Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища
Досліджено зсувні процеси на території правобережжя Дніпра у межах Київського водосховища. На основі врахування комплексного впливу метеорологічних, геофізичних, гідрогеологічних та гідрологічних чинників виконано довгострокове прогнозування розвитку зсувних процесів у часі до2020 року. Статья пос...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геодинаміка |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60643 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища / Е.Д. Кузьменко, І.В. Чепурний, О.О. Нікіташ, Л.В. Штогрин // Геодинаміка. — 2012. — № 1(12). — С. 93-102. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859672288344932352 |
|---|---|
| author | Кузьменко, Е.Д. Чепурний, І.В. Нікіташ, О.О. Штогрин, Л.В. |
| author_facet | Кузьменко, Е.Д. Чепурний, І.В. Нікіташ, О.О. Штогрин, Л.В. |
| citation_txt | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища / Е.Д. Кузьменко, І.В. Чепурний, О.О. Нікіташ, Л.В. Штогрин // Геодинаміка. — 2012. — № 1(12). — С. 93-102. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геодинаміка |
| description | Досліджено зсувні процеси на території правобережжя Дніпра у межах Київського водосховища. На
основі врахування комплексного впливу метеорологічних, геофізичних, гідрогеологічних та гідрологічних
чинників виконано довгострокове прогнозування розвитку зсувних процесів у часі до2020 року.
Статья посвящена исследованию оползневых процессов на территории правобережья Днепра в
пределах Киевского водохранилища. На основе учета комплексного влияния метеорологических,
геофизических, гидрогеологических, гидрологических факторов развития оползневых процессов во
времени осуществлено долгосрочное временное прогнозирование до2020 года.
The article is devoted to the investigations of the landslide processes on the right bank of Dnipro within
Kyiv reservoir. The long-term temporalprediction of landslides to 2020 based on consideration of the complex
influence of meteorological, geophysical, geological and hydrological factors of landslides development in the
time have been done.
|
| first_indexed | 2025-11-30T13:57:48Z |
| format | Article |
| fulltext |
Геологія
© Е.Д. Кузьменко, І.В. Чепурний, О.О. Нікіташ, Л.В. Штогрин, 2012 93
УДК 551.435.62 Е.Д. Кузьменко1, І.В. Чепурний1, О.О. Нікіташ2, Л.В. Штогрин1
ДОВГОСТРОКОВИЙ ПРОГНОЗ ЗСУВНОЇ АКТИВНОСТІ
НА ТЕРИТОРІЇ ПРАВОБЕРЕЖЖЯ КИЇВСЬКОГО ВОДОСХОВИЩА
Досліджено зсувні процеси на території правобережжя Дніпра у межах Київського водосховища. На
основі врахування комплексного впливу метеорологічних, геофізичних, гідрогеологічних та гідрологічних
чинників виконано довгострокове прогнозування розвитку зсувних процесів у часі до 2020 року.
Ключові слова: зсуви; правобережжя Київського водосховища; часові фактори; автокореляція;
прогноз; екстраполяція.
Вступ
Відповідно до матеріалів Національної допо-
віді про стан природної та техногенної безпеки в
Україні, у 2010 році загальна кількість зсувів на
території держави становила 22936 із загальною
площею 2134,04 км2. Постійна активізація зсувних
процесів та багатомільйонні збитки спонукали до
потужних науково-дослідних робіт у напрямі їх
прогнозування.
Постановка проблеми
Відповідно до Постанови Кабінету Міністрів
України “Про затвердження Комплексної програми
прогнозування зсувів на 2005–2014 роки” (2004) та
за дорученням Президента України (2010) в Івано-
Франківському національному технічному універси-
теті нафти і газу створено аналітичну геоінформа-
ційну систему прогнозування зсувних процесів. Ця
геоінформаційна система призначена для довгостро-
кового регіонального просторово-часового прогно-
зування ймовірності зсувної небезпеки й опрацьовує
дані у картографічному представленні в масштабах
1 : 200000 – 1 : 50000 [Закономерная…, 2006;
Кузьменко та ін., 2005].
