5 курс / ОЗИЗО Общественное здоровье и здравоохранение / Инновационное_развитие_науки_фундаментальные_и_прикладные

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Эксперименты показали, что при переходе от h < hк к h ≥ hк пропускная способность увеличивается менее резко, чем это следует из рекомендации

работы [10], где советуется принимать

U = 8,98 h 0,8 i0,5/ hк0,7(Nd)0,35 (2)

Этот вывод позволил исключить из состава первоочередных расчѐтных схем оценку ситуаций, складывающихся при неравномерном по фронту завесы затопления кустов hк/h и при наклоне кустов потоком. Менее актуальным становится и вопрос об определении репрезентативного значения высоты куста hк.

Одной из основных трудностей при расчѐтах и составлениях затопленного кустарника является отсутствие достаточно полной и объективной геометрической модели куста, разработанной применительно к гидравлическим расчѐтам. Для задачи определения наклона кустов ивы потокам такая модель была построена на основе двух допущений:

1.Все ветви подобны, то есть одинаковы сбеговые характеристики: d – диаметр ствола, l – длина ветви от вершины.

2.Сумма площадей срезов выше разветвления равна площади исходного

ствола.

Для создания более полной геометрической модели куста по результатам обработки ограниченного числа натурных обмеров ивы белой получено следующее допущение: для трѐх смежных ответвлений, включая основной ствол, в пределах от 0 до 1,0 равновероятны любые значения площадей среза, отнесѐнных к площади среза разветвления. В результате получено наиболее вероятное соотношение площадей срезов: 0,55:0,31:0,14.

Влияние на поток полос кустарника, простирающихся вдоль течения, приближѐнно оценено с использованием решения о взаимодействии параллельных плановых струй [21, 22]. Для русла с затопленными приурезными посадками вдоль одного берега получено следующее изменение

коэффициента шероховатости:

nΣ/n = {1 + 0,5 [ (nк/n)2 - 1]}0,5 / {1 + Х [0,5 hк/h (1 - n/nк)]0,5}, (3)

где: – h, ω, n - средняя глубина, площадь живого сечения, коэффициент шероховатости основного русла без учѐта зоны затопления посадок;

–hк, ωк, nк - глубина воды на границе между русловым потоком и затопленными посадками, площадь заросшей части живого сечения и коэффициент шероховатости для этой зоны;

–nΣ - коэффициент шероховатости всего живого сечения;

–Х = (0,6...1,3) h2к/ ω и приближѐнно можно считать, что Х ≈ ωк/ω при выполнении условия ωк < (0,6...1,3) hк2.

Общее сопротивление русла при затоплении лишь приурезных посадок

увеличилось значительно, например, nΣ/n = 1,5 при nк/n = 10 и ωк/ω = 0 ,25. Основная причина этого изменения – увеличение уклона трения в заросшей

части живого сечения по сравнению с геометрическим уклоном.

139

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

В соответствии с увеличением общего сопротивления должно происходить увеличение уклонов и скоростей воды у берега, противоположного заросшему.

Таким образом, можно констатировать, что в основу взаимодействия с рекой должна ставится как эксплуатация гидротехнической системы комплексных мелиоративных мероприятий на отдельных пойменных массивах, так и учѐт расположения защитных фитомелиоративных компонентов на разных участках водотока, что не всегда связано с капитальными реконструкциями рельефа и режимов стока в контурах водного объекта. Методы технологического контроля за поведением речной экосистемы в режиме взаимодействия с ней требуют специальных натурных исследований и индивидуальной обработки для отдельного объекта регулирования и ренатурирования, схем лесополос и состава аллювиальных отложений [23].

При интенсивном сельскохозяйственном освоении поймы пологие выпуклые берега излучины водотока часто покрыты густыми зарослями кустарника на широкой полосе от меженного уреза до высоких отметок поймы. Крутые вогнутые берега, как правило, от уреза до высоких отметок прируслового вала практически не имеют растительного покрова. Влияние затопленных приурезных посадок на деформации противоположного берега, здесь, по-видимому, значительно ускоряет процесс планового развития излучин, увеличивает асимметрию живого сечения, усиливает перенос отложений к выпуклому берегу.

Список литературы

1.Восстановление и охрана малых рек: Теория и практика /пер. с англ. А.Э. Габриэлян, Ю.А. Смирнов. М.: Агропромиздат, – 1987. – 317 с.

2.Сухоруких Ю.И. Основы инженерной биологии с элементами ландшафтного планирования. Майкоп – М.: Т-во научн. Изданий КМК, –

2006. – 281 с.

