Деформации плотин в Узбекистане впервые проверили из космоса
В 2023 году Агентство «Узбеккосмос» впервые в истории страны провело мониторинг 18 плотин на водохранилищах 1-2 категории и их прибрежных территорий. Для этого использовали технологию InSAR (Interferometry Synthetic Aperture Radar) — это радиолокационный метод, позволяющий отслеживать деформацию земной поверхности и объектов на ней.
Узбеккосмос активно внедряет передовые технологии в сферу контроля за состоянием плотин на водохранилищах, ведь эти сооружения постоянно испытывают на себе нагрузку. Это не только давление воды (и льда), но и влияние подземных толчков. Даже едва заметная трещина в конструкции может со временем привести к серьезным последствиям.
Как объяснили в агентстве, мониторинг позволяет оценить фактическое состояние объектов, вовремя принять меры и предотвратить чрезвычайные ситуации, связанные с разрушением плотин. И помогает в этом космос.
Как именно анализируется состояние плотин и прибрежных территорий водохранилищ радиолокационным методом и почему важно наблюдать за гидротехническими сооружениями из космоса — рассказали в Агентстве «Узбеккосмос»:
Карта смещений
Мониторинг проводят при помощи радарной съемки со спутника, который пролетает определенное количество раз над одним и тем же местом на Земле в течении года (годичный цикл измерений). Во время съемки фиксируется все, что в поле «зрения» спутника. Космический аппарат делает не оптический снимок, а отправляет радиосигнал, отражающийся от любой точки земной поверхности и возвращающийся обратно. Таким образом измеряется расстояние от спутника до точки на Земле и если это расстояние меняется в течении годичного цикла измерений, значит эта точка поверхности смещается. Величину смещения, его скорость и направление определяют по анализу данных за весь период наблюдений – текущий год плюс архивные данные (с 2017 года).
В 2024 году в республике запустят космический мониторинг на еще 11 водохранилищах.
Все данные, поступившие со спутника, тщательно анализируются. Затем при помощи специальных алгоритмов составляется карта смещений для того или иного объекта. Результаты мониторинга передаются службам эксплуатации водохранилищ, институтам механики и сейсмологии, а также МЧС.
«По сути весь процесс обработки данных — это сравнение местоположений точек земной поверхности на наличие горизонтальных и вертикальных смещений. При анализе используют два алгоритма обработки данных: PSI (точечная деформация) работает с изменениями величиной до 5 мм и DSI (пространственно-коррелированная деформация) работает с изменениями более 5 мм», — объяснил заместитель начальника департамента управления проектами Центра космического мониторинга и геоинформационных технологий при Агентстве «Узбеккосмос» Дмитрий Леухин.
Это связано с тем, что в поле изучения попадают не только рукотворные объекты, те же плотины, которые считаются «стабильными», то есть не подвержены явным деформациям. Но также объекты «нестабильные», природные — часть горных массивов, оползни, и другие, способные прийти в движение, например, из-за сильных осадков или даже незначительных землетрясений.
«В обоих алгоритмах точность получаемых данных одинаковая, но для PSI изменения более 5 мм, считаются фоном и не учитываются. Например, если с плотины скатился камень, то мы не считаем это деформацией. Или, например, если вырос куст или выпал снег. Чтобы эти моменты не искажали картину измерений их фильтруют, поэтому используют два алгоритма — PSI для стабильных, чаще рукотворных объектов, а DSI для оползней, провалов и проседаний земной поверхности», — объяснил Дмитрий Леухин.
Вспомогательный инструмент
По его словам, сама технология InSAR — вспомогательная, поскольку специалисты служб эксплуатации независимо от этого проводят режимные наземные наблюдения и исследования (непосредственно на поверхности объектов), обязательные для подобного рода сооружений.
«То, что делаем мы – это технология вспомогательная и не претендует на замену наземных методов измерений и не конкурирует в точности. Между тем с точки зрения экономической целесообразности (в том числе, по времени выполнения наблюдений) — спутниковые данные более оперативные. Высокоточные наземные измерения проводятся дольше и стоят дороже. Что касается крупных участков, целесообразнее сначала мониторить из космоса, а потом по выявленным фрагментам работать уже наземными методами измерений», — уточнил Дмитрий Леухин.
Проведенный радиолокационный космический мониторинг позволил выявить определенные деформации, определить их размер, направление и скорость.
«Мы четко выявили связь деформаций, которые вызваны режимом сработки водохранилищ. Плотина, скажем так, «дышит». Когда водохранилище полное, отклонения идут в сторону от воды, когда его сливают, то идет возврат в обратную сторону. И это нормальный процесс — деформации в пределах допустимых значений», — уточнил специалист.
Кроме деформации плотин, специалисты также мониторили 500-метровую зону вокруг водохранилищ. Так, например, в некоторых из них определили смещение грунтов (оползней), которые служба эксплуатации водохранилища подтвердила.
«Мониторинговая работа велась с учетом данных служб эксплуатации водохранилищ, а также наземных наблюдений, — рассказал Дмитрий Леухин. — Затем данные по смещениям сопоставлялись, и мы видели, что значения и тренды смещений были схожими. Это позволяет говорить о том, что в качестве вспомогательного инструмента эта технология должна применяться, особенно для крупных объектов, которые наземными наблюдениями покрыть как минимум сложно и как максимум дорого».
Предотвращение и моделирование ЧС
Благодаря полученным данным службы эксплуатации могут определить в каких локализованных участках им стоит усилить наблюдения, а где наоборот сместить акцент на что-то другое.
Кроме того, такой мониторинг обеспечивает профильные учреждения информацией, которая нужна в расчетах для предотвращения чрезвычайных ситуаций, либо при моделировании ЧС и ситуаций для реагирования на них.
В настоящее время по итогам проделанной работы Узбеккосмос готовит документ, содержащий рекомендации по периодичности радиолокационного космического мониторинга гидротехнических сооружений в зависимости от их категории по всему Узбекистану.
В агентстве также отметили, что результаты работ, выполненных в 2023 году, получили положительный отзыв от института сейсмологии и института механики академии наук Республики Узбекистан и будут использованы при оценке устойчивости объектов.
С институтом сейсмологии активно обсуждается использование InSAR для определения деформаций земной поверхности не только в районах водохранилищ, но и в высокосейсмичных районах республики после землетрясений, а также в районах разработки месторождений углеводородного сырья и рудных полезных ископаемых, добавили в агентстве.