Особливістю прогнозування з використанням
зазначеної системи є формалізований підхід з ура-
хуванням геологічних, тектонічних, геоморфоло-
гічних, геофізичних, метеорологічних, гідрогеоло-
гічних факторів та розрахунок комплексного показ-
ника факторних характеристик з подальшим перехо-
дом до ймовірності. Вказаний підхід останнім часом
розвивається як в Україні [Іванік, 2008; Беспалова,
2003], так і за кордоном [Materials…, 2008].
У статті подано методику довгострокового
часового прогнозу зсувів на території правобе-
режжя Дніпра на берегах Київського водосховища
та результати такого прогнозування.
Вихідні дані
Правобережжя ріки Дніпра у межах Київської
області найбільш уражене зсувними процесами.
Особливо це стосується берегів водосховищ – Ка-
нівського та Київського. Це зумовлено особливос-
тями геологічної будови території, характерною
рисою якої є чергування глинистих та піщаних
шарів. Величезний вплив на розвиток зсувних
процесів має також ріка Дніпро, спричиняючи роз-
мив берегів [Беспалова, 2003; Молодых и др., 1986;
Цапенко, 1948]. Типовий гідрогеологічний розріз
дніпровських схилів території наведено на рис. 1
[Проміжний…, 2002]. Ситуація зі зсувами значно
погіршилась після створення Київського (1964–
1966) та Канівського водосховищ (1974–1976) –
змінились рівні ґрунтових вод, піднявся рівень
Дніпра і в результаті активізувались зсувні процеси.
У нашій роботі розглянуто територію, яка
безпосередньо прилягає до Київського водосхови-
ща – правий берег водосховища від м. Вишгород
до с. Старі Петрівці. Для цієї території характерна
однакова геологічна будова та гідрогеологічні
умови, тому основні умови активізації зсувів для
цієї території є однаковими. Наявність величезної
штучно створеної водойми – Київського водосхо-
вища ще більше згладила кліматичні та гідрогео-
логічні фактори для прилеглої території.
Дослідження за зсувами зазначеної території
виконуються давно. Офіційний каталог зсувів з
даними про їх активізацію ведеться з 1975 р.
Локалізацію зсувів на території наведено на рис. 1.
Основні причини виникнення зсувів спільні – це
наявність у розрізі бурих, строкатих і мергелистих
глин, водоносний горизонт у харківських відкладах,
перезволоження порід. Відмінність – у наявності
водоносного горизонту в четвертинних відкладах,
але цей горизонт має спорадичне поширення. Тобто
можна зробити висновок про однотипні умови
активізації зсувів території і можливість викорис-
тання часових рядів активізації зсувних процесів
правобережжя Київського водосховища для часо-
вого прогнозу такої активізації.
Умови і характер прояву зсувів, котрі відбува-
ються на правому березі дніпровських водосхо-
вищ, істотно відрізняються від аналогічних у ме-
жах Київської міської агломерації, де застосуван-
ня комплексу протизсувних заходів загалом ста-
білізувало ці процеси.
Стійка рівновага схилів правобережжя Київсь-
кого водосховища додатково порушується берего-
вою абразією і залежить від міри переробки ко-
рінного берега та підніжжя наявних зсувів. Аб-
разійно-зсувні процеси різні за умовами та харак-
тером прояву і формують різні за морфологією та
параметрами форми рельєфу.
Зсувні схили водосховищ, через ряд специ-
фічних впливів на них, відрізняються за структу-
рою, морфометричними параметрами, формою по-
верхні тощо. У межах правобережжя Київського
водосховища інженерно-геологічними обстежен-
нями охоплено 61 зсувну форму, які розташовані
на площі 36,95 га.
