Соколова И.А. («НижегородТИСИЗ», Нижний Новгород)
В крупных городах безаварийное строительство возможно только при наличии полной информации об инженерно-геологических условиях территории на всех стадиях строительного процесса.
При активной реконструкции города и достаточной изученности территории, необходима систематизация уже накопленных данных. Причем ценность геологической информации возрастает в том случае, если она увязана с планово-высотным расположением сооружений, фундаментов, подземных коммуникаций. При этом возникают два типа задач: связанные со сбором, организацией и хранением данных; анализа, интерпретации и построения цифровых моделей инженерно-геологических карт.
Базовыми элементами информационного моделирования геологических карт являются: цифровая картографическая основа, первичные геологические данные, производные данные материалов предшественников.
Цифровая картографическая основа является несущей конструкцией моделирования. Она должна сохранять преемственность от масштаба к масштабу.
Первичная геологическая информация обеспечивает возможность создания компонентов модели в полном объеме полевых наблюдений. При этом данные должны иметь надежную координатную привязку и структурироваться по единым законам и понятиям.
Производные данные материалов предшественников — это результаты обработки и интерпретации первичных данных, представленные цифровыми моделями карт геологического содержания, формализованными описаниями их легенд и геологических объектов, результатами обработки геофизических, геохимических, гидрогеологических данных.
Компоненты геологической среды, применяемые для информационного моделирования, состоят из набора признаков в каждой точке. При инженерно-геологических изысканиях под строительство такими точками являются скважина, дудка, шурф, точки статического зондирования и геофизических наблюдений. По комплексу геолого-геофизических данных требуется оценить распределение числовых или номинальных свойств геологической среды и представить эти свойства в виде цифровых моделей геологического строения территории.
Перевод этого процесса в автоматизированный режим возможен при условии четкого разграничения набора операций на те, которые будут автоматизированы, и другие, не подлежащие автоматизации по техническим причинам.
Немаловажным аспектом для построения информационных моделей карт является использование цифровых моделей геологических карт предшественников, увязанных с современной картографической основой. Необходимая информация, «снятая» с таких карт, включается в обработку.
Вопросы сбора, обработки и анализа данных по инженерным изысканиям уже несколько лет успешно решаются в ОАО «НижегородТИСИЗ». На базе программного комплекса ГИС «Карта 2005» (КБ «ПАНОРАМА») создан банк цифровых данных фонда «Инженерные изыскания» (ГИС ГЕОТОП), который позволяет проводить анализ, интерпретацию и построение векторных, растровых и матричных карт геологического содержания, разрабатывать специализированные ГИС-приложения в среде Windows, решать типовые прикладные задачи.
Организация данных
Система организации данных позволяет строить геологические карты, прогнозировать опасные геологические процессы (карст, оползни и т. д.), проводить поиск информации и осуществлять мониторинг геологической среды. Степень детализации информации зависит от стадии инженерных изысканий.
Для городского строительства данные, как правило, представлены в масштабе 1:500. Структура базы данных предусматривает возможность ввода инженерно-геологической информации крупно-, средне- и мелкомасштабных работ. В зависимости от вида и масштаба построения геологической карты проводится генерализация исходных данных. Например, для построения геолого-литологической карты масштаба 1:10 000 мощности каждой литологической разности грунта в точке наблюдения суммируются с учетом возраста и генезиса и записываются в отдельное поле базы данных, фрагмент которой приведен в табл. 1.
Таблица 1. Фрагмент таблицы литологических свойств грунтов (LITOL.db)
| Суммарная мощность грунта, м | Мощность разновидности грунта, м | Геологический индекс слоя | Наименование грунта |
| 5 | laQII-III | суглинок | |
| 12, 5 | 7, 5 | laQII III | суглинок |
| 1, 7 | 1, 7 | tQIV | насыпной грунт |
| 1, 1 | 1, 1 | edQIII | суглинок |
| 3, 7 | laQII III | суглинок | |
| 12, 2 | 8, 5 | laQII III | суглинок |
Структура данных для ввода первичной геологической информации разработана на основе существующих нормативных документов для инженерных изысканий [1–5]. В точках геологической среды (выработки, статика, ВЭЗ) вводятся показатели в числовом или текстовом виде:
общие данные (год, глубина, организация и пр.);
условия залегания грунтов (глубина подошвы, возраст, мощность и пр.);
характеристика грунта;
физико-механические свойства образцов;
химические анализы воды;
коррозионная активность грунтов.
