Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние проблемы изучения процесса выветривания и его моделирования во времени 11
1.1 Общие сведения о природе и сущности процесса выветривания горных пород 10
1.2 Состояние вопроса по физическому моделированию выветривания горных пород 22
1.3 Состояние вопроса по математическому моделированию выветривания горных пород 25
1.4 Состояние вопроса по моделированию геологических процессов с использованием ГИС 30
2 Инженерно-геологические условия г. Большой Сочи . 35
3 Математическое описание процесса выветривания горных пород в лабораторных условиях с уточнением параметров временной аппроксимации 64
4 Математическое моделирование процесса выветривания с использованием геоинформационной системы 117
4.1 Математическое моделирование с использованием ЭВМ 117
4.2 Создание комплекса электронно-цифровых карт 121
4.2.1 Подготовительный этап (проект карты) 121
4.2.2 Автоматизация 125
4.2.3 Редактирование оцифрованной карты 127
4.2.4 Перевод карты в реальные географические координаты 128
4.2.5 Проверка послойного соответствия 128
4.2.6 Создание атрибутивной базы данных 128
4.2.7 Оформление карты 129
4.2.8 Описание карты 129
4.3 Проведение анализа 129
4.4 Проверка адекватности полученных результатов 139
Общие выводы 143
- Состояние вопроса по физическому моделированию выветривания горных пород
- Состояние вопроса по моделированию геологических процессов с использованием ГИС
- Создание комплекса электронно-цифровых карт
- Проведение анализа
Введение к работе
Интенсивное строительное освоение территории Юга России, его Черноморского побережья, строительство тоннелей и других транспортных сооружений привело к активизации опасных геологических процессов. Строительство новой автомобильной дороги в районе Красной Поляны повлекло за собой необходимость проходки большого количества скальных горных пород и строительство четырех тоннелей. Кроме того, начаты работы по прокладки автомобильной дороги, соединяющей г.Белореченск и Туапсин-ский район через Михайловский перевал, которая позволит сократить путь на Черноморское побережье с шести до трех часов. При составлении проекта и проведении инженерно-геологических исследований было выяснено, что большая часть горных пород, в которых планируется проведение строительных работ составляют аргиллиты юрского и мелового периодов, а также алевролиты. Геологическая особенность аргиллитов состоит в их поведении и изменении физических и механических свойств после вскрытия, т.к. высокопрочные горные породы после начала действия агентов выветривания на верхние слои начинают быстро терять сплошность и разрушаться. Разрушение верхнего слоя толщиной до 0.5-1.1 метра происходит уже в первые часы и дни после вскрытия, что затрудняет процесс строительства и эксплуатации транспортных сооружений и наносит значительный материальный ущерб хозяйству.
Исходя из анализа факторов выветривания, воздействию которых подвергаются горные породы при проведении строительных и буро-взрывных проходческих работ в районе города Б.Сочи и Туапсинском районе, можно сделать вывод о преобладании физического выветривания над химическим и биологическим, хотя действие химических реакций, проходящих внутри породы и расклинивающее действие корней растений необходимо учитывать
при прогнозировании развития скорости и направленности процесса выветривания.
Также развитие и активизация экзогенных процессов в том числе и выветривания в рассматриваемом районе может быть связана с современным движением земной коры, высокой сейсмичностью, повышенной солнечной радиацией, а также резким охлаждением пород ночью. В результате образуются значительные по мощности скопления мелкообломочного материала и мощные зоны элювия. Мощность коры выветривания достигает 50 метров. Скорость разрушения и последующего плоскостного сноса со склонов при крутизне 22-25 достигает 4.5 см/год, при крутизне 9-10 достигает 2 см/год, на более пологих склонах 1-2 см/год.