Геодинаміка 1(12)/2012
94
Рис. 1. Типовий гідрогеологічний розріз дніпровських схилів для м. Києва
та прилеглих територій:
P2bc – бучацька світа, P2kv – київська світа, P2-3hr – відклади харківської серії, P3-N1pl – відклади
полтавської серії, N1sq – строкаті глини, N1cb – бурі глини, el – нижньочетвертинні озерні суглинки,
g,fIIdn – середньочетвертинні відклади, представлені водно-льодовиковими під- і надморенними пісками,
e,vdIII – верхньочетвертинні елювіальні та еолово-делювіальні відклади, aIII – верхньочетвертинні
алювіальні відклади, aIV – сучасні алювіальні відклади, dpIV, fIV – зсувні породи
У наш час найперспективнішим вважається
прогноз часу активізації зсувних процесів, основа-
ний на уявленні про закономірну повторюваність
більшості природних явищ, зокрема зсувів, на
території земної кулі або окремих її частин
[Методы…, 1984]. Така закономірна повторю-
ваність проявів зсувів через певні інтервали часу,
викликана впливом деякої сукупності природних і
антропогенних факторів, називається ритмічністю.
Під ритмом розуміють відрізок часу між двома
закономірно повторюваними екстремальними зна-
ченнями активізації зсувного процесу на дослід-
жуваній території.
Зважаючи на досвід досліджень у частині про-
гнозування зсувної активності, до основних об’єк-
тивних часових факторів у регіональному плані
варто відносити геліофізичні, метеорологічні, сей-
смологічні, гідрогеологічні. Зазначені фактори мо-
жуть корелювати один з одним, хоча це й не обо-
в’язково. Періоди кореляції, зазвичай, узгоджу-
ються з активізацією зсувів. Тому питання з’я-
сування закономірності активізації зсувів – це пи-
тання закономірності розподілу корельованих ді-
лянок їх рядів і рядів факторів.
Ми опрацювали часові ряди зсувів, а також
чинників їх активізації для території правого бе-
рега Київського водосховища, в результаті чого
створено базу даних, в яку занесено часові ряди
таких параметрів: активізації зсувів, атмосфер-
них опадів, температури повітря, рівнів ґрун-
тових вод, витрат води у водосховищі, сонячної
активності.
Активність зсувів. Часовий ряд активності
зсувів складено на основі карт поширення зсувів
та динаміки їх розвитку на правому березі Київ-
ського водосховища. На цих картах у часі по-
казано динаміку 63 зсувів з 1976 до 2005 рр. Карта
поширення та активності зсувних процесів на пра-
вобережжі Київського водосховища станом на
2005 р. наведена на рис. 2. Класифікація зсувів за
активністю така: зсув, що стабілізувався, зсув, що
тимчасово стабілізувався, зсув частково діючий,
зсув діючий. Для забезпечення відображення цих
оцінок у числовому вигляді класам присвоєно
бали: зсув, що стабілізувався, – 0, зсув, що
тимчасово стабілізувався, – 1, зсув частково
діючий – 2, зсув діючий – 3. Значення балів для
всіх зсувів певного року усереднювали. Довжина
Геологія
95
часового ряду для зсувів становить 29 років
(1976–2005 рр.). На рис. 3 наведено таблицю
часових рядів активності зсувів.
Атмосферні опади та температура. Вплив ат-
мосферних опадів на активізацію зсувів описаний
у багатьох літературних джерелах і сумнівів не
викликає. Вплив середньорічних температур по-
вітря на зсувну активність узгоджується з впливом
температур на багаторічний хід річних сум опадів.
Проте, крім взаємовпливів температури й опадів,
відзначимо відсутність закономірності в їхній
кореляції, тобто зв’язок цей нестійкий. Тому тем-
пературний фактор враховується в часовому роз-
поділі зсувів як незалежний. Із загальних фізичних
міркувань цей фактор додатково впливає на зсув-
ну активність у зв’язку з впливом на стан снігово-
го покриву і танення снігу, а також на вивітрю-
вання гірських порід.
