Литотехнические системы Белоруссии - закономерности функционирования, мониторинг и инженерно-геологическое обоснование управления

Актуальность темы диссертации. Изучение процессов, происходящих в верхних горизонтах литосферы в связи с инженерной деятельностью человека, традиционно считается одной из главных научных задач инженерной геологии. При этом предметами исследований все чаще выступают литотехнические системы (ЛТС), под которыми понимают любые комбинации из технических устройств или технических продуктов их использования и литосферного блока любой размерности, элементы которых взаимодействуют друг с другом и объединяются единством выполняемой социально-экономической функции. В инженерной геологии они изучаются для обеспечения устойчивого функционирования инженерных сооружений либо инженерно-хозяйственной деятельности человека в целом (Трофимов, 2006).
В условиях современного обострения экологических проблем, свойственного как Белоруссии, так и другим государствам, одной из важнейших инженерно-геологических задач является реабилитация техногенно нарушенных территорий, на которых состояние ЛТС уже достигло опасного уровня развития. Для решения этой задачи необходима научная разработка инженерно-геологического обоснования управления такими системами.
Имеется ряд научных работ, затрагивающих проблемы управления ЛТС и его инженерно-геологического обоснования. Это работы Т.И. Аверкиной, Г.К. Бондарика, И.В. Галицкой, Г.А. Голодковской, М.В. Графкиной, О.М. Гуман, Р.Э. Дашко, Е.С. Дзекцера, В.Г. Жогло, А.П. Камышева, Г.А. Колпашникова, В.А. Королева, А.В. Кудельского, А.В. Матвеева, В.Л. Невечери, А.А. Никифорова, О.С. Овсянниковой, В.И. Осипова, В.И. Пашкевича, В.В. Пендина, А.Д. Потапова, В.Т. Трофимова, Р.С. Штенгелова, Н.Л. Шешени, Л.А. Ярг и др. В них рассмотрены многие теоретические и методологические аспекты этих проблем. В то же время эти работы не в полной мере учитывают специфику различных ЛТС: их структуру, состояние, режим работы, от которых во многом будет зависеть выработка геологически обоснованных управленческих решений.
В настоящее время возникла необходимость развить научно-методологические подходы к исследованию ЛТС как объектов управления и к формированию общей научной стратегии инженерно-геологического обоснования управления ЛТС, базирующейся на элементах теорий системного анализа, инженерной геологии, мониторинга и кибернетики. Разработка методологии инженерно-геологического обоснования управления ЛТС выступает как актуальная проблема, имеющая важное инженерно-геологическое значение, отличающаяся принципиальной
новизной и повышенной практической значимостью не только для Белоруссии, но и многих сопредельных государств.
Основная идея работы заключается в том, что оптимальное, не превышающее критического уровня режима, функционирование ЛТС может быть обеспечено за счет эффективного управления различными ее компонентами.
Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка теоретических основ и методологии инженерно-геологического обоснования управления ЛТС локального и регионального уровней организации, базирующихся на элементах теорий системного анализа, мониторинга и геокибернетики. Ее достижение вполне целесообразно реализовать на примере исследования особенностей ЛТС территории Белоруссии, типичных и для многих ЛТС ряда сопредельных государств, включая Россию, Украину и др.
Указанная цель обусловила необходимость постановки и решения следующих задач:
1. Изучить инженерно-геологические условия (ИГУ) территории Белоруссии как главный фактор обеспечения условий создания, геологического обоснования и эксплуатации ЛТС различного назначения и уровня организации.
2. Проанализировать современное состояние функционирования технических систем разного уровня на территории Белоруссии, разработать и обосновать основные принципы их классификации и на основе этого создать региональную инженерно-геологическую типизацию ЛТС. С учетом типизации рассмотреть особенности функционирования ЛТС при различных видах техногенного воздействия на компоненты геосреды.
3. На базе мониторинга разработать методику количественной оценки состояния и режима работы ЛТС разного уровня организации с целью инженерно-геологического обоснования управления ими.
4. Разработать научно-методологическое обоснование концепции организации мониторинга ЛТС территории Белоруссии в составе Национальной системы мониторинга окружающей среды (НСМОС) как основы для прогнозных оценок развития ЛТС и управления ими.
5. Разработать методологию создания системы выработки геологически обоснованных управленческих решений для оптимизации функционирования ЛТС различного уровня организации.
Объектом исследований являлись верхние горизонты земной коры в сфере их взаимодействия с техническими объектами – ЛТС Белоруссии разного назначения, уровня организации и срока эксплуатации, функционирующие в пределах различных инженерно-геологических обстановок. Предмет исследований – выявление функциональных связей геологической и технической подсистем указанных ЛТС с целью инженерно-геологического обоснования управления ими.
Методология и методы проведенного исследования. Работа базируется на общей методологии инженерной геологии, смежных геологических наук, а также на общенаучных методах исследований. Основными методами исследований являлись системный анализ, геокибернетика, функциональный подход, моделирование, а также полевые и лабораторные эксперименты, современные картографические методы накопления, обработки и представления информации.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. На основе новых геологических данных установлены новые закономерности пространственных изменений инженерно-геологических условий территории Белоруссии, выявлены особенности их влияния на условия создания и эксплуатации ЛТС различного назначения и уровня организации, реализованные в виде оригинальных геологических карт, разрезов и других графических материалов.
2. Для целей инженерной геологии предложена принципиально новая региональная типизация ЛТС, отличающаяся от известных типизаций наличием генетического подхода к изучению данных систем, высокой степени детализации их структуры, учетом уровней организации и функционирования, а также информации об управляющих взаимодействиях.
3. Предложен оригинальный методический подход к количественной оценке состояния и режима функционирования ЛТС, основанный на использовании результатов мониторинговых наблюдений за изменениями параметров различных классов воздействий на геологическую подсистему и вводимых новых количественных характеристик ЛТС, отражающих интенсивность этих воздействий, пространственные границы и текущее состояние ЛТС. В отличие от известных, в данном подходе существует возможность устанавливать стадии неустановившегося режима функционирования ЛТС и в соответствии с ними оперативно принимать решения о необходимости выработки инженерно-геологического обоснования управления этой системой.
4. Теоретически обосновано авторское представление о структуре системы мониторинга ЛТС территории Белоруссии в составе НСМОС, предполагающее включение в ее состав основной (наблюдательной), вспомогательной (расчетно-аналитической, исследовательской) и обеспечивающей (организационное, техническое, научно-методическое, нормативное, информационное обеспечение) составляющих.
5. Предложена новая методология организации системы инженерно-геологического обоснования управления ЛТС различного уровня, заключающаяся в последовательном применении на разных этапах ее формирования системного, ситуационного, динамического и сценарного
подходов. Их использование является необходимым и достаточным условием создания подобной системы.