Оценка влияния инженерно-геологических процессов на
аварийность подземных сооружений на основе анализа
пространственного и временного распределения аварий сетей
водоснабжения в Санкт-Петербурге
Введение 3
Глава 1. Геолого-географические условия
1.1. Физико-географическое описание территории 5
1.2. Геологическое описание территории
1.2.1. Дочетвертичные отложения 11
1.2.2. Четвертичные отложения 13
Глава 2. Особенности гидрогеологических и инженерно-геологических условий
Санкт-Петербурга
2.1. Гидрогеологические условия 14
2.2. Инженерно-геологические условия 17
Глава 3. Конструктивные особенности и принципы расположения сетей
водоснабжения и водоотведения
3.1. Общие положения 19
3.2. Устройство сетей в Санкт-Петербурге 22
Глава 4. Анализ методики оценки распределения аварий 23
Глава 5. Оценка распределения аварий
5.1. Распределение аварий по причинам 26
5.2. Временное распределение аварий 30
5.3. Приуроченность аварий к типам четвертичных отложений
5.3.1. Пространственное распределение без учёта нормировки 37
5.3.2. Пространственное распределение с учётом нормировки 42
5.4. Приуроченность аварий к типам четвертичных отложений в зависимости от
временного распределения 46
5.5. Схематические карты степеней опасности 51
Заключение 55
Список использованных источников 58
Приложение
Объект исследования
Сети водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга; дорожное покрытие Санкт-Петербурга.
Предмет исследования
Природная аварийность трубопроводов в связи с их приуроченностью к разным типам четвертичных отложений и пространственно-временная корреляция.
Цель выпускной квалификационной работы: установление пространственной, временной и геологической корреляций коррозионной и механической аварийности трубопроводов в системе грунт-сооружение.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Составление базы данных в формате ГИС по временному, пространственному и геологическому распределению аварий различных типов на сетях водоснабжения Санкт- Петербурга на основе данных ООО «Спецгеосервис».
2. Изучение конструктивных особенностей и принципов расположения сетей водоснабжения Санкт-Петербурга.
3. Изучение особенностей инженерно-геологических условий Санкт-
Петербурга.
4. Анализ временного распределения аварий различных типов на сетях водоснабжения.
5. Импорт данных по авариям в ГИС и сопоставление пространственного распределения аварий различных типов на сетях водоснабжения с геологическими картами Санкт-Петербурга.
6. Выявление, анализ и описание выявленных временных и пространственных корреляционных связей.
7. Разработка методики нормировки данных аварийности к плотности строения коммуникаций.
8. Построение схематических карт районирования Санкт-Петербурга по степени риска для подземных коммуникаций на примере сетей водоснабжения.
Актуальность работы. Установление пространственной, временной и геологической корреляций аварийности важно, поскольку определенные аспекты темы изучены не в полной мере, а выявление сезонных ритмов природных аварий экономически целесообразно.
Практическое значение. Исследование позволит оптимизировать выбор трасс строящихся подземных коммуникаций, произойдёт повышение эффективности в эксплуатации сетей Санкт-Петербурга и снижение затрат на восстановление после аварий благодаря их своевременному прогнозированию и оптимизации организации аварийной службы.
Используемые данные и методика исследования. Используемыми данными для проведенного в данной работе анализа служит информация по расположению аварий в подземных системах водопроводов и канализаций, а также их временные характеристики. На протяжении изысканий разработана методика нормирования, при оценке позволяющая сократить воздействие техногенных сил. Предоставлен количественный анализ, благодаря эмпирическим исследованиям зависимостей пространственного распределения типов аварий от инженерно-геологических условий и временного распределения аварийности на примере сетей водоснабжения и водоотведения Санкт-Петербурга.
Используемое программное обеспечение и база данных.
Создание базы данных по аварийности было осуществлено с помощью геоинформационных систем MapInfo Pro 15.0. и ArcMap 10.8.
Статистическая обработка и анализ данных были проведены с использованием программы Microsoft Excel и алгоритмов, реализованных в среде Python.
Сбор и анализ материалов по коррозионной и механической аварийности на основе данных, предоставленных ООО «Спецгеосервис», осуществится во время летней практики; была создана база данных в формате ГИС, включающая более 5000 аварий. Для получения репрезентативных данных было принято решение о введении весового коэффициента для аварий с учетом плотности инженерных сооружений (застроенности анализируемых площадей).
