2023-2025 | Жер-ғарыш деректері мен геокеңістіктік модельдеу негізінде су шаруашылығы құрылымдарының техникалық жағдайын бағалау әдістемесін әзірлеу
- Гранттық жоба: ИРН AP19680060
- Жобаны іске асыру кезеңі: 2023-2025 гг.
- Жоба жетекшісі: Джангулова Гульнар Кабатаевна, к. т. н., ассоциированный профессор
- Жобаның мақсаты: жерүсті георадиолокациялық зондтау деректерін, оптикалық және радиолокациялық спутниктік суреттерді, техногендік және геоэкологиялық апаттардың алдын алу үшін сызықтық талдау мен модельдеу әдістерін пайдалану негізінде су шаруашылығы және гидротехникалық құрылыстардың техникалық жай-күйін кешенді бағалау әдісін әзірлеу.
Міндеттер
2023: Әртүрлі сейсмикалық және геологиялық жағдайларда орналасқан су шаруашылығы құрылымдары мен іргелес аумақтардың кешенді мониторингін жүзеге асыру үшін негіз құру; Жер үсті радиолокациялық зондтауды пайдалана отырып, құрылымдардың жағдайын бағалау.
2024: Жергілікті деформациялық процестерді бағалау үшін радиолокациялық спутниктік түсірілімдерді пайдалана отырып, су шаруашылығы құрылымдарындағы және іргелес аумақтардағы жылжуларды бақылау; Аймақтық геодинамикалық белсенділікті бағалау үшін оптикалық түсіру деректері негізінде сызықтық тығыздық картасын жасау; Алдыңғы кезеңдердің нәтижелерін және геологиялық-геофизикалық мәліметтерді кешенді талдау негізінде қарастырылып жатқан гидрологиялық кешеннің геодинамикалық аудандастыру картасын жасау.
2025: Жер үсті және спутниктік өлшемдер негізінде су қоймалары мен іргелес аумақтардың үш өлшемді цифрлық үлгілерін әзірлеу; Кинематикалық деректерді ескере отырып, су шаруашылығы құрылымдарының және іргелес аумақтардың кернеулі-деформациялық күй параметрлерін бөлудің кеңістіктік геомеханикалық моделін әзірлеу; Су шаруашылығы құрылымдарының техникалық жағдайын бағалау және бақылау бойынша әдістемелік ұсыныстар әзірлеу
Күтілетін нәтижелер
2023: Әртүрлі сейсмикалық және геологиялық жағдайларда орналасқан су шаруашылығы құрылымдары мен іргелес аумақтардың кешенді мониторингін жүзеге асыру үшін негіз; жерүсті радиолокациялық зондтауды пайдаланатын құрылымдардың жағдайы туралы ақпарат.
2024: Жергілікті деформация процестерін бағалау үшін радиолокациялық спутниктік түсірілімдер негізінде су шаруашылығы құрылымдары мен іргелес аумақтар үшін орын ауыстыру деректері; Аймақтық геодинамикалық белсенділікті бағалау үшін оптикалық түсіру деректерін талдау негізінде сызықтық тығыздық картасы; Алдыңғы кезеңдердің нәтижелерін және геологиялық-геофизикалық мәліметтерді кешенді талдау негізінде қарастырылып отырған гидрокешен аумағын геодинамикалық аудандастыру картасы.
2025: Жер үсті және спутниктік өлшемдерге негізделген су қоймалары мен іргелес аумақтардың үш өлшемді цифрлық модельдері; кинематикалық деректерді ескере отырып, су шаруашылығы құрылымдарының және іргелес аумақтардың кернеулі-деформациялық күй параметрлерін бөлудің кеңістіктік геомеханикалық моделі; су шаруашылығы құрылымдарының техникалық жағдайын бағалау және бақылау бойынша әдістемелік ұсыныстар.
