О создании системы государственного геокриологического мониторинга

 -  372


А.В.Брушков1, Д.С.Дроздов2, В.А.Дубровин3, М.Н.Железняк4, М.Р. Садуртдинов2, Д.О.Сергеев5, Д.Н. Горобцов6, Н.А.Остарков7, Р.В.Гулидов7, Г.В. Малкова2, С.В.Бадина8, А.А.Фалалеева1, Я.Ю.Шелков1

1МГУ им.М.В.Ломоносова, 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, геологический факультет, +7 (495) 939-12-81, brouchkov@geol.msu.ru, 2ИКЗ СО РАН, Тюмень, ул. Малыгина, 86, + 7 (3452) 688-781, sciensec@ikz.ru, 3Гидроспецгеология, 123060, г. Москва, ул. Маршала Рыбалко, д. 4, +7 (499) 196 02 62, info@specgeo.ru, , 4ИМЗ СО РАН, улица Мерзлотная, 36, г. Якутск 677010, +7 (4112) 334-476, fe@mpi.ysn.ru, 5ИГ РАН, Москва, Уланский переулок, дом 13, строение 2, а/я 145, +7 (495) 623-311, sergueevdo@mail.ru, 6МГРИ, 117997, Москва ул. Миклухо-Маклая д.23, +7 (495) 461-37-77, office@mgri.ru7Министерство по развитию Дальнего Востока и Арктики, 119121, г. Москва, ул. Бурденко, д.14, +7 (495) 531-06-44, n.ostarkov@vostokgosplan.ru 8ИНП РАН, 117418, г. Москва Нахимовский проспект, д. 47, +7 (499) 129-36-33, bad412@yandex.ru.

Создание государственной системы оценки состояния криолитозоны, снижения рисков ее экономического освоения, обеспечение устойчивости зданий и инженерных сооружений, предупреждения развития очагов опасных экзогенных процессов криогенного ряда и микробиологического заражения, а также сохранения криогенных ресурсов арктической зоны и охраны окружающей среды является актуальной и важной задачей.

Вместе с наметившимся ростом среднегодовой температуры воздуха на Земле, и в частности в Арктике, отмечается изменение объема атмосферных осадков, что в криолитозоне приводит к изменению мощности снежного покрова, увеличению глубины сезонного оттаивания и сокращению площади распространения многолетнемерзлых пород (ММП). Потепление, вызванное в основном техногенными выбросами углекислого газа, сопровождается естественными изменениями климата, природа и характер которых не вполне ясны. На фоне общего потепления выделяются районы, где не наблюдается или ослаблен общий тренд глобального потепления. Так, пока небольшие изменения температуры воздуха отмечаются в Феноскандинавии, в восточной части Северной Америки, на побережье моря Баффина, и в некоторых пунктах наблюдений на территории России (Тикси, Сеймчан и др.). При этом в ряде районов, например, на Западе Северной Америки, в Западной и Средней Сибири, Центральной и Южной Якутии и других наблюдается заметное повышение температуры воздуха, а с ним и повышение температур грунтов (рис. 1). Эти изменения влекут за собой снижение несущей способности оснований зданий и сооружений, и требуют проведения наблюдений, а также должны учитываться при изысканиях и проектировании [2, 10]. Возможное снижение несущей способности оснований в криолитозоне представляется столь масштабным и имеющим столь негативные последствия, что необходимость создания системы государственного геокриологического мониторинга представляется очевидной, хотя и требует соответствующего обоснования, в том числе экономического.

Актуальность выполнения работ по оценке состояния вечной мерзлоты определяется несколькими причинами, а именно:

— изменения теплового состояния вечной мерзлоты, в том числе повышение температур, происходят на протяжении многих лет, в том числе и в последние годы, и еще, по-видимому, не достигли своего максимума;

— инженерно-геологическая, геокриологическая и гидрогеологическая изученность криолитозоны, в том числе и мониторинговыми наблюдениями и исследованиями, не соответствует темпам освоения Арктики; ряд крупных проектов не обеспечен опережающими исследованиями природной среды;

— климатические вариации в Арктике обусловили формирование новой (измененной) геокриологической обстановки по сравнению с известной ранее. Большинство данных о состоянии криолитозоны устарело и нуждаются в обновлении. Крупные обобщения типа Геокриологической карты 1:2 500 000 (1991) [1], или многотомного издания «Геокриология СССР» (1989) требуют актуализации;

Рис. 1. Существующие точки наблюдений и современные тренды среднегодовой температуры воздуха и ММП (°С/год): (1–3) — тренды температуры воздуха: 1 — менее 0.03; 2 — 0.03–0.05; 3 — более 0.05; 4 — изолинии трендов среднегодовой температуры ММП; 5 — южная граница криолитозоны; 6 — метеостанции; (7–9) — объекты мониторинга (стационары, скважины, площадки): 7 — постоянно действующие; 8 — периодически действующие; 9 — закрытые [9].