3.Румянцев И.С., Чалов Р.С., Кромер Р., Нестманн Ф. Природоприближѐнное восстановление и эксплуатация водных объектов. М.:

МГУП, – 2001. – 285 с.

4.Ткачев Б. П., Булатов В. И. Малые реки: современное состояние и экологические проблемы Small rivers: state-of-the act and ecological problems:

Аналит. обзор / ГПНТБ СО РАН. Новосибирск. – 2002.

5.Куликова А. А., Черных О.Н. Проблемы и пути решения вопросов ренатурирования малых рек Москвы / Сборник статей II Международной научно-практической конференции. Петрозаводск: МЦНП «Новая наука», –

2022. c. 244 – 252.

140

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

6.Черных О. Н., Ханов Н. В., Бурлаченко А. В. Пути решения проблем комплексной экологической реабилитации и природоприближенного восстановления малых рек русских усадеб Москвы // Природообустройство, - 2019. – №1. С. 47 – 55.

7.Ткачев Б. П., Булатов В. И. Малые реки: современное состояние и экологические проблемы Small rivers: state-of-the act and ecological problems: Аналит. обзор / ГПНТБ СО РАН. — Новосибирск, – 2002.

8.Черных О.Н., Алтунин В.И., Сабитов М.А. Типизированные приѐмы экологического восстановления малых рек Москвы (на примере р. Сетунь). // Природообустройство. №. 3. – 2015. С. 66 – 72.

9.Дмитриева И. Л., Гурьевич Т. Б. Малые реки Москвы: диагностика состояния и рекомендации по природоприближѐнному восстановлению // Гидротехническое строительство. №5. – 2015. С.10 – 17.

10.Альтшуль А.Д., Нгуен Тай, Исследование гидравлических сопротивлений в заросших руслах // Гидротехника и мелиорация. – 1973. – №4.

11.Черных О. Н., Ханов Н.В., Бурлаченко А.В. Берегоукрепительные конструкции водных объектов. Часть 1. M.: РГАУ MCXA, – 2019. — 145 с.

12.Черных О. Н., Ханов Н.В., Бурлаченко А.В. Берегоукрепительные конструкции водных объектов. Часть 2. М.: РГАУ MCXA, – 2020. — 185 с.

13.Беляков А. А. О проекте речной доктрины Российской Федерации // Труды АПВН, вып.12, – 2018. – 175 с.

14.Беляков А. А. Транспортно-энергетическая водная сеть России. М.; СПб.; Нестор-История, – 2016.

15.Беркович К.М. Современная трансформация продольного профиля верхней Оки // Вестник Моск. Ун-та. Серия 5. География. – 1993. №3.

16.Беркович К.М., Чалов Р.С. Русловой режим и принципы его регулирования при развитии водного транспорта // География и природные ресурсы. - 1993. №1.

17.Черных О.Н., Алтунин В.И., Сабитов М.А. Типизированные приѐмы экологического восстановления малых рек Москвы (на примере р. Сетунь). // Природообустройство. №. 3. – 2015. С. 66 – 72.

18.Ратанова М.П., Сороковникова Н.В. Оценки воздействия хозяйственной деятельности на природную среду // Вестник Моск. Ун-та. Сер.

5.География. 1988. №4.

19.Исмаилов Г. Х., Муращенкова Н. В. Анализ и оценка поверхностных водных ресурсов бассейна реки Оки // Природообустройство, - 2019. №5. С. 56 – 61.

20.Берковиич К.М., Злотина Л.В., Турыкин Л.А. Вертикальные русловые деформации верхней и средней Оки и их связь с хозяйственной деятельностью // Водохозяйственные проблемы русловедения. Выпуск. 1. М.:

– 1994. С. 105 – 114.

141

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

21.Корюкин С. Н. Регулирование русел рек в мелиоративных целях. М.: Колос, – 1972.

22.Корюкин С.Н., Букреев В.П., Натальчук Ю.М. Регулирование русловых процессов на пойме при ограниченном меандрировании // Труды

т. 52, выпуск Гидравлика, использование водной энергии, М.: – 1977.

С. 9 – 13.

23. Черных О.Н., Бурлаченко А.В. Особенности использования методов ландшафтной гидротехники при восстановлении рек. Сборник статей V Международной научно-практической конференции. Петрозаводск: МЦНП

«Новая наука», – 2023. – 475 с. С.327 – 333.

