Поиск воды - Развитие высоких технологий

Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для
прибрежных районов по поиску артезианской воды
Валерий Георгиевич Грязнов 1, Владимир Васильевич Тихонов 2, Юлия
Александровна Ларина 3,
Вадим Викторович Монахов 4
Научно-производственное аэрогеодезическое предприятие «Меридиан+»,
Российская Федерация. vgg@agpmeridian.ru
2 Национальное объединение саморегулируемых организаций с сфере кадастровой
деятельности, Российская Федерация vvt2609@mail.ru
3 Общество с ограниченной ответственностью “СИНТЕЗ”, Российская Федерация
larinajulie@yandex.ru
4 Общество с ограниченной ответственностью “Геотех”, Российская Федерация
5073636@mail.ru
1
Аннотация:
Современному проектированию и планомерному развитию инфраструктуры, городских
и промышленных территорий и объектов требуются современные высокоточные
взаимно интегрированные изыскания: геофизические исследования, мобильное
лазерное сканирование, воздушное лазерное сканирование, аэрофотосъемка, точные
гидрографические съемки и др. Мобильное лазерное сканирование применяемое вместе
с технологией подводного ультразвукового многолучевого сканирования обеспечивает
создание 3D-моделей для всего спектра водных сооружений (каналов,
гидротехнических сооружений и т. д.). Очень существенным является вклад этих
методов в создание 3D-моделей, или строго говоря, в построение информационных
моделей зданий (BIM) любого гражданского/промышленного объекта, лежащих в
основе любого эффективного строительства или эксплуатации. Применение BIMтехнологий на каждом этапе жизни строительного комплекса и его инфраструктуры
обеспечивает значительное экономическое воздействие на производительность труда в
проектировании (до 30%), строительстве (25-40%) и эксплуатации (5-15%). В
настоящей статье рассматриваются современные цифровые геодезические,
гидрографические и геофизические методы в качестве основы BIM. Наши оценки
показали высокую стоимость модели как нематериального актива производственной
деятельности промышленных компаний.
Развитие инфраструктуры и выявление водных ресурсов оказывают большое влияние
на стоимость земли и недвижимости. Высокоточные лидарные исследования
обосновывают изменения в стоимости земельных участков на больших территориях.
При кадастровой оценке земли также учитываются методы дистанционного поиска
артезианских вод, которые влияют на стоимость земли, в случае обнаружения
большого их (артезианских вод) объема.
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
1
Ключевые слова:
Дистанционное зондирование артезианских вод, геофизические исследования,
мобильное лазерное сканирование, воздушное лазерное сканирование, аэрофотосъемка,
точные гидрографические исследования, подземные коммуникации, информационное
моделирование, BIM.
Технология лазерного сканирования является очень перспективной для точной съемки
наземных поверхностей. Для больших территорий (сотни квадратных километров и
более) или очень широких линейных объектов (полоса захвата более чем
полкилометра) применение высокоточных воздушных лазерных сканеров является
очень эффективным в финансовом отношении в силу получения в результате съемки
цифровых моделей рельефа и топографических карт масштаба 1:1000 и менее.
Для изысканий на линейных объектах инфраструктуры (железных дорогах,
автодорогах, высоковольтных линиях электропередач, трубопроводах и др.) и
прибрежных линиях, необходимо применение мобильных лазерных сканеров,
способных выполнять измерения с точностью, как правило, меньше сантиметра.
Результатом этой технологии являются цифровые модели местности и рельефа, планы
масштаба 1:500 и крупнее. Такой масштаб требует очень точной сети планововысотного обоснования. Затененные области на получаемых моделях из-за препятствий
по ходу съемки (например, заборы, а так же другие строения, непроницаемые для
лазерного луча) могут быть дополнены, при помощи применения впоследствии
наземных лазерных сканеров, которые также могут быть использованы для наземных
обследований, а так же для предоставления данных для построения информационной
модели (BIM).
Мобильный лазерный сканер может быть легко установлен на борту судна в сочетании
с многолучевым эхолотом для обследования береговой полосы и инфраструктуры,
плотин, мостов, ГЭС и прочее. Следует подчеркнуть, что наземная и подводная
поверхности могут быть соединены в однородную цифровую модель, которая может
быть использована как часть BIM следующим образом. (как это показано на рис. 1).
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
2
Рис. 1: Набережная. Синий- подводная съемка, желтый - лазерное сканирование
Следует иметь в виду, что подводные ультразвуковые сканеры могут обеспечить
точность 3D-моделей около 2 см, независимо от мутности воды (Рис. 2).
Рис. 2: Подводное ультразвуковое сканирование плиточных швов и каверн бетонной
стены.
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
3
Мобильные лазерные сканеры, установленные на любом наземном транспорте или
водном транспортном средстве не могут обеспечить создание облака лазерных точек
поверхностей, находящихся за густой растительностью из-за острого угла
сканирования относительно земной или водной поверхности. Воздушные лидары
обеспечивают надежные результаты для цифровых моделей рельефа так как
сканирование происходит практически перпендикулярно земной поверхности,
покрытой растительностью, кроме того, множественные отклонения от полога
растительности обеспечивают автоматизированную классификацию лазернолокационных точек по классам “земля - растительность”. С одной стороны
растительность сильно замаскировывает “микро-рельеф” (рис. 3), отвечающий за
геологические особенности пород, находящихся под осадочным слоем, с другой
стороны растительность выявляет некоторые гео-ботанические показатели тесно
коррелирующие с водными ресурсами или скоплениями углеводородов, поскольку там
имеются неизбежные малозаметные излучения. Сочетание бортового лидара и
мультиспектральных камер является очень эффективным решением для целей поиска
артезианской воды при обследованиях в пределах больших площадей.
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
4
Рис. 3: Специально-отфильтрованные данные облака лазерных точек. Цифровая модель
рельефа, отображающая “микрорельеф” достаточно плоской территории.
После выявления перспективных зон нахождения скопления подземных вод
посредством воздушных методов, наземные полевые команды должны произвести
геофизические исследования, которые являются составной частью исследований по
поиску артезианских вод. Основными задачами геофизики в процессе исследований по
поиску подземных вод являются:
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
5