— современное потепление климата в высоких широтах и соответствующее изменение температур грунтов значительно повысило риски в строительстве и недропользовании, возросли эпидемиологические и экологические угрозы на осваиваемых территориях в Арктической зоне Российской Федерации (АЗРФ). Более 40% оснований зданий и инженерных сооружений в криолитозоне сегодня имеют превышающие нормативы деформации [6];

— о состоянии криолитозоны на побережье и шельфе арктических морей имеются ограниченные сведения;

— проведение инженерных изысканий в районах распространения вечномерзлых грунтов предусматривает оценку вероятных изменений температур оснований в результате изменений климата и учет этих изменений при проектных расчетах устойчивости зданий и инженерных сооружений.

— современное состояние и пути совершенствования экономики в среднесрочной и долгосрочной перспективе во многом будут определяется успехами развития топливно-энергетического комплекса и недропользования в целом на территории арктической криолитозоны.

Разработкой технического задания на государственный геокриологический мониторинг ведущие специалисты-геокриологи Гидроспецгеологии МПР, МГУ им. М. В. Ломоносова и МГРИ, Института криосферы Земли СО РАН (г. Тюмень), Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (г. Якутск), Института геоэкологии им. Е. М. Сергеева РАН (г. Москва) и ряда других организаций по заданию Минвостокразвития в настоящее время занимаются. Эта система, очевидно, должна базироваться на создании государственной (межведомственной) структуры мониторинга с региональным доизучением инженерно-геокриологических и гидрогеологических условий территории опережающего экономического развития в процессе проведения экспресс-съемки в масштабе 1:500 000 на ограниченном количестве листов.

Единая система государственного экологического мониторинга [4] (государственного мониторинга окружающей среды) создается в целях обеспечения охраны окружающей среды (Федеральный закон от 10 января 2002 года N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»). Единая система государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) включает в себя в том числе подсистемы: государственного мониторинга земель; государственного мониторинга объектов животного мира; государственного лесопатологического мониторинга; государственного мониторинга состояния недр; государственного мониторинга водных объектов; государственного мониторинга водных биологических ресурсов; государственного мониторинга континентального шельфа Российской Федерации. Система геокриологического мониторинга, очевидно, должна стать самостоятельной частью государственного экологического мониторинга и интегрироваться с ней. Так, необходимо создание единого федерального центра для сбора и анализа геокриологической информации, а также разработки рекомендаций для органов государственного управления и промышленных предприятий. Данные, поступающие в центр, должны стать частью государственного фонда данных.

Фактически определяются параметры, или переменные, или характеристики природной среды, за которыми устанавливается наблюдение. Комплексный мониторинг включает в себя много, или несколько параметров. Если отслеживается определенная группа параметров, выделяется специальный, или частный мониторинг. В частности, выделяется мониторинг геологической среды [3, 5]. Под мониторингом геологической среды понимается система постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы [3, 5, 6].

Государственный мониторинг развивается в ряде государств Западной Европы, США и Японии. Там существуют национальные сети мониторинга, осуществляющие наблюдения за рядом природных параметров, в том числе за вечной мерзлотой. В России эти работы ведутся частично, например, климатический мониторинг). Что касается других видов мониторинга (в том числе и мониторинг геологической среды), они пока только начинают развиваться. Мерзлотные условия характеризуются определенной группой переменных, отслеживание и анализ которых представляет собой геокриологический мониторинг. Геокриологический мониторинг — это система изучения, прогноза и контроля геокриологической среды, оценки изменения мерзлотных, инженерно-геологических и гидрогеологических условий северных регионов под влиянием природных факторов и хозяйственной деятельности человека [7]. Если он включает природно-технические системы, его называют также инженерно-геокриологическим мониторингом, или геотехническим мониторингом (ГТМ) в криолитозоне.

Таким образом, разделяется фоновый мониторинг, который проводится в ненарушенных условиях до начала освоения территории или после освоения, но в ненарушенных условиях, и геотехнический (ГТМ) мониторинг на нарушенной территории в комплексе с наблюдениями за зданиями и инженерными сооружениями.

