Введение
В соответствии с Земельным кодексом в Российской Федерации ведется мониторинг земель, который представляет собой систему наблюдений за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценки, предупреждения и устранения последствий негативных процессов /1/.
Объектом мониторинга земель являются все земли Российской Федерации, независимо от формы собственности, целевого назначения и характера использования. Мониторинг земель является частью общей системы мониторинга окружающей природной среды.
В естественных науках понятие «земля» представляет собой важнейшую часть окружающей природной среды, характеризующуюся пространством, рельефом, почвенным покровом, недрами, водами, растительностью, являющуюся главным средством производства в сельском и лесном хозяйстве и пространственным базисом для размещения всех отраслей человеческой деятельности /2/. Другими словами, «земля» включает в себя всю экологическую систему, в которой находится конкретный земельный участок, то есть весь комплекс факторов окружающей природной среды и естественных условий производства, которые определяют фактическое состояние земель, являющееся объектом наблюдений при мониторинге земель.
Основные задачи мониторинга земель заключаются в оперативном выявлении изменений в состоянии земель, их оценке, выработке рекомендаций и управленческих решений, для предупреждения и устранения последствий негативных процессов, а также в информационном обеспечении государственного земельного кадастра, рационального землепользования и контроля за использованием и охраной земель.
Очевидно, что решение всего комплекса задач возможно лишь в результате анализа многомерных временных рядов комплексных топогеодезических, почвенных, агрохимических, геоботанических, мелиоративных и других наблюдений и обследований, которые отражают изменения в состоянии всех составляющих сложного природно-хозяйственного комплекса, который и представляет собой «земля».
Учитывая всё вышеизложенное, можно выделить следующие основные блоки (компоненты) которые необходимо наблюдать в процессе мониторинга земель:
- природные условия;
- почвенный покров;
- поверхностные и грунтовые воды;
- растительность;
- физическое состояние земной поверхности;
- загрязнение окружающей природной среды.
Кроме того, должны быть отражены все изменения, происходящие в правовом и экономическом состоянии земель /3/.
Данная лабораторно-практическая работа посвящена одному из аспектов мониторинга земель – мониторингу физического состояния земной поверхности.
В общем случае изменения земной поверхности (движения и деформации) могут быть обусловлены двумя основными факторами: природными условиями (землетрясения, вулканическая деятельность и т.п.) и антропогенной деятельностью (опускание земной поверхности вследствие разработки полезных ископаемых, нарушение почвенного покрова и т.п.).
Одним из наиболее распространённых физико-геологических явлений в нашей стране, приводящих к значительным изменениям в состоянии земной поверхности, являются оползни /4,5,6/. Оползни широко распространены в долинах рек Волги, Оки, Камы, Оби и других рек, на берегах Черного, Азовского морей и озера Байкал. Особенно известны по причиняемому ими ущербу кавказские, крымские, волжские и байкальские оползни /4,6/.
Оползнями называют движения горных пород по склону под действием силы тяжести, связанные, в основном, с деятельностью поверхностных и подземных вод /6/. Оползни – это длительный временной процесс, характеризующийся неравномерными скоростями движения и переходящий при определенных условиях в катастрофическую фазу, при которой скорости движения составляют метры и десятки метров в сутки /7, 10, 12/. Огромное разнообразие оползневых явлений отражает многообразие факторов, которые могут нарушить устойчивость склонов. Наиболее важными из них являются: воздействие подземных и поверхностных вод; изменение крутизны склонов; дополнительные нагрузки, сотрясения и вибрации; мерзлотные воздействия; выветривание.
Для прогноза оползневых явлений ведутся систематические наблюдения, которые в зависимости от характера оползневого процесса могут быть разными. В настоящее время общепризнано, что наиболее точные количественные данные о движениях земной поверхности и оползнях, в том числе, позволяют получать геодезические методы.
Изучение траектории и скорости движения оползня осуществляется в процессе наблюдений за поведением деформационных пунктов, закладываемых в теле оползня и последующей математической обработки и интерпретации результатов наблюдений.
Поставленная задача может быть решена, если через определенный интервал времени ∆t = t2-t1 в трехмерном пространстве Х, У, Н (рис.1) относительно неподвижного начала системы отсчета будут определяться координаты деформационного знака А на момент времени t1 (х', y', h') и момент времени t2 (х”, у”, h “). Расстояние (Д), на которое сместится деформационный знак за интервал времени ∆t, может быть вычислено по формуле (1)
(1)
где Дг, Дв – соответственно горизонтальная и вертикальная составляющая полного перемещения деформационного пункта.
Скорость движения вычисляется по следующей формуле
(2)
где V
Г ,VВ - соответственно
горизонтальная и вертикальная составляющая
полной скорости движения (V)
деформационного пункта.
Дирекционный угол вектора движения вычисляется по формуле
(3)
Для определения текущих координат на местности строится специальная геодезическая сеть, состоящая из деформационных знаков, заложенных в теле оползня, опорных пунктов, заложенных на неподвижном основании в непосредственной близости от оползня, и исходных пунктов. Выполняя в такой сети геодезические измерения, через определенный интервал времени ∆tвычисляют текущие координаты деформационного знака и определяют скорость и траекторию движения по формулам (1 – 3). При этом проектировщики накладывают условие, чтобы точность определения координат деформационного знака относительно неподвижного начала системы отсчета не превышала в плановом положенииm0=5см, а в высотном положенииmHo=2 см /10/. Поэтому при проектировании геодезической сети необходимо предрасчитать необходимую точность измерения углов (m), сторон (ms) и превышений (mh), исходя из заданной средней квадратической ошибки (m0 и mHo ) положения пункта в наиболее слабом месте.
Наличие в геодезических измерениях случайных ошибок приводит при вычислении движения деформационного знака (формула (1)) к возникновению ошибки (mД). При небольших скоростях (VГ и VВ) и незначительном интервале времени ∆tвозникает ситуация, когда движение деформационного пункта находится в пределах точности вычисления (mД). В этом случае движение деформационного знака считается не установленным, а сам деформационный пункт стабильным. Поэтому при априорной оценке точности геодезической сети необходимо установить критерий на основании которого оценивают значимость движения деформационного знака, полученного из математической обработки.
Следующим важным моментом является установление интервала времени ∆tмежду циклами геодезических измерений. Неправильно назначенный интервал времени приведет либо к тому, что движение будет не установлено, либо к тому, что не будет с достаточной степенью подробности определена траектория движения деформационного знака. Поэтому при вычислении интервала времени ∆tнеобходимо учитывать априорно заданную скорость движения (V’Г и V’В) и точность определения движения деформационного знака (mД).
Исходными данными к выполнению лабораторно-практической работы являются:
топографическая карта масштаба 1:25 000 с заданными 2-3 исходными пунктами и телом оползневого массива;
необходимая точность положения пункта в наиболее слабом месте геодезической сети в плановом и высотном отношении (m0=5см и mH0=2см);
априорно заданная скорость движения оползневого массива (V’Г, V’В).
Целью лабораторно-практической работы является проектирование и априорная оценка точности геодезических наблюдений за движениями оползня.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать проект планово-высотной геодезической сети для наблюдения за движением оползня на топографической карте в масштабе 1:25 000;
выполнить предвычисление необходимой точности измерения углов (m),сторон (ms) и превышений (mh);
выбрать средства и методику для выполнения геодезических измерений;
установить минимальное значение движения деформационного знака (Дmin), которое может быть обнаружено при математической обработке геодезической сети;
выбрать научно-обоснованное значение интервала времени (∆tГ, ∆tВ) между циклами геодезических измерений.