В процессе выветривания заметно уменьшается плотность скелета, увеличивается коэффициент пористости, уменьшается сцепление грунта. На свежих незащищенных поверхностях мелкообломочная зона образуется через 3-4 часа после вскрытия, через 3-4 дня глубина зоны выветривания составляет 1.0 метр. Резко понижаются физико-механические свойства, что способствует развитию других экзогенных процессов, ведет к потере устойчивости береговых откосов, рабочих бортов карьеров и отвалов, приводит к разрушению искусственных сооружений. Этими обстоятельствами объясняется большое внимание, которое уделяется изучению закономерностей выветривания при инженерно-геологических изысканиях и разработке схем инженерной защиты территорий городов и населенных пунктов.
Для обоснования эффективных мероприятий защиты территории от негативных последствий процесса выветривания необходимо знать закономерности распространения и развития процесса. Изучение режима процесса выветривания - это получение исходных данных для выявления закономерностей и прогноза этих процессов под воздействием природных и техногенных факторов.
7 Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению процесса
выветривания, выявлению закономерностей изменения свойств горных пород под его влиянием, а также физическому и математическому моделированию с целью прогноза развития этого процесса во времени и пространстве.
Актуальность работы — установление закономерностей изменения физических свойств аргиллитов во времени и пространстве от действия основных агентов физического выветривания позволяет дать обоснованный прогноз развития этого опасного геологического процесса и разработать комплекс мероприятий для своевременного предотвращения его дальнейшего разрушающего действия. Это позволит подойти к прогнозу ОГП, возникновение которых связано с продуктами выветривания, накапливающимися на склонах (сели, оползни и обвалы).
Объекты исследования - горные породы - аргиллиты мелового и юрского периодов.
Предмет исследования - изменение физико-механических характеристик горных пород под действием процесса выветривания.
Цель исследования - выявление закономерностей изменения свойств юрских аргиллитов под влиянием процесса выветривания и разработка технологии прогнозирования развития опасных геологических процессов с использованием геоинформационных систем.
Задачи исследования:
анализ современного состояния проблемы изучения процесса выветривания и его моделирования во времени;
выявление связи и установление зависимости между скоростью выветривания аргиллитов в естественных условиях и продолжительностью их испытаний в лаборатории;
выделение природных агентов выветривания наиболее значимых для развития процесса в районе г. Большое Сочи;
картографическое описание выделенных факторов;
- зонирование части территории города по опасности возникновения и
развития процесса выветривания путем картирования его факторов с использованием геоинформационных систем;
- разработка рекомендаций по созданию прогнозных карт развития
процесса выветривания для предотвращения возникновения опасных геоло
гических процессов и обоснования выбора районов под строительство.
Практическая значимость: начальные наработки территориального банка инженерно-геологических данных, станут ядром в системе планирования и выполнения инженерных изысканий для строительства с возможностью прогнозирования влияния строящихся объектов на изменение инженерно-геологических условий района и развития опасных геологических процессов в зависимости от климатических, техногенных и геологических факторов, и дают возможность, опираясь на закономерности изменения физических характеристик аргиллитов, принять необходимые проектные решения для обеспечения функционирования инженерных сооружений.
Научная новизна представленных исследований состоит в:
получены математические зависимости, описывающие изменение физических свойств юрских аргиллитов в процессе выветривания;
получены математические зависимости, связывающие время протекания процесса выветривания юрских аргиллитов в естественных условиях и продолжительность лабораторных испытаний;
разработаны рекомендации по картографическому прогнозированию возникновения процесса выветривания с использованием ГИС;
построена карта зонирования участка территории г.Б.Сочи по возможности возникновения процесса выветривания.
Защищаемые положения:
На защиту автором выносятся следующие основные положения:
- закономерности изменения коэффициентов пористости, фильтрации
и неоднородности, эффективного диаметра и плотности скелета грунта юрских аргиллитов в процессе выветривания от комплекса факторов;
длительность испытаний в лаборатории для получения материалов, выветривание которых происходило в природных условиях в течение определенного промежутка времени;
возможность построения прогнозной карты процесса выветривания путем комплексного послойного пространственного анализа картографического описания агентов выветривания с использованием ГИС;
рекомендации по прогнозированию развития процесса выветривания с использованием ГИС;
карта участка территории г.Б.Сочи с ранжированием по опасности интенсификации процесса выветривания в результате действия природных факторов, созданная с использованием разработанных рекомендаций.