Задачами мониторинга вечной мерзлоты являются:

— поиск, получение (сбор), хранение, обработка (обобщение, систематизация) и анализ информации о состоянии вечной мерзлоты, происходящих в ней процессах, явлениях, об изменениях ее состояния;

— поиск, получение (сбор), хранение, обработка (обобщение, систематизация) и анализ информации об объектах, оказывающих негативное воздействие на вечную мерзлоту, о характере, видах и об объеме такого воздействия;

— оценка состояния вечной мерзлоты и прогноз ее изменений под воздействием природных и (или) антропогенных факторов;

— определение связей между воздействием природных и (или) антропогенных факторов на вечную мерзлоту и изменениями ее состояния;

— выработка предложений о предотвращении негативного воздействия на вечную мерзлоту и направление их в органы государственной власти, органы местного самоуправления, юридическим лицам, индивидуальным предпринимателям;

— направление в органы государственной власти, уполномоченные на осуществление государственного контроля (надзора), и правоохранительные органы информации о нарушении нормативов в области охраны вечной мерзлоты вследствие воздействия природных и (или) антропогенных факторов и предложений об устранении таких нарушений;

— направление в органы государственной власти, органы местного самоуправления предложений для их учета при подготовке документов территориального планирования и (или) предложений об изменении указанных документов в целях формирования благоприятных условий жизнедеятельности человека, ограничения негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на вечной мерзлоты, обеспечения охраны и рационального ее использования в интересах нынешнего и будущего поколений;

— выпуск экстренной информации о необходимости снижения негативного воздействия на вечную мерзлоту природных и (или) антропогенных факторов;

— оценка эффективности проводимых мероприятий по контролю за состоянием вечной мерзлоты;

— создание и эксплуатация баз данных информационных систем о состоянии вечной мерзлоты;

— хранение информации о состоянии вечной мерзлоты, о происходящих в ней процессах, явлениях, об изменениях состояния вечной мерзлоты и предоставление этой информации органам государственной власти, органам местного самоуправления, юридическим лицам, индивидуальным предпринимателям, гражданам.

Цель ГТМ в криолитозоне — обеспечить надежную эксплуатацию зданий и инженерных сооружений и защиту окружающей среды. Эта цель достигается путем координации инженерно-геологических, гидрогеологических, геокриологических и природоохранных исследований, экспериментального изучения закономерностей механического, теплового, гидродинамического и геохимического взаимодействия объектов с горными породами, а также слежением, оценкой, анализом и прогнозом развития инженерно-геологических процессов, развивающихся при создании геотехнических систем [3, 8]. Задачами инженерно-геокриологического мониторинга также являются: определение причин отказов; обоснование принимаемых решений по управлению тепловым режимом грунтов и проведению ремонтно-восстановительных работ; совершенствование правил строительства, эксплуатации зданий и инженерных сооружений, организации мониторинга и другие. Задачи инженерно-геокриологического мониторинга включают изучение влияния зданий и инженерных сооружений на мерзлотные условия, оценка скорости восстановления последних естественным путем и при использовании рекультивационных мероприятий [3, 8].

Регистрация и сбор переменных мерзлотных условия проводится на пунктах наблюдения различного масштаба: скважины, площадки, участки и полигоны. Наблюдательный полигон (или геокриологический полигон) — территория или область криолитозоны с ненарушенными и (или) нарушенными условиями и различными ландшафтами, характерными для данного региона. На полигоне ведутся круглогодичные наблюдения за криогенными экзогенными геологическими процессами в природных ненарушенных условиях На полигоне осуществляются следующие виды работ: — проведение контрольных наблюдений за динамикой пучения; термокарста, термоэрозии и термоабразии, измерение сезонного протаивания горных пород, снегомерная съемка; мониторинг влажности СТС, проведение температурных измерений в скважинах. На полигоне может быть оборудован стационар, а могут проводиться экспедиционные исследования. Геокриологический стационар — комплекс зданий, сооружений и специального оборудования на геокриологическом полигоне, предназначенный для круглогодичных наблюдений. Стационар включает жилые здания и объекты жизнеобеспечения.

Выделяются системы геокриологического мониторинга разного уровня: глобального (межгосударственного), национального, регионального и локального (муниципальный). Наблюдения в системах различного уровня должны проводиться на единой методической основе.