Рис. 2. Карта поширення й активності зсувних процесів на правобережжі
Київського водосховища (станом на 2005 р.)
Геодинаміка 1(12)/2012
96
Для досліджень ми відібрали часові ряди
опадів та температури за даними метеостанцій,
розташованих у Київській області на правому
березі р. Дніпра: Київ, Чорнобиль, Тетерів, По-
ліське. Розраховано річну кількість опадів та се-
редньорічну температуру.
Рівні ґрунтових вод. Визначають ступінь зво-
ложеності зсувних порід, тобто набуття ними над-
лишкової ваги, та зміну їх фізико-механічних вла-
стивостей. Територія за структурним гідро-
геологічним районуванням належить до Київсько-
Поліського гідрогеологічного району. В межах
Київської області існує 50 свердловин для спосте-
реження за рівнями підземних вод на різних водо-
носних горизонтах. Ми проаналізували всі бази
даних по цих свердловинах і для створення ча-
сового ряду щодо рівнів ґрунтових вод відібрано
бази даних по 9 свердловинах (№ 245620450,
№ 245380681, № 245500084, № 245500085,
№ 245010017, № 245360775 № 245360776,
№ 245360782, № 245360783), для яких існують
найповніші ряди спостережень, зокрема, стосовно
четвертинного водоносного горизонту. Розрахо-
вано середньомісячні значення для кожної свер-
дловини. На наступному етапі виберемо опти-
мальний ряд за рівнями ґрунтових вод, який буде
найрепрезентативнішим для цієї зсувної території.
Витрати води з Київського водосховища.
Опосередковано визначають поверхневий стік за
рахунок опадів та інтенсивність фільтрації ґрунто-
вих вод, що впливає на активізацію зсувів, проте не
враховується жодним із названих вище факторів.
Сонячна активність. Механізм цього впливу
досі не вивчений. Зв’язок сонячної активності з
активізацією зсувів здійснюється опосередковано,
передаванням енергії, а також через вплив на
клімат Землі, насамперед на закономірності цир-
куляції повітряних мас, опади, температуру. Ряд
сонячної активності є одним для всієї планети. Він
описується числами Вольфа, числовим показни-
ком кількості плям на Сонці. Узагальнення всіх
даних щодо сонячної активності проводиться в
центрі аналізу даних відносно впливу Сонця
(Бельгія). Ми внесли в базу даних значення для
чисел Вольфа з 1960 до 2010 рр.
Методика і результати досліджень
У загальному формулюванні завданням, на
розв’язання якого спрямоване наше дослідження,
є регіональний прогноз виникнення або активі-
зації зсувів, який дозволяє на основі комплексних
досліджень дії основних відомих часових факторів
на кількісному імовірнісному рівні обґрунтувати
можливість їх активізації.
Поставлена задача розв’язується, а технічний
результат досягається за рахунок того, що прово-
диться оцінка комплексної дії сукупності факторів
на процеси активізації зсувів із формуванням ета-
лонної характеристики розподілу часових факто-
рів для прогнозованої території та за еталонними
Рис. 3. Фрагмент часових
рядів активності зсувних
процесів на правобережжі
Київського водосховища
з 1976 до 2005 рр.
Геологія
97
характеристиками визначається величина ймовір-
ності інтегрального показника небезпеки активіза-
ції зсувів з урахуванням встановленої закономір-
ності розвитку зсувів у зв’язку з цими факторами.