Апробация результатов исследования: различные этапы исследований и концептуальные подходы докладывались и были представлены на конференциях (1995-2004гг) в г.С.-Петербурге («Интеллектуальный потенциал России-в XXI век»), г.Томске («Проблемы геологии и освоения недр», «Геоинформатика 2000»), , г.Краснодаре («Повышение надежности и долговечности автомобильных дорог и искусственных сооружений»), г.Самаре («Актуальные проблемы современной науки»), г.Москве («Международный форум по проблемам науки, техники и образования»), г. Новочеркасске («Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования»), г.Пензе («Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов»), на научном семинаре в ЮРГТУ г.Новочеркасск.
Публикации: по материалам исследований опубликовано 14 печатных работ.
Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованных источников и рекоменда-
10 ций по созданию прогнозных карт возникновения и развития процесса выветривания горных пород в виде приложения. Работа изложена на 154 страницах, включает 22 таблицы, 58 рисунков, список использованных источников содержит 110 наименований.
Работа выполнена в процессе обучения в очной аспирантуре на кафедре кадастра и геоинженерии Кубанского Государственного Технологического Университета.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, к.г.-м.н., доценту Е.Д.Осенней. Автор искренне признателен профессорам В.Н.Синякову и С.В.Кузнецовой, которые ознакомились с рукописью и сделали необходимые замечания.
Состояние вопроса по физическому моделированию выветривания горных пород
При изучении скорости т.е. приращения мощности коры выветривания в единицу времени и интенсивности процессов выветривания можно основываться на данных натурных исследований и результатах моделирования процесса. Интенсивность процесса выветривания есть степень изменения минерального, химического и гранулометрического составов, структуры, текстуры, свойств выветривающих пород в единицу времени [20]. Натурные исследования очень долги и дороги, поэтому все чаще прибегают именно к моделированию процесса в лабораторных условиях. Физическое моделирование - наиболее прямой путь исследований, который основан на аналогии между процессами в природе и в модели: модели претерпевают деформацию под действием веса пород-аналогов и даже разрушаются (методы эквивалентных материалов и центробежного моделирования). Можно сказать, что в этом случае природный процесс заменяется аналогичным ему процессом на лабораторной модели. Физическое моделирование геологических процессов представляет собой метод их изучения путем создания идеальной модели, качественно и количественно описывающей исследуемый процесс (или геологический объект) в соответствии с имеющимися геологическими и геохимическими экспериментальными данными.
Попытки воспроизводства процесса выветривания в лабораторных условиях предпринимались уже неоднократно, но осложнялись масштабностью проявления процесса, достаточно великим количеством действующих факторов и их параметров, их изменениями во времени, а также условиями протекания процессов (определенные температуры, давление и их совместное взаимодействие). Продолжительность процессов выветривания в природных условиях велико и несоизмерима с продолжительностью человеческой жизни, поэтому ставится под сомнение возможность проведение аналогий между результатами, полученными в лабораторных условиях и натуре. Выход был найден и состоял в ускорение изучаемого процесса без возможности его иного качественного развития. Работ, посвященных моделированию процесса выветривания в инженерно-геологических целях не так много. Этим занимались Ю.Д. Матвеев, К.Ш.Шадунц, Е.Д. Осенняя, Н.П. Лукашев, А.Джеймс, Л.АЛрг, М.Галос. В ходе их исследований, было установлено, что горные породы одного и того же типа обладают различной устойчивостью по отношению к одним и тем же факторам выветривания в зависимости от состава и типа цементной составляющей, минералогического и химического состава, стадии выветривания и др.; а также, что доминирующим фактором выветривания для умеренного климата является попеременное увлажнение и высушивание маесива горных пород в естественных и образцов этих же пород в лабораторных условиях. Из немногочисленных работ, посвященных процессу выветривания и удовлетворяющих вышеизложенным требованиям следует выделить работы Л.А.Ярг [20,21], которая проведя эксперименты в лаборатории на приборе "Сокслет", апробировала их результаты на нескольких опытных площадках и вывела зависимости для различных климатических условий и различных групп горных пород.