Глобальный мониторинг вечной мерзлоты выполняется на основе документов Всемирной метеорологической организации (WMO) и рекомендаций Международной ассоциации по мерзлотоведению (IPA). Национальный и региональный мониторинг вечной мерзлоты должен проводиться на основании федеральных законов и распоряжений правительства РФ, и в частности, Минвостокразвития. В рамках секторов промышленности ГТМ проводится государственными и частными компаниями — Газпромом, Роснефтью и другими предприятиями, однако на единой методической основе и в рамках обмена информацией. Его задачами являются оценка и прогноз изменения состояния вечной мерзлоты и опасных процессов [7]. На локальном или муниципальном уровне проводится предприятиями и организациями различной формы собственности и подчинения, в том числе региональными властями, отдельными промышленными предприятиями, организациями образования и науки и другими, на единой методической основе.

Наблюдаемыми параметрами являются: температуры почв и горных пород на различной глубине; глубина сезонного оттаивания (промерзания); влажность (льдистость) сезонно-талого (сезонно-мерзлого) слоя; характер микрорельефа и растительности на поверхности почвы или горных пород; уровни подземных вод; характеристики мерзлотных явлений и процессов. Кроме того, для района (полигона, площадки) мониторинга необходимы: характеристики свойств мерзлых пород (теплофизические, физико-химические, механические), их криогенное строение, строение толщи мерзлых пород и ее мощность, тепловой поток снизу, параметры изменяющегося техногенного воздействия на вечную мерзлоту (например, характеристики сезонно-действующих охлаждающих устройств, зданий и инженерных сооружений, степень повреждения поверхности, изменение гидрологических характеристик и другие).

Мониторинг вечной мерзлоты использует информационные технологии для хранения, обработки, анализа и распределения информации в рамках единой системы — банка данных. При проведении мониторинга используются наземных стационарные и полевые исследования, дистанционные методы и методы моделирования. Мониторинг может быть организован на различных стадиях строительства и освоения территории. Развертывание сетей мониторинга предполагает последовательное покрытие территории в соответствии со схемой ее освоения.

Функционирование мониторинга предполагает непрерывность получения информации и создания временных рядов. Систематические наблюдения являются ключом к пониманию динамики изменения мерзлотных условий.

Литература

1. Геокриологическая карта СССР масштаба 1:2 500 000 / Мингео СССР, Гидроспецгеология, МГУ // Под ред. Э.Д. Ершова. — М.: ГУГК, 1991. — на 16 листах.

2. Деградация мерзлоты: результаты многолетнего геокриологического мониторинга в западном секторе российской Арктики / А.А.Васильев, Д.С.Дроздов, Г.В.Малкова, и др. // Криосфера Земли, 2020, т. XXIV, № 2, с. 15–30.

3. Епишин В.К., Трофимов В.Т. Литомониторинг — система контроля и управления геологической средой/Теоретические основы инж. геол. Социально-экономические аспекты/Под. ред. акад. Е.М. Сергеева. М.: Недра, 1985, с. 243–250.

4. Израэль Ю.А. Философия мониторинга/Метеорология и гидрология, 1990, № 6, с. 5–10.

5. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. Под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 1995. 272 с.

6. Криогенные геосистемы: проблемы исследования и моделирования / В. П. Мельников, А. Н. Хименков, А. В. Брушков и др. — Академическое изд-во Гео Новосибирск, 2010. — 390 с.

7. Мельников П.И., Каменский Р.М., Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Вестн. РАН, 1993, 3, 1090–1095.

8. Основы геокриологии ч.6. Геокриологический прогноз и экологические проблемы в криолитозоне. Булдович С.Н., Гарагуля Л.С., Гордеева Г.И., Ершов Э.Д., Комаров И.А., Пармузин С.Ю., Максимова Л.Н., Хрусталев Л.Н., и др. под ред. Л.С. Гарагули, Э.Д. Ершова, Изд-во МГУ Москва, 2008, 766 с.

9. Павлов А.В., Малкова Г.В. Изменения климата в 1965–2005 гг. на севере России и геокриологические последствия // Мат. Межд. конф. «Криогенные ресурсы полярных и горных регионов». Тюмень, 2008, с. 263–266.

10. Anisimov, O. & Streletskiy, D. Geocryological Hazards of Thawing Permafrost. Arctic. XXI Century.. Earth Sciences. 2015, 60-74.

37 рекомендовано
comments icon 2 комментария
2 заметки
543 просмотра
bookmark icon

Написать комментарий...

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *