Использование данных дистанционного зондирования Земли для выбора оптимальных условий размещения инженерных сооружений в закарстованных районах

Недоучет опасных геологических процессов (ОГП) зачастую ведет к удорожанию проекта при необходимости смены генерального планирования с целью обхода участков развития ОГП. Чтобы этого избежать рекомендуется проводить предварительное изучение природных условий территории с использованием данных дистанционного зондирования Земли, имеющихся архивных материалов и данных, хранящихся в открытом доступе. В данной работе рассматривается вопрос выбора оптимальных условий размещения инженерных сооружений в закарстованных районах с применением геоинформационных систем (ГИС).
В качестве изучаемого выбрана закарстованная территория вблизи деревни Пивоварово, во Владимирской области. Широкое развитие проявлений карстового процесса на участке проектирования линейного объекта изначально либо не учитывалось, либо было учтено опосредовано, что в свою очередь привело к изменению проекта и поиску пути обхода карстовых форм. На участке, несмотря на мощную перекрывающую глинистую толщу, весьма активно развивается карстовый процесс, проявляющийся на поверхности в виде провальных форм различного диаметра.
В качестве факторов, выступающих как критерии пригодности территории для оптимального размещения строительного объекта, выбраны:
1) тип местности, как определяющий сложность освоения в период строительства и транспортную доступность в периоды строительства и эксплуатации;
2) уклон поверхности, как влияющий на инфильтрацию пресных атмосферных вод в карстовый массив;
3) расстояние от овражно-балочной сети и водотоков, как определяющий область движения подземных вод по массиву в направлении к области разгрузки.
4) расстояние от карстовых форм и плотность карстовых форм, как описывающие характер поверхностной закарстованности массива.
В качестве модели типов местности была использована мировая модель растительного покрова Европейского космического агентства (ESA) – WorldCover 10 m 2021, представляющая собой глобальную карту почвенно-растительного покрова на 2021 год с разрешением 10 м на основе данных Sentinel-1 и Sentinel-2 [4]. Данная модель носит глобальный характер, что влечет за собой некоторую вероятность ошибки в типизации местности. Рядом авторов отмечаются значительные различия, обнаруженные в некоторых классах растительного покрова, что требует применения методик проверки на основе некоторых эталонных данных. Это касается в первую очередь специфических для территорий типов ландшафтов [3]. Для выбранной автором территории в целях исследования данная модель подойдет, однако можно произвести типизацию местности с использованием методов машинного обучения [1].
Модели уклона местности, удаленности от овражно-балочной сети и сети водотоков получены посредством анализа цифровой модели рельефа ALOS-DEM [3]. Удаленность от водотоков и карстовых форм рассчитана как расстояние по прямой от линий – эвклидово расстояние. Плотность карстовых форм определена как количество форм на единицу площади.
С использованием намеченных критериев создан оптимальный путь по изучаемому закарстованному участку между двумя точками. Для построения оптимального пути сначала получены два растра: накопления расстояния и обратного расстояния, которые в дальнейшем были использованы в качестве входных параметров для построения вектора, описывающего оптимальный путь. Полигональные воронокообразные формы дополнительно указаны в качестве барьеров.
Таким образом, применение данного инструмента на стадии планирования позволит по заданному пользователем входному набору данных выбрать в короткие сроки наиболее подходящее расположение площадки под объект на участке развития ОГП. Предлагаемый подход позволит минимизировать риски увеличения объема инженерно-геологических изысканий из-за возможного переноса площадки в связи с не учтенными на этапе планирования работ факторами, а также повысить безопасность эксплуатации сооружения.