого риска, среднего риска, низкого риска и очень низкого риска провалоопасности.
Структура и организация данных инженерно-геологических изысканий
В настоящее время инженерно-геологическое картографирование развивается на основе компьютерных банков данных и систем обработки изображений. При этом первоначальными являются задачи создания классификатора объектов, ввода, организации и хранения данных.
Классификатор содержит в себе данные, описывающие внешний вид объекта, его свойства и принадлежность к тому или иному виду данных, обладающему общими признаками.
Анализ методических рекомендаций и нормативных документов позволил автору обобщить весь комплекс геологических факторов, используемых при построении инженерно-геологических карт. Структура электронного классификатора состоит из нескольких слоев, в каждом из которых расположены характерные для данного слоя объекты. Слои имеют следующие названия: 1. «Генетические типы». Генетические типы четвертичных отложений. 2. «Геологические границы». 3. «Горные выработки». Геологические выработки (скважины, дудки, шурфы), точки геофизических наблюдений и опытных инженерно-геологических работ. 4. «Грунты». Инженерно-геологические виды и разновидности скальных, дисперсных и техногенных грунтов. 5. «Геоморфология». Объекты геоморфологии и физико геологических процессов и явлений (границы террас, овраги, оползни, кар стовые и суффозионные проявления). 6. «Гидрогеология». Элементы гидрогеологии (родники, колодцы, гид рогеологические подразделения). 7. «Стратиграфия». Возраст четвертичных и дочетвертичных отложений. 8. «Цитологические особенности». Наиболее часто встречающиеся ли-тологические особенности грунтов (заторфованность, трещиноватость, включения).
Для каждого объекта автор разработал код, ключ, позволяющие осуществлять связь и проводить операции по выборке данных, построению карт, математическим расчетам (приложение 3). Классификаторы масштабов 1:10 000 и 1:500 предназначены для построения инженерно-геологических карт соответственно на стадиях создания генерального плана развития города, разработки проекта строительства и рабочей документации. В районах развития опасных геологических процессов при построении специализированных карт систематизируются и добавляются дополнительные объекты слоев.
При расчленении грунтов по возрасту были использованы принципы стратиграфической классификации Межведомственного стратиграфического комитета России (Стратиграфический кодекс, 1992 г.), местные (региональные) стратиграфические схемы, принятые Геологической службой Министерства природных ресурсов для данной территории.
Согласно СП-11-105- 97 и СНиП 11-02-96, при создании классификатора применялись условные обозначения в соответствии с ГОСТ 21.302-96. Условные обозначения возраста выделяемых отложений приведены в соответствии с единой международной геохронологической шкалой, генетические типы - с общепринятой легендой четвертичных отложений.
Классификация грунтов проведена в соответствии с требованиями ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». Согласно системе таксономических единиц, для классификации грунтов при создании крупномасштабных карт выделены следующие литологические виды грунтов: Класс природные скальные грунты. Виды интрузивных, эффузивных, метаморфических и осадочных пород. Класс природные дисперсные грунты: — вид «глинистый грунт» (супесь, суглинок, глина); — вид «ил, сапропель, заторфованный грунты»; — вид «торф»; — вид «песок» (пылеватый, мелкий, средний, крупный, гравелистый); — вид «крупнообломочный грунт» (глыбовый, щебенистый, дресвяный и далее).
Класс техногенные грунты: виды скальных (полускальных) грунтов, измененных физическим или физико-химическим воздействием; виды природных дисперсных и скальных грунтов (раздробленных), измененных физическим или физико-химическим воздействием; виды дисперсных природных перемещенных и антропогенных образований — насыпные, намывные грунты.
По литологическим особенностям выделены грунты с содержанием растительных остатков, с включением обломочных пород, трещиноватые, песчанистые, заиленные и далее.
Согласно нормативным документам, учитывая природные условия района, введены дополнительные наименования и характеристики пород — лессовый грунт (суглинок лессовый, супесь лессовая), погребенная почва.
В настоящее время в отечественной и зарубежной практике для прогноза карстово-суффозионных процессов существует несколько подходов - 4 подхода к качественному прогнозированию суффозии и 5 методов количественного прогнозирования, применяемых в различных сочетаниях [Хомен-ко, 2003]. Все методы могут успешно применяться для прогноза провальной опасности, особенно при комплексном использовании.