142

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

УДК 550.34.035

DOI 10.46916/03042023-2-978-5-00174-921-9

Глава 8. СЕЙСМОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ МОНИТОРИНГА СЛАБОСЕЙСМИЧНОЙ ТЕРРИТОРИИ

Сафронич Игорь Николаевич

младший научный сотрудник ФИЦ «Единая геофизическая служба РАН»

Аннотация: Рассмотрены особенности использования в единой сети мониторинга платформенной территории разнотипного оборудования. Изложен методический подход к выбору и тестированию комплектов сейсмического оборудования для сейсмической сети на слабосейсмичной территории. Показано, что методический подход, на основе амплитудных спектров одномоментных записей регулярных фоновых колебаний, позволяет выявить проблемы и оценить возможность совместной работы комплекта оборудования даже с неизвестными характеристиками.

Ключевые слова: Сеть сейсмических станций, тестирование сейсмического оборудования, амплитудный спектр.

SEISMOLOGICAL EQUIPMENT FOR MONITORING

A WEAKLY SEISMIC TERRITORY

Safronich Igor Nicolaevich

Abstract: The features of using different types of equipment in a single monitoring network of the platform territory are considered. A methodical approach to the selection and testing of sets of seismic equipment for a seismic network in a weakly seismic area is described. It is shown that the methodical approach, based on the amplitude spectra of simultaneous recordings of regular background oscillations, allows us to identify problems and assess the possibility of joint operation of a set of equipment even with unknown characteristics.

Key words: Network of seismic stations, testing of seismic equipment, amplitude spectrum.

Актуальность работы. Мониторинг является главной составляющей сейсмологических исследований. Его основная задача – регистрация сейсмических событий различной природы с расчетом их параметров, которые в дальнейшем используются для оценки сейсмических условий региона. Это позволяет за счет снижения рисков от их негативных воздействий на человека, и его среду обитания обеспечивать его

143

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

сейсмическую безопасность. Система сейсмологических наблюдений в России включает более 330 современных цифровых сейсмических станций, которые обеспечивают мониторинг территории Российской федерации и прилегающих регионов на глобальном, федеральном и региональном уровнях [1].

Исторически размещение сейсмических станций на территории СССР, а затем и России, проводилось с учетом сейсмической активности территории. Регулярные сейсмологические наблюдения развивались не равномерно по всей территории. Преимуществом пользовались те регионы, где регистрировались ощутимые землетрясения. Одной из причин этому было аналоговое сейсмологическое оборудование, для размещения которого необходимы «павильонные» условия, т.е. требовались существенные финансовые затраты, эффективность которых оценивалась (и автоматически продолжает оцениваться) по количеству зарегистрированных сейсмических событий. Автономная сейсмическая станция, имеющаяся на тот момент, состояла из 5 контейнеров суммарным весом 180 кг (один контейнер не более 60 кг), что плохо способствовало активному развитию локальных мониторинговых сетей, а использовалась преимущественно для краткосрочных исследований афтершоков [2].

Только с развитием цифровых технологий и качественным скачком электроники в 90-х годах создаѐтся и начинает эксплуатироваться цифровое оборудование с низким уровнем собственного шума и широким динамическим диапазоном амплитуд регистрируемых событий, а что самое важное существенно меньшей массой [3]. Это расширило возможности по установки оборудования, существенно снизило затраты на их обслуживание и способствовало развитию сейсмологических наблюдений как на региональном так и локальном уровне без «оглядки» на сейсмичность, а с акцентом на заселенность территории.

Первые инструментальные данные с платформенных территорий ранее считавшихся «асейсмическими» показали, что землетрясения там тоже бывают, но они происходят реже, а их энергия ниже, чем на сейсмически активных территориях. Однако на платформенных территориях плотность и численность населения существенно выше, а также более развита инфраструктура и промышленное производство. Кроме того, экологически ответственные предприятия в зонах повышенной сейсмической активности без крайней необходимости не строились, а если и строились, то использовались специальные строительные нормы и правила, которые учитывали сейсмичность.

Платформенная территория, например, Воронежский кристаллический массив (ВКМ), изначально считалась асейсмической, и на регулярной основе не была охвачена сетью сейсмических станций, поэтому «из общих соображений» сейсмичность территории приравнивали к «нулю». Хотя по данным до инструментального периода было известно, что на территории

144

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Восточно-Европейской платформы (ВЕП) сильные землетрясения жителями ощущались, но происходили крайне редко [4-8]. При этом четверть из всех землетрясений происходила в центральной части ВЕП на территории крупнейшей еѐ структуры – Воронежском кристаллическом массиве.