Послідовність дій під час аналізу часових рядів
чинників зсувної активності така [Кузьменко, 2007]:
вибір основних факторів впливу на зсувну
активність для цього регіону;
розрахунок автокореляційних функцій часо-
вих рядів з метою виявлення головних періодич-
них складових для окремих часових факторів;
побудова періодограм часових рядів для
окремих факторів із застосуванням спектрального
аналізу з метою виявлення основних гармонік і
прихованих періодичностей;
розрахунок взаємокореляційних функцій
для окремих пар часових факторів з метою ви-
явлення їх максимально можливих кореляцій при
відповідних зміщеннях однієї випадкової функції
відносно іншої; встановлення ступеня наявності
суттєвої кореляції;
розрахунок матриці парних коефіцієнтів ко-
реляції між оптимально зміщеними рядами факторів;
розрахунок коефіцієнтів інформативності для
кожного фактора на основі матриці парних коефі-
цієнтів кореляції з метою їх використання під час
розрахунку надалі інтегральної функції комплекс-
ного показника активізації зсувних процесів.
У попередньому розділі наведено перелік фак-
торів, які внесені в базу даних для створення ча-
сового прогнозу. Для кожного фактора є певна
кількість часових рядів, що для метеофакторів
визначається кількістю метеостанцій, найближчих
до території досліджень, для рівнів ґрунтових вод –
кількістю свердловин. Далі розглянемо окремо
часові ряди для кожного фактора.
Активність зсувів. Як зазначено у поперед-
ньому розділі, довжина часового ряду спостере-
жень за активністю зсувних процесів – 30 років, з
1976 до 2005 рр. На рис. 4 наведено графіки
часових рядів активності зсувних процесів. Гра-
фіки побудовано на основі даних рис. 3 усеред-
ненням балів, присвоєних зсувам за роками. Ряди
на графіках з назвами “Активність зсувів (бали
0–3)” та “Активність зсувів (бали 0–2)” містять
дані щодо всіх показаних на рис. 2 зсувів, у
спостереженнях за якими відсутні суттєві розриви
(більше за 6 років). Відмінність між ними полягає
у різній бальній класифікації.
У першому випадку присвоєно такі бали: зсув,
що стабілізувався, – 0, зсув, що тимчасово
стабілізувався, – 1, зсув частково діючий – 2, зсув
діючий – 3; в другому – зсув, що стабілізувався, –
0, зсув, що тимчасово стабілізувався, – 0, зсув
частково діючий – 1, зсув діючий – 2. Як бачимо з
графіків, особливого впливу на відображення
періодів активізації різна бальна оцінка не чинить.
Ряди з назвами “Активність зсувів XVII” та
“Активність зсувів XXV-XLI” побудовані за
зсувами з відповідною нумерацією. Так, у ряд
“Активність зсувів XVII” входять зсуви з
номерами XVII а, б, в, г, д, ж, е. Ця група зсувів є
найближчою до досліджуваної ділянки. Достатньо
навіть візуального аналізу, щоб побачити окремі
спільні періоди активізації зсувів для різних
варіантів їх групування у 1983–1985 та 1999–2000
роках. Для прогнозування і подальшої статис-
тичної обробки вибираємо узагальнювальний ряд
“Активність зсувів (бали 0–2)”. Розрахована
автокореляційна функція для вказаного ряду зсу-
вів показала, що основним періодом активізації
зсувних процесів є період у 16 років.
Щодо досліджуваної території, то в літературі
згадуються 1969 та 1985 роки активізації зсувів,
тобто в межах побудованих нами рядів можна
стверджувати про спільну активізацію зсувів пра-
вого берега Київського водосховища у 1985 р. З
цього факту випливає, що, по-перше, зсуви 1969 та
1985 років не є випадковими, по-друге, викорис-
тання для аналізу всіх зсувів Київського водо-
сховища доцільне з погляду достатнього набору
даних для статистичного аналізу. Тепер залишається
фізично обґрунтувати виявлену закономірність.
