Инженерно-гидрометеорологические изыскания на объектах недропользования

Гергенов В.О., главный специалист по гидрометеорологии, отдел инженерных изысканий АО "Иргиредмет"

На протяжении пяти лет АО "Иргиредмет" успешно проводит комплексные инженерные изыскания, в том числе инженерно-гидрометеорологические, в самых непростых природных условиях и в самых отдаленных и труднодоступных районах нашей страны. География выполненных работ простирается от Камчатки до Кольского полуострова. По проектам института построены золотоизвлекательные фабрики, сложные гидротехнические сооружения, автомобильные дороги и линии электропередач.

Важность инженерно-гидрометеорологических изысканий

Гидрометеорология – научное направление, изучающее состояние водной и воздушной оболочек Земли, рассматривающее основные взаимосвязи между процессами и последствиями антропогенного воздействия на гидросферу и атмосферу, опасные природные явления, прогнозирующее состояние водных объектов и климата.

Одним из основных разделов гидрометеорологии являются инженерно-гидрометеорологические изыскания (ИГМИ) – комплекс исследований, направленных на изучение климатических, гидрологических, геодезических, морфометрических и метеорологических условий на различных территориях. ИГМИ играют ключевую роль в проектировании и строительстве различных технических объектов: зданий, сооружений, мостов, дорог, трасс, плотин и других строений.

Согласно перечню, утвержденному постановлением Правительства РФ от 19.01.2006 № 20, ИГМИ относятся к основным видам инженерных изысканий. В соответствии с п. 3 ч. 8 ст. 49 Градостроительного кодекса РФ отсутствие результатов инженерных изысканий, в том числе инженерно-гидрометеорологических, служит основанием для отказа в принятии проектной документации на экспертизу.

ИГМИ играют очень важную роль, поскольку позволяют предотвратить и защитить будущее строение от неблагоприятных последствий, вызванных гидрологическими и метеорологическими особенностями участка работ.

Назначение, этапы и виды исследований

Инженерно-гидрометеорологические изыскания направлены на изучение двух компонентов природной среды: водных объектов и погодно-климатических условий. При этом гидрологические и метеорологические параметры рассматриваются во взаимосвязанном комплексе.

Целью ИГМИ является получение расчетных гидрологических и метеорологических характеристик, необходимых для подтверждения и уточнения условий, заложенных в проектной документации, а также для обоснования решений проектирования согласно утвержденным нормативно-техническим документам.

Особое внимание уделяется изучению районов, в которых могут происходить опасные процессы – лавины и сели. С учетом возможности их возникновения ведется разработка рекомендаций для инженерной защиты территории.

Можно выделить три этапа инженерно-гидрометеорологических изысканий: подготовительный, полевой и камеральный.

Подготовительный этап – сбор и анализ исходных данных, которые могут включать гидрологические и климатические характеристики региона, топографические карты, результаты геологических и гидрогеологических исследований. Эти сведения необходимы для определения потенциальных рисков и условий эксплуатации объекта.

Полевой этап – полевые исследования, например промер глубин, маршрутные обследования, гидроморфологические изыскания, разбивка и нивелирование морфометрических створов, уклонов водной поверхности, измерение скорости течения и расхода воды и т.д.

Выполнение полевых работ определяется необходимостью установления оптимального местоположения переходов через водные объекты, площадочных объектов. Некоторые данные используются также для гидрологических расчетов и служат источником их обоснования.

Камеральный этап предусматривает составление климатической записки, выполнение гидрологических расчетов. На основе полученных сведений подготавливается отчет со всеми результатами исследований, выводами и рекомендациями.