Оценка литологического состава пород. Обнаружение зон повышенной
трещиноватости (разломности) в скальных породах. Выделение и оконтуривание
участков, хорошо сложенных и слабопроницаемых пород. Определение глубины
залегания уровня грунтовых вод;

Оценка фильтрационной неоднородности водоносных горизонтов и комплексов,
включая количественную оценку фильтрационных параметров (рис. 1).
Выделение
направлений
плановой
фильтрации.
Предварительная
геофильтрационная схематизация для моделирования с целью оценки запасов
подземных вод.
Рис. 4: Оценка фильтрационной неоднородности водоносных горизонтов и
комплексов, в том числе количественная оценка фильтрационных параметров.
Выделение областей стандартной фильтрации. Предварительное сопоставление
геофильтрационного моделирования для оценки запасов подземных вод.
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
6
Наиболее часто для решения вышеперечисленных задач используется метод
сопротивлений (электроразведка на постоянном токе в модификации вертикального
электрозондирования (ВЭЗ), иногда дополняемый электропрофилированием). При
наличии заметной пространственной изменчивости содержания водорастворимых
солей применяется метод вызванной поляризации (ВЭЗ ВП). Основные преимущества
ВЭЗ, ВЭЗ ВП:

Уверенные физические предпосылки при оценке литологии, фильтрационных
параметров и содержания водорастворимых солей.

Хорошо отработанная технология полевых работ и интерпретации материалов,
и более чем сорокалетний опыт применения этих методов при разведке на воду в
различных гидрогеологических условиях.

Низкая стоимость при высокой производительности.
В последнее время наиболее используемым методом в гидрогеологии является метод
индукционного зондирования в модификации зондирования методом переходных
процессов (ЗМПП), зондирования методом становления полей в ближней зоне (ЗСБ).
Основные достоинства индукционных зондирований:

Отсутствие необходимости в гальваническом контакте, что позволяет работать
на сухом песке, курумах, выходах скальных пород. Последнее позволяет
выполнять полевые работы в любое время года.

Высокая по сравнению с постоянным током чувствительность к проводящим
прослоям, что позволяет выделять сравнительно маломощные хорошие
проводники на глубине, заметно превышающей их мощность.