Алынған нәтижелер
Жүргізіліп жатқан зерттеулер шеңберінде әртүрлі сейсмикалық және геологиялық жағдайларда орналасқан су шаруашылығы құрылымдары мен іргелес аумақтардың кешенді мониторингін жүзеге асыру үшін негіз құрылды. Мысал ретінде Ворошиловское және Приютское су қоймаларын пайдалана отырып, құрылыстардың жай-күйі туралы ақпарат жерге енетін радиолокациялық зондтау арқылы жиналды. Ворошиловское су қоймасы үшін жердегі радиолокациялық зондты зерттеу бөгет денесінің (тіпті сусыздандырудан кейін де) өте жоғары ылғалға қанығуын анықтады, бұл қарқынды сүзуді, топырақ эрозиясын және үдемелі ішкі эрозияны тудырды, сайып келгенде, оның құлауына әкелді. Суға қанығудың критикалық жоғарылауы да саңылаулар қысымының жоғарылауына ықпал етті, топырақтағы тиімді кернеуді төмендетеді. Бұл бөгет материалының тұрақтылығының төмендеуіне әкеліп соқты және топырақтың кенеттен деформациялануына немесе тіпті сұйылуына жағдай жасады. Жергілікті деформациялық процестерді бағалау үшін пайдаланылған радиолокациялық спутниктік түсірілімдер негізінде Ворошилов су қоймасының су шаруашылығы құрылымдары мен іргелес аумақтарындағы жылжулар туралы алынған мәліметтер бөгеттің бұзылуының негізгі факторларын анықтады. Деформация процесінің графиктері техникалық жағдайдың өсу тұрақсыздығын көрсетеді. 2022 жылдың көктемінен бастап амплитудалары 30 мм-ге дейінгі қалыптан тыс көтерілулер тіркелді, бұл ылғалдың үдемелі қанықтыруымен және топырақтың ісінуімен байланысты болуы мүмкін. Аймақтағы микросейсмикалық белсенділіктің әсерін бағаламау мүмкін емес. Әрбір сейсмикалық оқиғадан кейін бөгет корпусының деформациясының күшеюінің айқын үрдісі байқалады. Бұл 2024 жылдың қаңтарында және наурызында екі күшті сейсмикалық дүмпумен аяқталды, бұл бөгеттің түпкілікті істен шығуына бірден себеп болды. Бөгеттің бұзылуы көп факторлы оқиға болғанымен, жиынтық деректер негізгі факторлар: бөгет корпусы арқылы судың жаппай ағуы, топырақтың ықтимал сырғанауы және ақаулардың жинақталуына әкелген құрылыстың ұзақ қызмет ету мерзімі болды деп сенімді түрде болжауға мүмкіндік береді. Бұл зерттеудің нәтижелері жерүсті және қашықтықтан зондтау әдістерін қолдануды қоса алғанда, гидротехникалық құрылыстың техникалық жағдайын жүйелі және кешенді бағалаудың маңыздылығын нанымды түрде көрсетеді. Осындай мониторинг нәтижелері бойынша уақтылы профилактикалық жөндеу жұмыстары судың зиянды әсерінен болатын ықтимал залалды айтарлықтай азайтады және апатты апаттардың алдын алады. Сызықтық талдау және аумақты геодинамикалық аудандастыру Алматы облысының жалпы сейсмикалық қауіпті аймақта (PGA 0,4–0,9 g) орналасуына қарамастан, Ворошиловское және Приютское су қоймалары орналасқан аумақтар жергілікті геодинамикалық белсенділіктің төмендеуімен және сызықтық тығыздықтың салыстырмалы түрде төмен болуымен сипатталатынын көрсетті. Бұл тораптардың салыстырмалы құрылымдық тұрақтылығын көрсетеді. Алайда, 2024 жылы Ворошилов бөгетінің істен шығуы жергілікті белсенділіктің төмендеуі жағдайында да сейсмикалық әсерлердің жиынтық әсері мен сыну аймақтарындағы жасырын сүзу процестерінің сыни зардаптарға әкелуі мүмкін екенін растайды. Зерттеу нәтижелері біріктірілген тәсілдің тиімділігін растайды, оның ішінде сызықтық талдау, құрылымның сызықтық тығыздығы картасын жасау, GPS және InSAR деректерін пайдалана отырып, қазіргі заманғы жер қозғалысын бағалау және егжей-тегжейлі сейсмикалық аймақтарға бөлу. Бұл әдіс әлеуетті жоғары қауіпті аймақтарды анықтауға, жер асты су ағу заңдылықтарын болжауға және гидротехникалық құрылыстардың жалпы тұрақтылығын нақтылауға мүмкіндік береді. Лидар деректеріне негізделген су қоймалары мен іргелес аумақтардың 3D сандық үлгілері ғылыми зерттеулер үшін де, қолданбалы қолданбалар үшін де қуатты құрал екенін дәлелдеді. Зерттеу нәтижелері деректерді жан-жақты өңдеу жоғары дәлдіктегі цифрлық биіктік модельдерін (DEMs) және цифрлық модельдеу модельдерін (DSMs) құруға мүмкіндік беретінін көрсетеді. Жер бедерінің негізгі параметрлерін анықтау және осы үлгілерді пайдалана отырып, әртүрлі процестерді модельдеу үшін қосымша талдау табиғи және техногендік процестердің тәуекелін бағалауға және тиімді жоспарлауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, LiDAR деректеріне негізделген егжей-тегжейлі DEMs кеңістіктік бағалаулар мен болжамдардың сапасын айтарлықтай жақсартады. 