Используя результаты своих исследований, автор составил описание строения, состава и свойств кор выветривания различных классов горных пород для нескольких стран и регионов России. Для того, чтобы количественно оценить вклад главнейших факторов (температуры, скорости инфильтрации, углекислоты, кислорода) в процессе выветривания, Л.Ярг создала динамическую установку МАК, позволяющую изменять термодинамические, гидрохимические условия в широких пределах. По результатам опытов были сделаны выводы о существенной зависимости участия различных факторов в процессе выветривания от состава исходных пород. Изучение скорости растворения пород по трещине проводилось в специально-сконструированном аппарате А. Джеймсом, который установил, что в зависимости от ширины трещин и агрессивности раствора скорость растворения пород будет различной, так как расстояние, на котором вода насыщается СаСОз, пропорционально скорости растворения. Для района Северного Кавказа, горный рельеф которого преимущественно состоит из юрских и меловых отложений, более ценными являются результаты работы К.Ш.Шадунца и Е.Д.Осенней (1974), которые опираясь на предварительные исследования Адлерского отдела ПНИИИСа и долговременные наблюдения на опытных площадках в районе автодороги Крас-нодар-Джубга разработали методику лабораторного физического моделирования процессов выветривания юрских аргиллитов. Они дали также подробное описание характеристик аргиллитовых осыпей и рассмотрели механизм формирования оползней в глинистых породах, начальное разрушение которых произошло в процессе выветривания [38,52,53].
Состояние вопроса по моделированию геологических процессов с использованием ГИС
Современный этап развития многих научных направлений характеризуется процессом систематизации, классификации, теоретических обобщений, стремлением к синтезу накопленных знаний, традиционные методы и подходы уже не в состоянии справиться с этими задачами. Появилась необходимость создания единой методологической основы, позволяющей органически объединить различные научные подходы в общую концепцию. Сущность ГИС - это способность связывать с картографическими объектами информацию в семантическом виде. . Одним из важнейших мероприятий по уменьшению риска природных и природно-техногенных катастроф является инженерно-геологическое картирование территории города, проводимое по комплексу геологических факторов: рельеф, состав и свойства пород, гидрогеологические условия, развитие геодинамических процессов. В то же время, составление крупномасштабных инженерно-геологических карт — трудоемкая и дорогостоящая работа. Поэтому на смену традиционным способам выполнения этих исследований пришли новые компьютерные технологии, позволяющие составлять карты по мере необходимости с минимальными затратами времени и средств. Для этого требуется собрать все геологические данные, накопившиеся по исследуемой местности, и обработать их в точном соответствии с системными требованиями. Речь идет о составлении геоинформационной системы геологической среды территории.
Вышеназванная система включает многослойную информацию о геологических условиях района, «уложенную» в разветвленную систему банков данных, необходимый инструментарий для оперативного «вызова» требуемых данных для любой точки местности и их обработки для получения в конечном итоге требуемых инженерно-геологических карт, сводных таблиц состава, состояния и свойств пород, геологических разрезов, трехмерных макетов и т.д. Разработка геоинформационной системы геологической среды позволяет решить не только проблему оперативного крупномасштабного картирования любой территории, но и сократить объемы геологоразведочных работ под строительство. Можно более эффективно вести работы по мониторингу, разработать постоянно действующую модель геологической среды, на основе которой осуществлять прогноз развития природных и природно-техногенных геологических опасностей на территории города. Для построения исходной модели задачи используется набор элементов, имеющихся в распоряжении исследователя, изучаются связи между элементами, определяется возможность управления системой. Исходная априорная модель описывается комплексом признаков, определенных практикой и экономической целесообразностью. Эта модель является элементом системы высшего ранга и в свою очередь состоит из элементов, также являющимися системами. По мере накопления фактического материала увеличивается детерминированность исходной модели, приближаясь к природной. Возможно построение бесконечного количества моделей-систем и их постоянное усовершенствование. Также, используя собранную в поле и в архивах информацию, можно отобразить ее в виде целого набора специализированных карт. В этом явное достоинство геоинформационных технологий.