По окончании работы, совершено установление пространственной, временной и геологической корреляций коррозионной и механической аварийности трубопроводов в системе грунт-сооружение, а также выполнены все поставленные задачи, в том числе расчёт нормировочных коэффициентов и построение схематических карт степеней опасности.
Создана база данных в формате ArcGIS, включающая данные о 5 488 авариях, произошедших по разным причинам на инженерных сетях ГУП «Водоканал Санкт- Петербурга», за интервал 2005-2008 гг., сведения об административном устройстве, городской инфраструктуре и четвертичных отложениях города Санкт-Петербург.
Подтверждена и проанализирована неоднородность пространственного и временного распределения аварий сетей водоснабжения и водоотведения, выявлены её закономерности, дана количественная оценка аварийности по изучаемой территории (которая основана на эмпирических данных).
Разработана методика приведения количества аварий к одному уровню, независимо от распространённости геологических элементов с помощью нормировки.
Подводя итоги, были сделаны следующие выводы:
- Основной массив изучаемой аварийности (более 66%) приходится на механические повреждения, 21% - на коррозионные, 13% - на просадки дорожных покрытий.
- Временное распределение аварийности имеет выраженную сезонность: для механической аварийности характерны зимние максимумы, для коррозионной - летние.
- С точки зрения приуроченности аварий к генетическим типам грунтов, основной объём приходится на озёрно-ледниковые (lg) и голоценовые современные техногенные, биогенные, озерные, аллювиальные, морские, эоловые отложения (t, l, a, m, v) - 44,9 % и 43,8 % соответственно; 9,8 % аварийности составляют биогенные (b) отложения.
- По литологическому составу, преимущественное количество всех типов аварий зафиксировано в песчаных мелкозернистых и пылеватых грунтах (около 49% всех аварий). Второй по распространенности аварий группой грунтов являются супеси (около 25% всех аварий). Это можно объяснить их повсеместным распространением в качестве основания.
- Количественное соотношение данных по авариям без учета нормировки искажено влиянием различной распространенности грунтов на исследуемом участке.
Поэтому требуется приведение геологических данных к единому масштабу, для чего было рассчитано количество зданий в пределах каждой группы грунтов, и принят поправочный весовой коэффициент. При переходе к нормированным данным вводим размерность - условные единицы (у.е.), выражающую количество аварий каждого типа, приведенное в соответствие с плотностью коммуникаций в каждой группе грунтов и распространенностью грунтов на исследуемом участке.
- Самая ярко выраженная закономерность - значительное увеличение доли коррозионных аварий для глинистых и в особенности биогенных грунтов. С увеличением размера частиц грунта наблюдается рост доли механических аварий канализационных сетей и просадок дорожного покрытия.
- Распределение механических аварии водопроводов позволяет сделать вывод о преимущественном их проявлении в суглинках (39%). Несколько ниже доля механических аварий в супесях, а также в торфах (около 35%).
- Механические аварии канализационных сетей и просадки дорожного покрытия показывают незначительную зависимость от групп грунтов.
- Временная картина механической и коррозионной аварийности по типам генетических отложений соотносится с распределениями механической и коррозионной аварийности в целом.
- При построении схематических карт степеней опасности (общей, механической и коррозионной аварийностей) грунтами с высокой степенью риска признаны торфы и суглинки с глинами; грунтами со средней степенью риска - супеси; грунтами с низкой степенью риска - различные пески.
- Схематическая карта степеней опасности просадок дорожного покрытия носит обратный характер, относительно описанных выше.
- Для получения более точных показателей аварийности, нужно вводить в GIS сами сети водоснабжения и водоотведения и рассчитывать нормировку не по площади, а по длине; это было бы сложнее (т.к. пришлось бы анализировать распределение более 15,5 тыс. км со всеми границами переходов четвертичных отложений), но объективнее.
Практическое значение.
Выявленные зависимости, реализованные в схематических картах, позволяют:
• повысить эффективность инженерно-геологических изысканий при
проектировании новых сооружений привлечением максимального комплекса исследований (возможно совершенствование нормативной базы),
• повысить эффективность эксплуатации инженерных сетей планированием
усиленного мониторинга, увеличением обслуживающего штата, выделением дополнительного оборудования на территориях, характеризующихся высокой и весьма высокой степенями опасности.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