Рис. 4. Графіки часових рядів активності зсувних процесів на правобережжі
Київського водосховища
Геодинаміка 1(12)/2012
98
Атмосферні опади і температура. Для серед-
ньорічних температур вибраних метеостанцій
Київської області розраховано коефіцієнти коре-
ляції між рядами, які змінюються у межах 0,89–
0,98. В подальшій обробці використовуємо часо-
вий ряд середньорічної температури по метео-
станції Київ. Цей графік має пилкоподібний
вигляд, тому доцільним є згладжування ряду за
допомогою усереднення методом ковзного серед-
нього. Розраховані автокореляційні функції для
незгладженого та згладженого рядів середньоріч-
ної температури вказують на ритмічність у 8 та
17 років, причому для згладженого ряду вона
більш виражена. Розраховані коефіцієнти кореля-
ції для графіків річних сум опадів метеостанцій
Київської області змінюються в межах 0,68–0,78.
В подальшій обробці використовуємо часовий ряд
річної кількості опадів для метеостанції Київ, який
є найповнішим.
Як і для температури, з метою покращення ви-
явлення періодичності в ряді проведено згладжу-
вання ряду річної кількості опадів за допомогою
методу ковзного середнього. Як видно з побудо-
ваних автокореляційних функцій, у ряді річної
кількості опадів спостерігається ритмічність у
10–11 та 19 років, причому для згладженого ряду
вона виразніша.
Рівні ґрунтових вод. Дані щодо рівнів ґрунто-
вих вод взяті для окремих гідрогеологічних сверд-
ловин у межах Київської області. Далі необхідно
на основі наявних рядів підібрати ряд, який би
максимально узгоджувався зі зсувними процесами
на території досліджень, не порушувався режим
вод. Звичайно, найближчою до досліджуваної
території і з найповнішим рядом спостережень є
свердловина № 245010017, але для того, щоб
обґрунтовано взяти цей ряд для аналізу, треба
провести додатковий аналіз даних. Для цього було
побудовано автокореляційні функції для різних
свердловин. Побудовані автокорелограми дозво-
ляють зробити певні висновки.
Активність зсувів найкраще обернено корелює
з рядом свердловини № 245010017 – коефіцієнт
кореляції -0,29 (обернена кореляція означає що
при найближчому рівні ґрунтових вод до поверхні
відбувається максимум зсувів), тому доцільно взя-
ти як репрезентативну свердловину для цього
району свердловину № 245010017. На інших
свердловинах відмічається наявність трендів, які
зумовлені порушеним режимом підземних вод,
або відсутні ритмічні складові, що знов-таки вка-
зує на порушений режим.
Числа Вольфа. Щодо рівнів сонячної актив-
ності чи чисел Вольфа, то їх влив на екзогенні
процеси доведений. Ряд є ритмічним з періодом у
10–11 років.
Витрати води. Витрати води для Київського
водосховища, на нашу думку, теж слід вважати ва-
гомим фактором часового перебігу зсувних проце-
сів правобережжя водосховища. Витрати води по-
в’язані з модулем стоку, в який входять такі
фактори, як поверхневий та підземний стік з ба-
сейну і який прямо пов’язаний з фільтраційними
процесами, від яких залежить активність зсувів.
Відповідно до розрахованої автокореляційної
функції, основними ритмами у витратах води є 11
та 19 років.
Визначення комплексної дії різних часових
факторів для часового прогнозу зсувів
Зсувний процес − це складна багатокомпонен-
тна система, розвиток у часі якої контролюється
сукупністю різноманітних факторів. Цю сукуп-
ність факторів пропонуємо виражати у вигляді
комплексної величини – інтегрального показника.
Вище ми визначили перелік факторів, а також
конкретні часові ряди, на основі яких буде
здійснюватись комплексна оцінка часової законо-
мірності розвитку зсувних процесів. Далі за допо-
могою статистичних методів необхідно дослідити
комплексний вплив цих факторів на активізацію
зсувних процесів
Як буде показано нижче, всі процедури з ана-
лізу часових рядів виконано, а отримані резуль-
тати свідчать, що існують закономірності в проце-
сах, які сприяють активізації зсувів на правобе-
режжі Київського водосховища.