На данном этапе развития геоинформатики в России и внедрении геоинформационных систем в геологическую отрасль, научные исследования в этой области определяются задачами разработки единых методов, подходов, технологий сбора, обработки, интерпретации, распространения геоданных различных типов, формирования геоинформационных ресурсов, прежде всего баз данных и знаний, в интересах наук о Земле, разработки и внедрения цифровых картографических методов моделирования и прогнозирования геологических и геоэкологических процессов. В ИГЕМ РАН при финансовой поддержке РФФИ функционирует центр информационного и коммуникационного обеспечения фундаментальных исследований в области наук о Земле "Минерал". Это совокупность информационных, технологических, коммуникационных и организационных средств, обеспечивающих выборку, хранение и обработку информации (в том числе и цифровых карт), необходимой для эффективного выполнения фундаментальных исследований и распространение полученных научных результатов.
Параллельно идет проектирование специализированных географических информационных систем по крупным эндогенным месторождениям урана России и Восточной Европы под руководством А.В.Веселовского и В.Б.Мещеряковой. При работе используются программные продукты: ERDAS Imagine; ГИС Парк, GeoDraw, ArcINFO, Arc View. В настоящее время в РФ ведется работа по созданию единого цифрового фонда общегеографических и тематических карт масштаба 1:10000-1:1000000, создан ряд региональных ГИС (Север, Байкал, Рязань) [81, 83, 85, 97, 99, 100]. Для этого используются картографические системы: ARC/INFO, IDIRSI (США), TERRASOFT, РАМАР, SPANS, CLIMEX (Австрия), SICAD (Германия) и другие. Имеется опыт использования электронных картографических материалов при составлении долговременных агроэкологических прогнозов. Первые попытки составления прогнозно-минералогических карт коры выветривания с использованием ГИС-технологии на примере Дальнего Востока была предпринята всероссийским институтом минерального сырья им. Н.М. Федоровского в 2000 году. Составление карт кор выветривания производилось с использованием ГИС ARC/INFO 7.1.2 и Arc View 3.2. На карты наносились поля распространения типов горных пород и KB; тектонические нарушения и линейные зоны; месторождения и проявления полезных ископаемых, связанных с КВ. Карты KB на территорию Дальнего Востока, составляемые с помощью ГИС-технологии, позволили институту систематизировать практически неограниченный по объему и разнообразию фактический материал, произвести его точную привязку, обеспечили возможность его многоплановой оценки, подготовив этот материал для научного анализа, комплексного использования и прогноза месторождений, связанных с KB (золотых россыпей, месторождений осадочных групп).
Создание комплекса электронно-цифровых карт
Создание комплекса ЭЦК осуществлялось по разработанным рекомендациям по созданию прогнозных карт возникновения и развития процесса выветривания горных пород. Начальным этапом создания геоинформационной системы выветривания горных пород г.Б.Сочи является выбор программного обеспечения, которое позволит решить все задачи, необходимые в данный момент, а также возникающие в период эксплуатации. Для выполнения проекта было выбрано программное обеспечение фирмы ESRI - ГИС ArcView 3.1 и приложение для решения специализированных задач Spatial Analyst. 4.2.1 Подготовительный этап (проект карты) Картографической основой для создания инженерно-геологической карты послужила топографическая карта масштаба М 1:25000. Также при работе использовались карты инженерно-геологического районирования, инженерно-геологических условий для сейсмомикрорайонирования, а также итоговая карта сейсмического микрорайонирования территории Г.Б.Сочи. Для построения карт климатических факторов использовались данные Сочинской станции Гидрометеорологии по существующим в данный момент точкам наблюдения, а также справочные данные [54,55,56,57]. При построении карт рельефа, уклонов и экспозиции использовались данные по выработкам инженерно-геологических изысканий, которые проводились на данной территории в течении длительного времени [38,58,59,61,88,91,93,95,96].