В нашей стране пока не существует методических рекомендаций по карстологическому картографированию, в том числе по созданию единого классификатора данных для прогнозирования карстовых процессов. Класси 53 фикатор для карстовых процессов должен содержать объекты и их характеристики для моделирования геологической среды, определения зависимостей между отдельными компонентами (мощность геологических подразделений и карстовые воронки, коренные породы и рельеф и пр.), оценки риска провальной опасности, признаки карста (воронки, провалы, подземные проявления), характеристику объектов карстовой устойчивости и далее. Для оценки карстовой опасности Заречной части Нижнего Новгорода в электронный классификатор был добавлен слой «Карст», включающий: — объект «карстовая воронка»; — объект «карстовый провал»; — объект «скважина» (вскрывшие полости заполненные водой, переотложенным материалом и далее) (рис. 2); — объекты зон карстоопасности - опасный район, потенциально опасный район, неопасный район, неизученный район. Фрагменты электронного классификатора и семантических характеристик объектов приведены в приложениях 3 и 4. Организация данных. Система организации данных позволяет проводить построение геологических карт, осуществлять прогноз опасных геологических процессов (карст, оползни и далее), проводить оценку риска, поиск информации и прочее.
Построение карты районирования по карстовой опасности с применением ГИС
Прогноз устойчивости территории по карстовой опасности выполнен в программном комплексе «КАРТА 2005» разработки КБ «Панорама» (г. Ногинск), предназначенном для создания и редактирования карт, решения типовых прикладных задач и разработки специализированных ГИС-приложений в среде Windows. Система позволяет создавать векторные, растровые и матричные карты, а так же оперативно обновлять различную информацию о местности [Геоинформационная..., 2005].
Задача построения электронной карты сводится к выбору таких критериев математической обработки, при которых будет построена поверхность, удовлетворяющая некоторому набору свойств. Для карты районирования по карстовой опасности это задача отнесения элементарного участка площади к одной из возможных карстоопасных зон (классов), характеризующихся рядом признаков (табл. 6).
Выбор модели и метода решения. В качестве аналитической модели геологических объектов выбраны сплайн-функции (сплайны). Они обладают необходимой гибкостью, удобны в работе и сравнительно просты. Построить карту в таком случае значит, опираясь на результаты экспериментов, найти значение параметров модели.
Определение принадлежности скважин и поверхностных карстопрояв-лений к зонам карстовой опасности. При использовании метода группирования по классам требовалось определить принадлежность скважин к одной из карстоопасных зон. При этом учитывались: мощность водоупорных татарских отложений, наличие и размер градиента вертикальной фильтрации, размеры подземных полостей, вид их заполнителя и далее (табл. 6). Математическим аппаратом Microsoft Excel рассчитаны градиенты вертикальной фильтрации (см. выше формулу (1)). Определены скважины с присутствием карстовых полостей в татарских глинах, а так же размеры подземных проявлений карста в растворимых породах (больше и меньше 0,5 м). При этом учитывалось условие нахождения полостей вблизи кровли карбонатных пород и, в случае их отсутствия, сульфатных пород, а так заполнитель полостей (заполненные водой или переотложенным материалом). Результаты расчетов по каждой скважине записывались в таблицу ( dbf), фрагмент структуры которой представлен в таблице 7.
Группирование скважин на классы проводилось по результатам расчета признаков карстоопасности (табл. 7) по признаку бинарности (да, нет). В случае отсутствия хотя бы одного признака опасного района, скважина относилась к потенциально опасному району. При этом карстовые воронки (провалы) и озера карстового происхождения автоматически относились к опасной зоне. В связи с недостатком информации, для поверхностных проявлений карста в базу данных вводились только координаты, при этом на юге территории (Автозаводской район) был добавлен ряд воронок, зафиксированных в последние годы. Сложность сбора данных связана с активным строительством, когда все поверхностные проявления карста засыпаются и асфальтируются, отсутствием мониторинга на территории города, неполным описанием карстопроявлений в старых отчетных материалах, неточной привязкой и т.д.
Все точки поверхностных и подземных проявлений карста были разделены на три класса, условно названные 1, 2, 3 (по уменьшению степени опасности). Карстовые воронки (провалы) и скважины позиционировались на карту путем геокодирования, при этом автоматически заполнялась семантические характеристики объектов (приложение 4).
Выделение районов карстовой опасности. В качестве исходных данных для- построения использовались результаты предыдущего этапа, учитываю 71 щие принадлежность скважины к той или иной зоне карстовой опасности и поверхностные проявления карста. Возможность построения сложных поверхностей, заложенных в сплайнах, при небольшом (или неравномерном) числе точек наблюдений делают задачу неопределенной. Для того, чтобы задача имела единственное решение были введены граничные условия: - из всех линий требовалось выделить те, которые имеют минимум кривизны; - результатом построений должна быть карта, графически максимально приближенная к карте, построенной «вручную» [Ценева, 1993]. В этом слу чае достигаются две цели: с одной стороны добиваемся единственности ре шения, с другой — учитываем априорную информацию в виде карты карсто вой опасности. Похожесть карты определяется качественными признаками: расположением опасных зон в местах древних эрозионных врезов, вытянуто стью по направлению тектонической трещиноватости над разломами и далее.