Регулярные сейсмологические наблюдения на ВКМ были начаты с установки первой аналоговой станции в 1996 году. К моменту возникновения землетрясения на еѐ территории 31.03.2000 г в 09:39:36 (UTC) сеть мониторинга состояла из 3-х сейсмических станций, две из которых были оснащены цифровым оборудованием. Это позволило инструментально зарегистрировать и определить основные характеристики Никольского землетрясения магнитудой 3.1, самого сильного на территории ВКМ за последнее время. Макросейсмическое обследование, проведенное в его эпицентральной зоне [9], окончательно подтвердило «ложность»

предположения об асейсмичности территории ВКМ и поставило на первый план задачу по оценке еѐ реальной сейсмической активности.

Из вышесказанного следует, что для достижения цели и решения задач сейсмологического мониторинга на слабосейсмичной (платформенной) территории необходим принципиально другой подход. В первую очередь это связано с тем, что для сейсмически активной территории магнитуда 3 является нижней границей еѐ включения в ежегодный каталог, а на территории со слабой сейсмической активности – это, возможно, самое сильное землетрясение за несколько десятилетий. То есть для регистрации количества землетрясений, достаточного для построения ежегодного графика повторяемости, необходимо обеспечить регистрацию «без пропусков» низкомагнитудных землетрясений. Это требует в первую очередь уплотнения региональной сети путем уменьшения расстояний между станциями в 3-4 раза меньше, чем для сейсмоактивной территории [10]. То есть для мониторинга слабосейсмичной территории необходимо иметь существенно больше сейсмических станций, чем на сейсмически активной территории той же площади. Эти особенности мониторинга хорошо описаны в работах [11, 12].

Казалось бы при такой редкости «сильных» землетрясений организация сети и проведение мониторинга не целесообразна. С финансовой точки зрения этот так, если использовать оценку эффективности мониторинга, которая базируется на количестве зарегистрированных землетрясений, а не на расчете рисков. Используемая оценка эффективности не учитывает населенность территории, а также наличие на ней предприятий, нештатная работа которых может привести к техногенной аварии, с более высокими вероятностями не благоприятных последствий для жизни населения на густозаселенной территории. Поэтому такой подход нельзя использовать для обеспечения сейсмической безопасности платформенной территории, т.к. он уже привел к тому, что сегодня для отдельных (не маленьких) территорий России отсутствует объективная (по данным мониторинга) оценка их сейсмических

145

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

условий. Это нарушает конституционное право граждан, проживающих

там, на получение достоверной информации о сейсмических условиях, создающих угрозу жизни и здоровью людей (ст. 41), а также о состоянии окружающей среды (ст. 42) в части негативных воздействий сейсмических полей на их среду обитания.

Проблема. Как было сказано выше, сейсмичность территории определяется по фактически зарегистрированным на ней землетрясениям, информация о которых используется для построения карт общего и детального сейсмического районирования. Негативным примером результата получаемого в случае игнорирования данной проблемы может служить землетрясение в Спитаке. Оценки сейсмической опасности данной территории, согласно «Карте сейсмического районирования СССР ОСР-78», были сильно занижены, что привело к полному разрушению построек выполненных без учета «правильной» сейсмичности [5, 13]. Отсутствие достоверной информации о механизмах очага землетрясений и их сейсмогенерирующих структурах на слабосейсмичных территориях, не позволяет иметь обоснованное районирование по степени сейсмологического риска для таких территорий, особенно при отсутствии на них регулярных сейсмологических наблюдений.

Развитие цифровых технологий послужило толчком к активному внедрению цифрового сейсмологического оборудования и снижению его стоимости, что на слабосейсмичных территориях, в условиях ограниченного финансирования, обеспечило развитие локальных сетей. Для их комплектации использовалось и используется «разнообразное» сейсмическое оборудование, обзор которого приведен в работе [14]. Такое многообразие ставит вопрос о степени достоверности результатов мониторинга, получаемых при совместной работе «разношерстного» оборудования на слабосейсмичной территории.

Проблема усугубляется тем, что для сейсмологического мониторинга объектов повышенной экологической ответственности на платформенной территории России требуются использование сертифицированных «средств измерения», которые обычно применяются для решения инженерных задач и имеющие возможность синхронизации данных по GPS. При этом не учитывается то, что сертификация подтверждает лишь возможность получения достоверных амплитуд записей сильных воздействий. Возможность регистрации этим оборудованием слабых сейсмических событий не рассматривается, хотя от них в первую очередь зависит правильная оценка сейсмичности платформенной территории. То есть в случае использования для мониторинга неподходящего или не правильно настроенного оборудования, реальная сейсмическая активность слабосейсмичной территории может остаться за границами его регистрирующих возможностей.