При проектировании структуры базы данных учитывалось необходимость предельно картографически корректно и полно передать максимальное количество факторов выветривания. Выбор оптимального количества и определение вида входящих параметров влияет на успешность проведения дальнейших исследований хода процесса. Климат и физико-географические условия в целом играют главную роль в направленности экзогенных процессов, характерных для тех или иных ландшафтных обстановок. Направленность экзогенных процессов (снос, транзит) зависит от современного тектонического режима, а генетический тип процесса на суше и соответствующий тип денудации и аккумуляции - от климата. Климатом определяется зональное распределение процессов физического и химического выветривания горных пород и формирование кор выветривания. Климат определяет не только тип и направленность процессов, но и их интенсивность. Поэтому первым из критериев был выбран климат. Выбор определялся, главным образом, разработанностью вопроса о влиянии климата на процесс выветривания, большей независимостью отдельных параметров климата друг от друга, чем параметров других факторов, а также обеспеченностью массовым материалом, необходимым для создания моделей.
Существуют работы [83, 84, 87] в которых уже дана картографическая оценка климата, как одного из важнейших факторов интенсификации процессов выветривания. На основе концепции разрушающего действия на горные породы потенциала природных факторов применяется метод пространственных моделей с использованием ГИС-технологий. Отобраны и совместно проанализированы отдельные частные характеристики климата, обеспечивающие формирование кор выветривания и протекание процесса выветривания, а также изменения характеристик почв. Разработаны подходы к оценке климата как одного из важнейших факторов влияющих на скорость и интенсивность протекания процесса выветривания. М.И.Герасимова [87] подчеркивает большую роль сезонности климата. В теплое время года проявляются наиболее активно аллювиальные, абразионные, склоновые процессы, химическое выветривание и фитогенная аккумуляция. В холодные сезоны - дефляционные и физическое выветривание. Обратный процесс, концентрация стока, может быть следствием либо увеличение осадков, либо возрастания неравномерности их выпадения; в этих случаях происходит врезание потоков и увеличение потока вещества в морфосистемах. Роль атмосферных осадков очень велика как для выветривания, так и для других опасных геологических процессов. Существует проблема в создании их картографического описания, особенно если речь идет об относительно небольшой территории какой является город, т.к. технически очень тяжело внутри города провести границы и выделить зоны с большим, очень большим или небольшим количеством атмосферных осадков. Такая же проблема стоит и с их качественным описанием (кислотность, агрессивность к слагающим породам), хотя это немаловажный фактор выветривания. Это необходимо будет учесть уже на завершающем этапе, когда к учтенным 7-8 факторам можно будет присоединить и этот.