Для создания границ зон карстовой опасности был использован метод построения изолиний по точечным объектам, включающий: - построение триангуляции Делоне по пикетным точкам (объединение пикетов в сеть треугольников, удовлетворяющих условиям теоремы Делоне); - построение сечений (создание системы точек со значениями семантических характеристик, кратных шагу построения изолиний); - отслеживание изолиний (метод перебора и анализа соответствующих сечений); При установке параметров обработки учитывались: - шаг изолиний (определяет интервал сечения характеристики по строения); - коэффициент сгущения, определяющий гладкость линии; — характеристика построения (числовая характеристика, используемая для построения (номер зоны карстовой опасности), взятая из семантики объекта); — тип изолинии (граница основная, предполагаемая); — триангуляция (для более точного определения положения изолиний (без обработки, сгущение, разложение)); — форма изолинии (сглаживание изолиний: по типу кривой Безье или методу В-сплайна). В результате исследований наиболее эффективным оказался метод В-сплайна с коэффициентом сгущения 5. Триангуляция Делоне проводилась «без обработки». Более точно выделяются границы карстоопасных зон при шаге построения 0,75.
Количественная оценка влияния природных факторов на интенсивность карстового провалообразования
Автором проведена оценка степени и характера влияния природных факторов (мощности глинистой покрывающей толщи и глубин залегания кровли карстующихся карбонатных пород) на интенсивность карстового провалообразования по построенным цифровым моделям карт (рис. 13, 14).
Еще в 1948 г. профессор И.В.Попов указывал, что «определение размеров, времени возникновения и скорости развития карста должно основываться на тщательном изучении и оценке относительной роли каждого из факторов карстообразования на каждом участке изучаемой местности». Перечень природных факторов должен определяться из схем механизма карстовых провалов применительно к конкретной инженерно-геологической и гидрогеологической обстановке. Вследствие различного реального сочетания значений этих факторов действие их в целом на рассматриваемой территории может быть выявлено лишь путем статистического анализа [Толмачев, 1986]. Для точности анализа были введены следующие допущения: 1. анализируемые провалы однотипны по механизму их образования; 2. условия сохранности карстовых провалов на рассматриваемой территории примерно одинаковы; 3. внешние природные условия практически не изменяются за время, соизмеримое со сроком сохранности на земной поверхности карстовых провалов; 4. число карстовых провалов, на образование которых оказали влияние техногенные факторы, по отношению к общему числу провалов на данной территории несравнимо мало; 5. исследуемые природные факторы мало связаны с эволюционным характером карстовых процессов.
При количественной оценке влияния природных факторов на интенсивность карстовых провалов на рассматриваемом участке нужно было установить: - наличием связи между данным фактором и происхождением провала; — характер и силу этой связи. Задачи были решены методом теории качественных признаков, целесообразность использования которой связана с тем, что сам факт происхождения провала количественно не выражается, и исследуемые факторы могут быть охарактеризованы не только количественно, но и качественно (например, особенности геологического строения участка и т.п.).
Исходными данными являлись цифровые модели карт природных факторов: карта мощности глинистых отложений татарского яруса и карта кровли карбонатных пород казанского яруса с нанесенными на них карстовыми воронками: Требовалось сравнить влияние этих двух факторов на частоту образования провалов.
Для подсчета размеров площадей развития природных факторов и количества воронок для каждого признака фактора в, ГИС «Карта-2005» использована операция «Статистика объектов», расчет коэффициентов связи проведен в Microsoft Office Excel.
Анализируя характер изменения коэффициентов Q, (смотри табл. 8) на исследуемом участке, сделаны следующие выводы:
1. При увеличении мощности глин, перекрывающих карстующиеся породы, существует тенденция к уменьшению интенсивности провалообра-зования и при мощности более 10 м образование провалов маловероятно. Это можно объяснить тем, что наличие глинистых водонепроницаемых отложений татарского яруса, перекрывающих карстующиеся породы казанского яруса, препятствует поступлению в них агрессивных подземных вод и одновременно затрудняет процесс гравитационного обрушения покрывающих пород за счет достаточно высокой прочности глин.
2. С увеличением глубины залегания карстующихся пород тенденция к снижению интенсивности образования провалов так же прослеживается. Очевидно, это связано с тем фактом, что чем глубже находится полость, тем шире она должна быть, чтобы над ней мог образоваться провал, а крупные полости встречаются намного реже мелких. Точнее влияние данного фактора на карстовое провалообразование можно будет оценить на больших площадях с более контрастным рельефом кровли карстующихся пород (на исследуемом участке глубина залегания карстующихся пород колеблется в интервале от 30 до 40м).
Результаты определений коэффициентов связи аналогичных природных факторов, проведенные для г. Дзержинска [Толмачев, 1996] и исследований автора (см. табл. 4), показали идентичность тенденций в формировании карстовых провалов Заречной части Нижнего Новгорода и Дзержинска.
При оценке территорий развития покрытого карста предложенная методика позволит получить геологическую информацию в любой точке 3D-модели слоев для дальнейшего научного обобщения.