146

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Таким образом, сертификат о поверке не может быть «индульгенцией», снимающей с «Исполнителя» ответственность за возможное получение не кондиционных сейсмологических данных, а требует дополнительного проведения реальной оценки регистрационных возможностей оборудования при необходимости его использования на слабосейсмичной территории.

Значимость данной проблемы в том, что на вибростенде оценить возможность регистрации слабых сейсмических событий не получается. То есть «стандартный» способ оценки возможности совместной работы оборудования в единой сейсмологической сети на слабосейсмичной территории отсутствует. Поэтому актуальной задачей является разработка

способа тестирования оборудования, гарантирующего получение достоверных результатов сейсмического мониторинга.

Методический подход к оценке регистрационных возможностей оборудования. На самом деле «правильное» Российское оборудование для сейсмического мониторинга существует, но их производитель из-за «нецелесообразности», сертификацию изделий не проводит. Это связано с тем, что результат сейсмического мониторинга (координаты и глубина очага, время в очаге и магнитуда) не может иметь «эталонов», по которым это оборудование можно было бы сертифицировать для задач мониторинга [3]. Кроме того записей только одного оборудования без вспомогательных баз данных, да и записей с других станций, не достаточно для получения качественной локации сейсмического события и его характеристик.

Основным требованием для регистрирующего оборудования (сейсмостанции) является получение непрерывных и синхронных записей, отражающих реальные скорости колебаний грунта в данном месте и в данное время. Это можно использовать в качестве основного критерия «совместимости» оборудования.

Другими словами для успешного решения данной задачи необходимо, чтобы получаемые в данном месте записи у всех комплектов оборудования были идентичны, т.е. синхронны по времени на протяжении длительной непрерывной регистрации и равны по амплитуде в рабочей полосе частот. То есть необходимо создать (иметь) «тестовый сигнал» в месте размещения сейсмоприемников тестируемых комплектов оборудования и сравнить с ним полученные записи.

Однако создать искусственно малые амплитуды колебаний невозможно. Остается использовать имеющийся единственный регулярный «сигнал» – фоновые колебания. Несмотря на то, что форма колебания заранее не известна, но по факту получения идентичных одномоментных записей одинаково ориентированных каналов автоматически подтверждается

147

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ НАУКИ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ

возможность их совместной работы. При этом более значимым является результат идентичности записей разнотипных комплектов оборудования.

Однако, используя неизвестный сигнал для тестирования, в отличие от известного, можно получить лишь подтверждение идентичности работы комплектов, но в случае еѐ отсутствия определить какой из двух комплектов работает правильно, а какой нет при небольших расхождениях достаточно затруднительно. При большем числе комплектов правильным можно считать те, каналы которых работают идентично, т.к. у разных комплектов вероятность «одинаковых проблем» ничтожно мала. Поэтому для

тестирования удобнее использовать один и тот же комплект оборудования, «правильность» работы которого не вызывает сомнения.

Таким образом, для оценки работы сейсмометрических каналов на слабом сигнале предлагается использовать запись регулярных колебаний создаваемых фоновым микросейсмическим полем в пункте наблюдения. Это возможно только в случае использования сейсмологического оборудования с минимальным уровнем собственного шума сейсмометрического канала, который ниже уровня амплитуд колебания микросейсмического фона в пункте наблюдения. Присутствие на записи нерегулярных «колебаний», являющимся шумом сейсмометрического канала, вносит аддитивные искажения, что будет хорошо видно из сравнения как одномоментных записей однотипных каналов, так и их мгновенных амплитудных спектров. Присутствие на записи шумовой составляющей в амплитудном спектре отражается повышенными значениями спектральных амплитуд.

В результате, можно констатировать, что тестирование сейсмического оборудования с использованием фоновых колебаний «теоретически» позволяет оценивать возможности совместного использования имеющихся или подготовленных комплектов оборудования в единой локальной сейсмической сети.

Тестирования комплектов оборудования. Тестирование используемого сейсмологического оборудования сейсмических станций региональной и локальной сейсмических сетей в совместной лаборатории глубинного строения, геодинамики и сейсмического мониторинга им. проф. А.П. Таркова ВГУ и ФИЦ ЕГС РАН проводится с использованием тестового комплекта оборудования в несколько этапов. Вначале тестовый комплект

148

МЦНП «НОВАЯ НАУКА»

Рекомендовано к изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/