Приборное подводно-техническое обследование искусственных водоёмов и хвостохранилищ образованных на многолетнемерзлых грунтах
Искусственные водоёмы и хвостохранилища, расположенные в сложных климатических условиях и имеющие ложе из многолетнемерзлых грунтов, являются сложными гидротехническими сооружениями и нуждаются в периодических многофакторных обследованиях. Из-за особенностей расположения, строения и эксплуатации подобных объектов простых гидрологических и гидрографических работ бывает недостаточно для получения полной информации о техническом состоянии. Современные методы изысканий дают возможность получения более детальной и разносторонней картины.
Важно помнить, что гидротехнические сооружения, о которых идет речь, являются объектами, к которым применимы классические технологии использования многолучевых эхолотов (МЛЭ). Небольшая глубина водоёмов несколько увеличивает время производства работ из-за узкой полосы захвата приборов и необходимости вести съемку с существенными перекрытиями во избежание пропусков и слепых зон на дне, по сравнению с классическими промерными работами, но даёт значительно больше полезной информации. Результатом съемки при помощи МЛЭ является полноценная трёхмерная цифровая модель подводного рельефа со всеми находящимися на нем объектами.
Подробность полученной модели позволяет обнаруживать объекты и формы рельефа размером от 10-15 сантиметров, в отличие от классической батиметрической карты. Данная модель позволяет вовремя обнаружить просадки и пучения грунтов, выходящие на поверхность трещины, все возможные промывы и навалы грунтов, техногенные и природные объекты на дне водоёма, определить их линейные размеры и объёмы. При периодическом производстве обследований анализ цифровых моделей, полученных по изысканиям разных лет, позволяет строить разностные карты, следить за происходящими изменениями рельефа, равномерностью заполнения водоёмов осадочными отложениями, прогрессом трещин, пучений и вымываний грунтов.
Данные методы гидроакустических изысканий так же применимы к вертикальным и наклонным поверхностям дамб и подводных поверхностей бетонных гидротехнических сооружений, что позволяет обнаруживать трещины, зоны размыва и разуплотнения бетона, прочие дефекты сооружений.
В случае необходимости идентификации или сбора более подробной информации о конкретном объекте или дефекте, обнаруженном гидроакустическими методами, производится подводное визуальное обследование. Для выполнения визуального обследования используются либо подводные телеуправляемые аппараты (ПТА), либо водолазные телевизионные комплексы. Использование ПТА является более целесообразным, поскольку не требует развертывания водолазной станции, подготовкой водолазных спусков и не несет в себе рисков для человека, кроме того, спуски аппарата проходят быстрее (аппарату не нужно отдыхать, у него не заканчивается воздух и ограничений времени нахождения под водой), а по качеству получаемой информации не уступают спускам водолаза. На ПТА устанавливаются камеры с высоким разрешением, механические и лазерные измерительные приборы, гидроакустические системы позиционирования и ориентирования в пространстве. При помощи специализированного программного обеспечения ПТА выводится в интересующее место по ранее полученной цифровой модели рельефа дна или подводной поверхности ГТС. Полученная, в результате визуального обследования информация, наносится на цифровые модели. При отсутствии видимости, необходимой для получения достаточно качественного изображения, могут быть использованы специализированные высокочастотные многолучевые эхолоты (звуковизоры), предназначенные именно для установки на ПТА.
Для более детального изучения грунтов и осадочных отложений используются различные геофизические методы. Их применение уже получило достаточно широкое распространение при производстве изысканий на суше и бровках водоемов, по гребням дамб и плотин. Большинство из них доступны и на водоёмах как по льду, так и по открытой водной поверхности.
Метод сплошных электрических зондирований - электротомография.
Как известно, в многолетнемерзлых породах происходят различные экзогенные процессы и явления, вызванные колебаниями тепломассообмена на земной поверхности и в подстилающих горных породах (термокарст, морозное пучение, морозобойное растрескивание и так далее), механическим и тепловым воздействием на мерзлые и оттаивающие породы водных масс, многолетними колебаниями водного баланса поверхности (термоэрозия, термоабразия и так далее), гравитацией, поверхностным и внутригрунтовым стоком вод (курумообразование. криодесерпция и так далее). Мерзлые породы являются несовершенными диэлектриками, то есть материалами, обладающими одновременно свойствами диэлектриков и проводников. Удельное электрическое сопротивление резко повышается при переходе грунтов из талого состояния в мерзлое. На этой особенности и основывается метод электротомографии.
На обследуемом участке разбивается ряд профилей, на которых требуется получение геоэлектрического разреза. Профили закрепляются на местности любым удобным способом (в зависимости от состояния водной поверхности - открытая вода или лёд). По вынесенным в натуру линиям раскладываются электроразведочные косы с электродами, через которые пропускается постоянный или низкочастотный переменный ток. Измеряется сила тока и напряжение между приёмными электродами. Из полученных данных вычисляют удельное электрическое сопротивление по обследуемому разрезу. В зависимости от способов расстановки электродов, данная методика позволяет исследовать геоэлектрический разрез на глубину до 120 метров.
В результате изысканий составляют подробные описания электроразведочных профилей, строят карты распределения удельных сопротивлений по горизонтам, геоэлектрические разрезы, на которые наносят имеющуюся геологическую информацию.
Графические и текстовые материалы позволяют оценить ситуацию с оттаиванием грунтов по всей площади ложа водоёма, проследить влияние деятельности человека на растепление грунтов, определить пограничные значения и места возможной фильтрации воды, обнаружить не выходящие на поверхность образования и полости в грунтах, планировать дальнейшие геологические изыскания или работы.
Так на геоэлектрическом разрезе хорошо прослеживаются вялая мерзлота и мерзлые грунты (представлены оттенками синего) и зона растепления в виде талых и водонасыщенных пород (представлены оттенками красного) через которые и происходит фильтрация воды.
При наличии периодичности изысканий строят разностные карты, модели прогрессирования и распространения образований, мест фильтраций и растеплений.
На этом бы хотелось и остановиться. Современные технологии позволяют проводить полноценные многофакторные обследования с получением большого количества разнообразных результатов и материалов. По данным обследований производится многофакторная оценка безопасности сложных гидротехнических сооружений в сложных климатических условиях. При этом значительно упрощается работа большого количества служб и специалистов не только на сухопутных, но и на обводненных участках объектов. Совокупность применяемых методов требует все меньше времени на выполнение изысканий, предлагая все большую точность и подробность получаемых данных, делает возможным использование отчетных материалов более простым и доступным. Мы будем продолжать развивать данные технологии, повышать их информативность и точность и надеяться на заинтересованности в их применении на гидротехнических сооружениях, расположенных на многолетнемерзлых грунтах.