Для базовой оценки гидрометеорологических условий проводятся следующие виды исследований:

1. Сбор справочных и архивных материалов, данных по гидрометеорологической изученности территории: заказ справочной информации в Росгидромете, получение архивных материалов инженерных изысканий и экологических (гидрометеорологических) мониторингов в территориальных фондах, изучение открытой информации о состоянии водных объектов, климатических особенностях, метеорологических явлениях. Анализ данной информации, с последующим рекогносцировочным осмотром участка и прилегающей территории, позволяет определить оптимальные виды работ, рассчитать число точек-постов наблюдательной сети, подготовить нужное оборудование.
2. Гидроморфологические и морфометрические работы на водных объектах: получение данных о строении русла, расчет основных характеристик водотока и коэффициента шероховатости поймы, разбивка морфоствора, замеры уровней воды и т.д. (рис. 1)
3. Съемка русла, измерение глубин и составление донных профилей водного объекта (рис. 2)
4. Исследования ледового покрова: определение толщины, структуры, динамики, с проведением ледомерной съемки, если ледяной покров напрямую воздействует на проектируемый или эксплуатируемый объект (рис. 3).
5. Литодинамические исследования в донной и береговой зонах, изучение динамики формирования наносов и т.д.
6. Выявление и оценка динамики неблагоприятных гидрологических процессов и метеорологических явлений: наблюдения должны охватывать все развитие процесса.
7. Исследование донных отложений и отбор проб для лабораторных анализов.
8. Камеральная обработка всех полученных данных и составление технического отчета.

Рисунок 1. Измерение скорости потока

Рисунок 2. Промерные работы

Рисунок 3. Ледомерная съемка

Инженерно-гидрометеорологические изыскания на золоторудном месторождении

Показательным примером инженерно-гидрометеорологических изысканий является участие АО "Иргиредмет" в проекте строительства горнодобывающего предприятия на золоторудном месторождении в Магаданской области. По этому объекту, помимо изучения гидрологического и климатического режима участка работ, проводились исследования лавинной и селевой опасности.

Исследованная территория относится к районам Крайнего Севера и находится в горной, крайне расчлененной местности на Колымском нагорье, в высотном интервале от 900 до 1 400 м (рис. 4).

Рисунок 4. Вид на золотоизвлекательную фабрику

При выполнении работ в подобных районах специалисты АО "Иргиредмет" часто сталкиваются с проблемой слабой сети распространения репрезентативных пунктов наблюдения за гидрологическим и метеорологическим режимом – гидрологических и метеорологических постов.

Для получения достоверных сведений и соблюдения нормативных требований АО "Иргиредмет" сотрудничает с такими организациями, как Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации, научно-производственный кооператив "Атмосфера", Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова.

Перечисленные организации могут представить специализированные климатические характеристики по станциям и территориям, в том числе плохо обеспеченным метеорологическими наблюдениями. Полученная информация используется в проектировании с применением методов физико-математического моделирования и статистического анализа результатов модельных расчетов и данных наблюдений.

Крайне важным вопросом для оценки климатических параметров является репрезентативность пунктов наблюдений. Метеорологическая станция удовлетворяет условиям репрезентативности в следующих случаях:

• станция и объект изысканий находятся в однородных физико-географических условиях (рельеф, подстилающая поверхность, увлажнение, состав почв и т.д.);
• расстояние до участка работ и метеорологические условия позволяют осуществлять перенос в пределы станции значений по каждой из требуемых характеристик режима;
• наблюдения ведутся за всеми гидрометеорологическими характеристиками, необходимыми для обоснования проектирования объекта.

В рамках работы по месторождению было выполнено обобщение материалов гидрометеорологической и картографической изученности рассматриваемой территории относительно ближайших к району изысканий постов территориального центра по гидрометеорологии. Выбранная опорная метеорологическая станция удовлетворяла условиям репрезентативности для участка строительства.

Так как в районе изысканий распространены лавины, а верхние границы лавинных очагов находятся на высотах, значительно превышающих высоту метеорологической станции, были произведены расчеты по выявлению закономерностей высотного распределения снежного покрова.

Для расчета характеристик лавин в ходе полевых работ выполнялись снегомерные (рис. 5) и рекогносцировочные работы.

