4. Современные методы прогнозирования геологических процессов и явлений с целью рационального использования и охраны геологической среды
Каждый геологический процесс и явление развиваются в определенных природных условиях под воздействием комплекса климатических, физико-географических и инженерно-геологических факторов.
В настоящее время при исключительно широких масштабах деятельности человека, когда осваиваются практически все типы природных условий, большое значение имеет прогнозирование развития геологических и инженерно-геологических процессов и явлений как в естественном развитии, так и при инженерной деятельности человека.
Прогнозирование важно потому, что именно наличие, возникновение и развитие тех или иных геологических и инженерно-геологических процессов и явлений представляет те или иные трудности освоения территорий, и могут вызвать нежелательные изменения геологической среды.
Под прогнозом геологических процессов и явлений понимается (по определению А.И. Шеко) «научное, основанное на анализе закономерностей развития, предсказание места, времени, характера, (типа) и масштаба проявления тех или иных процессов, а также подверженности территории и объектов народного хозяйства их воздействию».
Следовательно, прогноз геологических и инженерно-геологических процессов и явлений, сводится к определению типа, места, масштаба и времени возникновения. К сожалению, не всегда можно дать прогноз такого содержания, предвидеть все перечисленные характеристики развития процесса. Но важным будет прогноз даже и одной какой-нибудь из перечисленных в определении характеристик процесса.
Выполняются прогнозы разных видов: а) по отношению к размеру геологической среды – локальные, региональные, глобальные прогнозы (в масштабе всей планеты); б) по времени – краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные, футурологические (на далекую перспективу); в) по способу выражения – количественные, качественные, смешанные; г) по источнику информации – эмпирические, теоретические.
Существуют разные методы прогнозирования, которые можно объединить в три группы:
сравнительно-геологические (природных аналогий, или инженерно-геологических аналогий, или геологического подобия);
расчетные (математическое, аналитическое моделирование);
моделирование – а) создание моделей из различных материалов (вещественное моделирование); б) натурное.
Первая группа – сравнительно-геологические методы – основаны на изучении и выявлении условий факторов и закономерностей развития процессов в новейшее и современное время и переносе их действия на будущее на территории со сходными условиями. Эти методы прогнозирования основаны на изучении и анализе существующих инженерно-геологических условий, являющихся результатами историй геологического развития территории, поэтому нужно пользоваться геологическими методами изучения возраста, генезиса, состава, условий залегания пород, тектоники, неотектоники и других факторов инженерно-геологических условий. Такой анализ позволяет выяснить причины и условия, вследствие которых возможно возникновение процессов. В табл. 11 приведены признаки, факторы, которые изучаются и оцениваются при прогнозировании геологических процессов методами аналогий [8].
Методами этой группы составляется преимущественно качественные прогнозы. К методам этой группы относятся: картирование территории (знаковые модели); анализ факторов и условий; индукция и дедукция; аналогия; экспертные заключения; геологические понятийные модели (понятия, теории концепции).
Вторая группа – расчетные методы. Методы математического моделирования основаны на составлении математических моделей процессов и явлений.
Математическое моделирование разделяется на детерминиро-ванное и статистическое.
Детерминированные модели – это математическое (в виде расчетных схем, формул или графически) выражение функциональных связей, зависимостей процессов и явлений, причин и факторов, обусловливающих эти процессы. Эти модели сильно упрощают взаимосвязи элементов природной среды и детерминированное моделирование не может считаться полностью достоверным прогнозом. Детерминизм – это материалистическое учение о причинной обус-ловленности всех явлений как в природе, так и в обществе, отрицающее наличие случайностей в развитии явлений. (энциклопедический словарь). Примером детерминированной модели абразионного процесса является следующее уравнение:
,
(13)
где Q – объем размытой породы; Е – энергия волн; Кр –коэффициент характеризуемой породы по размыву; Кб – коэффициент, характеризующий высоту, рельеф склона; tb – время размыва с учетом разной интенсивности размыва во времени. Этот метод применяется в практике строительства водохранилищ [3]. В данной детерминиро-ванной модели учтены только четыре основные природные фактора развития процесса абразии. Но на развитие процесса абразии влияют и различные другие факторы – тектонические движения, растительность, деятельность человека и т.п., в том числе и случайные факторы.
Таблица 11