Візуального аналізу графіків достатньо, щоб
помітити наявність незначних лінійних трендів у
рядах середньорічної температури, рівнів ґрун-
тових вод та атмосферних опадів, які слід вилу-
чити. Тому в подальшому аналізі ці ряди беруть
участь за відсутності лінійних трендів.
Наступний етап – процедура нормалізації, яка
має за мету трансформацію величин факторних
характеристик, виражених у фізичних величинах,
отриманих з аналізу карт або рядів їх розподілу
(міліметр суми опадів, градус Цельсія, Джоуль
енергії землетрусів тощо) у безрозмірні показники
контрастності, з якими далі можна проводити ма-
тематичні операції. Зазначена нормалізація кожно-
го з досліджуваних факторів зводиться до розра-
хунку безрозмірного масиву або ряду контраст-
ності кожного фактора, нормованого за середньо-
квадратичним відхиленням.
Після процедури нормалізації були побудовані
автокореляційні функції за часовими рядами
факторів та зсувної активності. Також для вияв-
лення періодів основних гармонік розраховано
періодограми для часових рядів кожного фактора
за даними спектрального аналізу.
Побудовані автокореляційні функції та періо-
дограми дозволили визначити основні періодичні
складові в часових рядах (табл. 1). Всі вибрані
чинники є квазігармонічними, тобто в усіх є
періодичні процеси. У рядах річної кількості ат-
мосферних опадів, чисел Вольфа, середньорічної
витрати води наявна 10–11-річна складова. 8- та
16-річні ритми наявні в рядах активності зсувів,
середньорічної температури.
Геологія
99
Процедури розрахунків функції взаємної коре-
ляції дозволили оцінити максимальний ступінь пар-
ної кореляції між часовими рядами (фрагментами
функцій) і визначити величину зміщення (лаг) для
часового узгодження всіх факторів між собою.
Природно, що як фіксований ряд було прийнято річ-
ну зсувну активність. Результати розрахунків дали
змогу визначити величину лага (табл. 2).
Таблиця 1
Основні періоди коливань значень часових
рядів потенційних факторів впливу на зсувну
активність за результатами аналізу АКФ
№
з/п Параметр Значення
періоду, років
1 Активність зсувів 16
2 Річна кількість опадів 10–11, 19
3 Середньорічна температура 8–9,17
4 Числа Вольфа 10–11
5 Рівень ґрунтових вод 12–13
6 Середньорічні витрати води 6, 10–11, 18–19
Таблиця 2
Величини зміщень (лаг) функцій факторів
відносно ряду річної зсувної активності
№
з/п Фактор
Значення
зміщення (лаг),
років
1 Річна кількість опадів протифаза
2 Середньорічна температура +1
3 Число Вольфа +3
4 Рівень ґрунтових вод +2
5 Середньорічні витрати води +1
Після відповідних зміщень часових рядів один
відносно іншого були виконані процедури статис-
тичного аналізу даних з метою виявлення факто-
рів, що дублюються, або таких, які є малоефектив-
ними для подальшого використання як чинників
зсувної активності.
Зокрема, розраховано дендрограму евклідових
відстаней між окремими факторами за результата-
ми кластерного аналізу методом попарного зваже-
ного усереднення.
Зазначена дендрограма дозволила виявити групу
факторів (рівні ґрунтових вод − річна кількість
опадів), тісніше (порівняно з іншими) пов’язаних
між собою, що підтвердилось і результатами фактор-
ного аналізу методом головних компонент. Незва-
жаючи на деяку статистичну спільність факторів –
“рівні ґрунтових вод − річна кількість опадів −
середньорічні витрати води” (кластерний аналіз), на
нашу думку, вони містять досить різну інформацію
за своєю природою, і вилучення з подальших
досліджень будь-якого фактора є недоцільним.