Вторым параметром стало описание географического положение и условий района.Направленность и интенсивность экзогенных процессов определяется прежде всего тектоническим режимом. Сейсмические колебания достаточно часто являются причиной нарушения равновесия толщ пород на склонах и приводит к активизации экзогенных геологических процессов. Поэтому наличие слоя, содержащего информацию о сейсмической активности в рассматриваемом районе было обязательным. Для создания рельефа и дальнейшего построения производных карт экспозиции и уклонов, необходим слой, хранящий отметки земли. Для решения задачи исследования свойств юрских аргиллитов необходимо было создать слой, включающий в себя информацию об инженерно-геологических условиях района, а именно разделение грунтов по устойчивости согласно СНИП Н-7-81, стратиграфическое описание, генезис и литологический состав коренных пород. Для облегчения работы при создании исходных карт и получения производных для выработки выводов необходимы слои, иллюстрирующие положение водных объектов и населенных пунктов, а для решения конкретных задач предотвращения развития экзогенных процессов при строительстве или эксплуатации инженерных сооружений — карту автомобильных, железнодорожных дорог и расположения других инженерных сооружений. Учитывая все вышесказанное, было принято решение о создании слоев, представленных в таблице 4.1:
Проведение анализа
Создание комплекса ЭЦК осуществлялось по разработанным рекомендациям по созданию прогнозных карт возникновения и развития процесса выветривания горных пород. Начальным этапом создания геоинформационной системы выветривания горных пород г.Б.Сочи является выбор программного обеспечения, которое позволит решить все задачи, необходимые в данный момент, а также возникающие в период эксплуатации. Для выполнения проекта было выбрано программное обеспечение фирмы ESRI - ГИС ArcView 3.1 и приложение для решения специализированных задач Spatial Analyst. 4.2.1 Подготовительный этап (проект карты) Картографической основой для создания инженерно-геологической карты послужила топографическая карта масштаба М 1:25000. Также при работе использовались карты инженерно-геологического районирования, инженерно-геологических условий для сейсмомикрорайонирования, а также итоговая карта сейсмического микрорайонирования территории Г.Б.Сочи. Для построения карт климатических факторов использовались данные Сочинской станции Гидрометеорологии по существующим в данный момент точкам наблюдения, а также справочные данные [54,55,56,57]. При построении карт рельефа, уклонов и экспозиции использовались данные по выработкам инженерно-геологических изысканий, которые проводились на данной территории в течении длительного времени [38,58,59,61,88,91,93,95,96].
При проектировании структуры базы данных учитывалось необходимость предельно картографически корректно и полно передать максимальное количество факторов выветривания. Выбор оптимального количества и определение вида входящих параметров влияет на успешность проведения дальнейших исследований хода процесса. Климат и физико-географические условия в целом играют главную роль в направленности экзогенных процессов, характерных для тех или иных ландшафтных обстановок. Направленность экзогенных процессов (снос, транзит) зависит от современного тектонического режима, а генетический тип процесса на суше и соответствующий тип денудации и аккумуляции - от климата. Климатом определяется зональное распределение процессов физического и химического выветривания горных пород и формирование кор выветривания. Климат определяет не только тип и направленность процессов, но и их интенсивность. Поэтому первым из критериев был выбран климат. Существуют работы [83, 84, 87] в которых уже дана артографическая оценка климата, как одного из важнейших факторов интенсификации процессов выветривания. На основе концепции разрушающего действия на горные породы потенциала природных факторов применяется метод пространственных моделей с использованием ГИС-технологий. Отобраны и совместно проанализированы отдельные частные характеристики климата, обеспечивающие формирование кор выветривания и протекание процесса выветривания, а также изменения характеристик почв. Разработаны подходы к оценке климата как одного из важнейших факторов влияющих на скорость и интенсивность протекания процесса выветривания.