2024 жылдың 30 наурызында орын алған тарихи бөгеттің бұзылуын Ворошилов су қоймасына іргелес аумақтың су басуын модельдеу арқылы қалпына келтіру лидар деректерінен алынған жоғары ажыратымдылықтағы сандық биіктік үлгісін (DEM) пайдаланудың тиімділігін көрсетті. Модельдеу нәтижелері көл көлемінің басым бөлігі алты сағаттың ішінде жоғалып кеткенін және судың жолдарға немесе ғимараттарды су басып кетпей, нақты оқиғалардың хронологиясына сәйкес келетін өзен арнасының бойымен ағып жатқанын көрсетті. Көлдің толық толтырылуын қамтитын гипотетикалық сценарийді модельдеу мұндай сценарийдің жақын маңдағы жолға толып кетуі мүмкін екенін көрсетті, су жолға және жақын маңдағы ғимараттарға өте маңызды қашықтыққа жетеді. ArcGIS Pro су тасқынын симуляциялау құралы арқылы жүргізілген модельдеу бұл модуль күрделі инженерлік модельдерді алмастырмаса да, ол әртүрлі сценарийлерді сынаудың жылдам және ыңғайлы әдісін ұсынатынын және гидротехникалық құрылыстарды жоспарлау мен жобалауда нақты уақытта шешім қабылдау құралы ретінде пайдалануға болатынын көрсетті. Ворошилов бөгетінің кернеулі-деформацияланған күйін (КДК) модельдеу әртүрлі гидрогеологиялық және сүзгілену жағдайларындағы құрылыстың жұмысын талдауға мүмкіндік берді. Есептік схема бөгет денесін, оның негізін, сондай-ақ қалыпты пайдалану режимі мен ықтимал апаттық сценарийлерге сәйкес келетін сүзгілену және гидростатикалық жүктемелерді қамтыды. Модельдеу нәтижелері жерасты сулары деңгейінің аз ғана көтерілуінің өзінде сүзгілену қысымының және бөгет денесіндегі кеуектік қысымның артуына байланысты бөгеттің орнықтылығы едәуір төмендейтінін көрсетті. Алынған нәтижелер апатқа алып келген факторларды бағалау үшін, сондай-ақ сүзгілену процестері мен гидрогеологиялық жағдайлардың өзгеруінің әсерін ескере отырып, ұқсас гидротехникалық құрылыстарды күшейту және қайта жаңғырту бойынша ұсынымдар әзірлеу үшін пайдаланылуы мүмкін.Орындалған жұмыстардың қорытындысы ретінде су шаруашылығы құрылыстарының техникалық жай-күйін бағалау және мониторинг жүргізу бойынша әдістемелік ұсынымдар әзірленді. Осы ұсынымдар аясында спутниктік интерферометрияны (InSAR), ғарыштық және аэрофототүсірілім деректерін, сондай-ақ жерүсті геофизикалық әдістерді (георадарлық зерттеулерді) қолдану объектіде мамандардың тұрақты қатысуынсыз деформациялық процестерді сапалы бағалауға және үздіксіз бақылауға мүмкіндік беретіні көрсетілді.Ұсынылған тәсіл әсіресе тұрақты аспаптық өлшеулер жүргізу қиын болатын шалғай және қолжетімділігі шектеулі гидротехникалық құрылыстар үшін тиімді болып табылады. Қашықтан және жанаспалы бақылау әдістерін кешенді қолдану гидротехникалық құрылыстардың (ГТС) жай-күйіне үздіксіз, жоғары дәлдікті және кеңістіктік толық мониторинг жүргізуге, жоғары деформация аймақтарын уақтылы анықтауға және апаттық жағдайлар қаупін төмендетуге мүмкіндік береді.Ұсынылған әдістеме Орталық Азияның сейсмикалық белсенді өңірлеріндегі су шаруашылығы объектілерінің қауіпсіздігін мониторингтеу және бағалау кезінде, сондай-ақ гидротехникалық құрылыстардың бұзылу тәуекелдерін алдын ала бақылау және басқару жүйелерін әзірлеу үшін қолдануға ұсынылуы мүмкін.
Жарияланған еңбектер тізімі
- Dzhangulova G.K., Dedova T.V., Kuznetsova O.P., Bashirova N.Z., Kalybekova A.A. Dam break flooding simulation using a DEM constructed from LiDAR data // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. – 2025. – Vol. 4, No. 472. – P. 92–108. – ISSN 2224–5278. https://doi.org/10.32014/2025.2518-170X.532 (Q3 percentile Scopus – 37) (in English)
- Talgarbayeva D., Vilyaev A., Dedova T., Kuznetsova O., Jangulova G. InSAR monitoring of dam deformations in a seismically active region of Kazakhstan for identifying precursors of failure // Frontiers in Earth Science472. https://doi.org/10.3389/feart.2025.1638088 (Q2 percentile Scopus – 73) (in English)