Более высокая глубинность по сравнению с постоянным током при одинаковых
размерах измерительных линий.
Имеющийся опыт показывает, что оптимальным является комплексирование
электрозондирования (ВЭЗ) и зондирования методом становления полей в ближней
зоне (ЗСБ), позволяющее обеспечить уверенную плановую корреляцию
геоэлектрических горизонтов.
Сейсморазведка применяется преимущественно для оценки глубины до уровня
грунтовых вод (УГВ), прослеживания кровли скальных пород и выделения в них зон
трещиноватости. Основным недостатком сейсморазведки является ее сравнительно
высокая стоимость, не всегда приемлемая при поисково-разведочных работах на воду.
В последнее время для поисковых работ на воду применяют методы пассивной
сейсморазведки, основанной на регистрации природных и техногенных микросейсм и
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
7
слабых землетрясений. Пассивная сейсморазведка методами HVSR и ReMi, в
частности, активно применяется для поиска воды в засушливых районах США. Методы
HVSR и ReMI применяются для определения рельефа кровли скальных пород и поиска
трещиноватый и обводненных зон.
Преимущества методов пассивной сейсморазведки:
 отсутствие необходимости применять сейсмические источники;
 использование малогабаритных переносных многоканальных измерителей;
 очевидность физических предпосылок и интерпретационных критериев;
 простота технологий полевых работ, высокая производительность и
возможность обеспечения измерительными средствами местных организаций,
занимающихся разведкой на воду.
Как результат значительное увеличение эффективности работы в следствие сокращения
времени и стоимости выполнения работ.
Территория, содержащая потенциальный запас водных ресурсов покрывается сетью
наблюдательных станций, производящих запись микросейсм. Длительность записи от
10 минут до одного часа в зависимости от сложности сейсмогеологических условий.
Зона в 1000 км.2 может быть обследована посредством работы 10 бригад (включая
местные бригады) за период в 1 год. Заверочное бурение будет производиться после
выбора перспективных участков по результатам проведения сейсмической съемки и
проведения на них электрозондирования (ВЭЗ). Местный персонал может быть очень
быстро обучен и привлечен к выполнению работ. Необходимое оборудование будет
предоставлено напрямую от производителя. Минимальный состав бригады 3-человека.
После того, как заверочное бурение будет выполнено, настоятельно рекомендуется
выполнить переоценку стоимости земельных участков. Переоценка крайне желательна
для земельных участков, расположенных вблизи проектируемых
транспортных
коридоров, новых запланированных городских районов и др. Топографические планы,
созданные на основе съемки, выполненной лазерным сканером на больших
территориях является базой для оценки недвижимости.
Очевидно, что одним из результатов успешного проведения бурения скважин на воду
будет серьезное увеличение стоимости земельного участка (рыночной и кадастровой).
В российской практике используется специальный коэффициент увеличения для
засушливых территорий, равный от 1,5 до 10,0 в зависимости от предшествующей
стоимости. Использование подобных коэффициентов для расчета кадастровой
стоимости земельных участков имеет практически линейную функцию.
Аналогичный характер имеет кадастровая стоимость земельного участка в зависимости
от местоположения. Расположение земельного участка вблизи инфраструктурных
объектов, планируемого городского и промышленного строительства существенно
увеличивает это значение.
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
8
Для Египетских условий и территории все тенденции будут схожими, но использование
соответствующих коэффициентов для расчета кадастровой стоимости земельных
участков может иметь большее значение.
Рыночная стоимость BIM для любой инфраструктуры (АЭС, ГЭС, железные дороги,
любые гражданские здания и др.) может быть оценена с использованием метода
дисконтированных затрат в течение всего жизненного цикла. Сравнивая этапы
жизненных циклов BIM и не-BIM, включающие изыскания, проектирование,
строительство и эксплуатацию любой инфраструктуры можно оценить Бим как
нематериальный актив стоимостью около 8% (нижняя оценка) от рыночной цены
инфраструктуры. Эта оценка включает расчет BIM-экономии на этапе проектирования
(до 30%), на этапе строительства (25-40%) и на стадии эскплуатации (5-15%),
настоящие данные получены из международной практики.
Воздушные, гидрографические и геофизические изыскания для прибрежных районов по поиску
артезианской воды
Валерий Грязнов, Владимир Тихонов, Юлия Ларина, Вадим Монахов
Региональная конференция «Изыскания и Развитие»
Шарм-эль-Шейх, Египет, 3-6 октября 2015
9