Рисунок 5. Снегомерная сьемка

Работы в горах проводились на снегомерной площадке, выбранной по материалам камеральных работ. На ней же выполнялась проходка шурфа в снежной толще, определение физических свойств снежного покрова, его структуры и текстуры, плотности слоев, запаса воды, измерение послойной температуры снега.

В распределении осадков по территории наблюдается пятнистость, вызванная в основном горным рельефом и разнообразной ориентацией орографических элементов по отношению к влагонесущим потокам. Кроме этого, на пространственное распределение снежного покрова значительное влияние оказывает ветер.

В горах исследуемого района в зависимости от высотной зоны первый снег появляется на 12–14 дней раньше, а его разрушение происходит на 16–20 дней позже, чем в днищах речных долин. Продолжительность залегания снежного покрова увеличивается до 300 дней.

В одну синоптическую зону, кроме опорной метеорологической станции, входят дополнительные станции, главным образом высотные. Они были использованы для выявления закономерностей высотного распределения снежного покрова.

С помощью кластерного анализа была выполнена систематизация метеорологических станций, на основании физико-географического описания их местоположения проведена выборочная проверка полученных результатов.

Кластерный анализ позволяет провести разбивку по целому набору признаков и не накладывает ограничений на вид рассматриваемых объектов, обеспечивая возможность оценки множества исходных данных.

Существует большое число алгоритмов кластеризации. Наилучшим вариантом для решения поставленной задачи являлось сочетание метода полной связи и меры расстояния городских кварталов.

В разные периоды в ближайшем к месторождению районе существовало разное количество станций. Была проанализирована информация с 15 станций, в том числе закрытых. Кластеры строились по таким параметрам, как высота станции над уровнем моря, средняя наибольшая высота снежного покрова, среднее число дней со снежным покровом, запас воды в нем, среднегодовая температура воздуха и годовое количество осадков.

Выстроенные по отдельным и совокупным параметрам кластеры подтвердили различие между станциями, относящимися к верховьям бассейна р. Колымы и тихоокеанскому побережью.

По итогам кластерного анализа в расчеты были приняты данные четырех станций. Включение их в одну группу для установления закономерности вертикального распределения снежного покрова обосновывается однотипностью местоположения.

В соответствии с данными выбранных станций была установлена зависимость средней наибольшей высоты снежного покрова в период максимального снегонакопления от абсолютной высоты местности.

Полученные данные использовались для определения расчетных характеристик лавин. Результатом проделанной работы стало получение положительных заключений государственной технической и экологической экспертиз, что в дальнейшем обеспечит безопасность при строительстве и эксплуатации объекта.

Заключение

Инженерно-гидрометеорологические изыскания представляют собой комплекс исследований, направленных на изучение природных и антропогенных факторов, влияющих на гидросферу и атмосферу, и выполняемых с целью получения точных данных о текущем состоянии и прогнозирования изменений.

В ходе ИГМИ проводятся наблюдения за атмосферными процессами: температурой, влажностью, скоростью ветра, осадками и их распределением. Исследуются гидрологические характеристики водоемов, включая уровень, скорость течения и химический состав воды.

Результаты изысканий используются для разработки прогнозов погоды, предупреждения о стихийных бедствиях, планирования и реализации различных инфраструктурных проектов, таких как строительство гидротехнических сооружений, прокладка дорог и трубопроводов. Гидрометеорологические данные необходимы для мониторинга и управления водными ресурсами, водообеспечения и предотвращения загрязнения водных экосистем.

Таким образом, инженерно-гидрометеорологические изыскания играют ключевую роль в поддержании экологической и экономической стабильности региона, способствуют принятию обоснованных решений и снижению рисков для населения и окружающей среды.

"ЗОЛОТОДОБЫЧА" № 12 (313), ДЕКАБРЬ 2024 ГОДА

© АО "Иргиредмет", 2025