М.И.Герасимова [87] подчеркивает большую роль сезонности климата. В теплое время года проявляются наиболее активно аллювиальные, абразионные, склоновые процессы, химическое выветривание и фитогенная аккумуляция. В холодные сезоны - дефляционные и физическое выветривание. Обратный процесс, концентрация стока, может быть следствием либо увеличение осадков, либо возрастания неравномерности их выпадения; в этих случаях происходит врезание потоков и увеличение потока вещества в морфосистемах. Роль атмосферных осадков очень велика как для выветривания, так и для других опасных геологических процессов. Существует проблема в создании их картографического описания, особенно если речь идет об относительно небольшой территории какой является город, т.к. технически очень тяжело внутри города провести границы и выделить зоны с большим, очень большим или небольшим количеством атмосферных осадков. Такая же проблема стоит и с их качественным описанием (кислотность, агрессивность к слагающим породам), хотя это немаловажный фактор выветривания. Это необходимо будет учесть уже на завершающем этапе, когда к учтенным 7-8 факторам можно будет присоединить и этот. Вторым параметром стало описание географического положение и условий района.Направленность и интенсивность экзогенных процессов определяется прежде всего тектоническим режимом. Сейсмические колебания достаточно часто являются причиной нарушения равновесия толщ пород на склонах и приводит к активизации экзогенных геологических процессов. Поэтому наличие слоя, содержащего информацию о сейсмической активности в рассматриваемом районе было обязательным. Для создания рельефа и дальнейшего построения производных карт экспозиции и уклонов, необходим слой, хранящий отметки земли. Для решения задачи исследования свойств юрских аргиллитов необходимо было создать слой, включающий в себя информацию об инженерно-геологических условиях района, а именно разделение грунтов по устойчивости согласно СНИП Н-7-81, стратиграфическое описание, генезис и литологический состав коренных пород. Для облегчения работы при создании исходных карт и получения производных для выработки выводов необходимы слои, иллюстрирующие положение водных объектов и населенных пунктов, а для решения конкретных задач предотвращения развития экзогенных процессов при строительстве или эксплуатации инженерных сооружений — карту автомобильных, железнодорожных дорог и расположения других инженерных сооружений. Учитывая все вышесказанное, было принято решение о создании слоев, представленных в таблице 4.1: Разрешения вопросов секретности и защиты информации создаваемой системы было осуществлено с использованием электронного ключа, исключающего допуск человека, не обладающего им к информации, даже при наличии соответствующего программного обеспечения. Вся информация, на основе которой создавалась карта инженерно-геологического районирования и рельефа местности была предоставлена ЗАО ТИСИЗ. 4.2.2 Автоматизация Вторым этапом становится непосредственное создание электронно-цифровой карты (создание графической базы данных). Это один из основных этапов. При создании основы графической базы данных проекта использовалась сканерная технология с последующей векторизацией из-за высокого качества получаемых результатов и меньшей трудоемкости. Были осуществлены следующие виды работ: - сканирование картографических планшетов и преобразование растрового изображения в нужную проекцию; - сшивка планшетов растра; - привязка растрового изображения (растровая подложка); - векторизация (создание векторной модели); - разнесение результатов оцифровки по электронным слоям; 126 Оцифровка и первичная обработка существующего картографического материала (удаление «шумов», повышение контрастности и т.д.) производилось в программе "Adobe PhotoShop 7". Окончательная сборка всех карт на территорию города Б.Сочи протяженностью 150 км осуществлялась в программе Easy Trace 6.0. Сборка происходила следующим образом: 1 на.первом и втором растрах находятся три точки, общие для обоих, лучше если это будут тики т.е. пересечения линий координатной сетки; 2 на первом растре отмечают выбранные три точки, далее используя команду Соединить, выбирают те же точки на втором растре; 3 после окончания выполнения операции, получается новый растр, содержащий уже два ранеесуществующих. Привязка растрового изображения выполнялась как карта-схема в условной системе координат.
Векторизация полученной электронной растровой карты реализовыва-лась в программе AutoCad 14R. Это позволило информацию, находящуюся на одной бумажной карте, разделить на отдельные слои. Все запланированные слои были созданы. Для проверки адекватности результатов, которые будут получены при совместном комплексном анализе факторов выветривания, представленных в виде карт, необходимо их сравнить с существующим инженерно-геологическим районированием рассматриваемой территории. Поэтому создаем электронную карту, содержащую разделение территории на зоны по степени пригодности для строительства. Для этого используется существующая карта на бумажном носителе. После окончания векторизации в программе AutoCad, вся информация была передана в программу ArcView 3.1. К окончанию второго этапа были созданы слои: - Реки- Населенные пункты - Сейсмика - Литология - Стратиграфия - Отметки земли - Температура воздуха - Температура почвы - Категории грунтов С использованием слоя Отметки и атрибутивной базы данных к нему, на более позднем этапе, создается карта рельефа. На базе факторной карты рельефа при дальнейшей работе могут быть получены в автоматическом режиме карты крутизны и экспозиционности склонов.