Для каждого вида грунта подбирается собственный набор компонентов:
глинистые грунты — грансостав, текстура, минеральный состав, обломочность, карбонатность, примеси, включения, органика, консистенция;
песчаные грунты — минеральный состав частиц, обломочность, примеси, зернистость, плотность сложения, степень плотности, включения, органика, степень влажности;
обломочные грунты — вид грунта и заполнителя, прочность, плотность скелета, трещиноватость, выветрелость, включения, степень влажности;
скальные и полускальные грунты — карбонатность, обломочность, структура, текстура, сопротивление одноостному сжатию, выветрелость, трещиноватость, плотность скелета, включения, наличие полостей и пр.;
техногенные грунты — способ укладки, однородность состава, степень и метод уплотнения, степень влажности и пр.
Расчетные компоненты физико-механических свойств образцов грунта содержат общие сведения (глубина и дата отбора, номер заказа и пр.), физические свойства, гранулометрический состав, результаты срезовых и компрессионных испытаний, относительную просадочность при нагрузках, коррозионную активность.
Расчетные компоненты для оценки подземных вод включают данные по уровням, глубине и условиям залегания, физическим свойствам, химическому составу, коррозионной активности.
При выборе расчетных параметров для характеристики геологических процессов вводятся данные по подземным и поверхностным проявлениям, времени и интенсивности появления.
Классификатор
Анализ методических рекомендаций и нормативных документов позволил обобщить полный комплекс геологических факторов, используемых при построении инженерно-геологических карт. Структура электронного классификатора состоит из нескольких слоев, в каждом из которых расположены характерные для данного слоя объекты. В табл. 2 приведены типы объектов, располагаемые в каждом слое.
Таблица 2. Структура классификатора
| Наименование слоя | Объекты |
| Генетические типы | Площадные объекты наиболее характерных генетических типов четвертичных отложений Нижегородской области |
| Геологические границы | Линейные стратиграфические, тектонические, гидроизогипсы |
| Горные выработки | Типы геологических выработок (скважины, дудки, шурфы), точек геофизических наблюдений и статического зондирования |
| Грунты | Инженерно-геологические виды полускальных, осадочных, техногенных грунтов Нижегородской области |
| Геоморфология | Объекты геоморфологии и физико-геологических процессов и явлений (границы террас, овраги, оползни, карстовые воронки) |
| Гидрогеология | Элементы гидрогеологии (родники, колодцы, гидрогеологические подразделения) |
| Стратиграфия | Возраст четвертичных и коренных отложений |
| Литологические особенности | Наиболее часто встречающиеся литологические особенности грунтов (затофованность, выветрелость, включения) |
Для каждого объекта разработан код, ключ, семантика, позволяющие осуществлять связь и проводить операции по выборке данных, построению карт, математическим расчетам. Классификаторы карт масштабов 1:10 000 и 1:500 предназначены для построения инженерно-геологических карт, соответственно, на стадиях создания генерального плана развития города, разработки проекта строительства и рабочей документации. В районах развития опасных геологических процессов при построении специализированных карт систематизируются и добавляются дополнительные объекты слоев.
База данных геологических карт предшественников, представленных в растровом или векторном виде, состоит из наборов разных по масштабу карт, схем, разрезов, идентифицированных по назначению и архивному номеру отчета.
Ввод и хранение данных
Система ввода в банк данных фонда «Инженерные изыскания» предусматривает импорт текущей геологической информации и ввод архивной информации с бумажных носителей. Текущая геологическая информация представляет собой результаты обработки первичных полевых геологических данных программными средствами, разработанными специалистами треста. Это следующие программы: «Колонка» (создание геолого-литологической колонки для любого масштаба карт по полевым материалам), «Статика» (обработка данных статического зондирования), «Статистика» (статистическая обработка лабораторных определений физико-механических свойств образцов грунтов), «Разрез» (построение инженерно-геологических разрезов как для площадок, так и для линейных объектов, в том числе трасс нефте- и газопроводов), «Лаборатория» (расчеты по результатам определений физико-механических свойств образцов, химического состава подземных вод, коррозионной активности грунтов), «Склон» (расчет устойчивости склонов естественного происхождения).