Підкреслимо, що виявлена група основних фак-
торів за результатами аналізу методом головних
компонент має спільність і щодо періодичності, що
виявилось раніше. Наведені фактори є основними
чинниками активізації зсувних процесів серед роз-
глянутих. У подальшій роботі використаємо їх під
час розрахунків функції інтегрального (комплекс-
ного) прогнозного показника.
Отже, метою кластерного та факторного аналізів
у нашому випадку є, по-перше, підтвердження
значущості факторів, що ініціюють зсуви, по-друге,
встановлення та виключення факторів, що дублю-
ються і, по-третє, групування. Результати свідчать
про істотне розходження в поведінці різних пара-
метрів та загалом про різноспрямовані внески дослі-
джуваних факторів у сумарну дисперсію ознак.
Часовий прогноз активізації зсувного процесу
З метою розрахунку сумарного показника зсувної
активності були виконані процедури визначення
власних вагових коефіцієнтів для кожного з чин-
ників, які раніше ми назвали коефіцієнтами інформа-
тивності. У табл. 3 наведено результати розрахунків
ступеня інформативності кожного з чинників у
відсотках відносно всіх розглянутих змінних.
Таблиця 3
Результати розрахунків інформативності
кожного з факторів
Фактор
Ваговий коефіцієнт
інформативності в
розрахунках, %
Рівень ґрунтових вод 19,4
Активність зсувів 19,3
Річна кількість опадів 19,0
Середньорічна температура 14,7
Середньорічна витрата води 14,2
Числа Вольфа 13,5
Отже, суттєвими за результатами попередніх
аналізів і за значеннями коефіцієнтів інформатив-
ності виявляються такі часові фактори: зсувна
активність, рівень ґрунтових вод, середньорічна
температура повітря, середньорічна витрата води,
числа Вольфа, річна кількість атмосферних
опадів. Домінуючих окремих факторів немає.
Для об’єктивності аналізу та подальшого про-
гнозу опрацьовано варіант розрахунку інформа-
тивності факторів без урахування активності
зсувів. Результати наведено в табл. 4. З даних
таблиці випливає, що попередні висновки під-
тверджуються.
Наступним етапом розрахунків є визначення
інтегрального показника з урахуванням коефіці-
єнтів, наведених у табл. 3. Зазначимо, що вна-
слідок обмеженої протяжності рядів розрахунки та
висновки, наведені у статті, мають імовірнісний
характер. При надходженні інформації щодо
часових чинників активізації зсувів у наступні
роки прогнозні оцінки щодо активізації зсувів та
розрахунки інтегрального показника з їх екстра-
поляцією в часі можуть уточнюватись.
Геодинаміка 1(12)/2012
100
Таблиця 4
Результати розрахунків інформативності
кожного з факторів (варіант 2)
Фактор
Ваговий коефіцієнт
інформативності в
розрахунках, %
Рівень ґрунтових вод 20,9
Річна кількість опадів 23,6
Середньорічна температура 21,5
Середньорічна витрата води 17,0
Число Вольфа 17,0
На рис. 5 наведено окремо інтегральний по-
казник, безрозмірні значення якого переведені в
імовірність, та ряд активності зсувів.
З використанням функції Лапласа на основі
розрахованих даних інтегрального показника по-
будовано ряди прогнозної ймовірності активізації
зсувів. Екстраполяція рядів проводилась осеред-
ненням інтегрального параметра. Розрахувавши
автокореляційну функцію для ряду інтегрального
показника, ми визначили його періодичність, яка
становить 9 та 17–18 років. Наявність таких гар-
монік має фізичне пояснення, зазначені періоди
наявні в рядах середньорічної температури та
середньорічних витрат води водосховища. Резуль-
тати розрахунку інтегрального показника без ура-
хування активності зсувів не змінюють загальної
картини ритмічності, в цілому зберігаючи зазна-
чену періодичність, при цьому підсилюється 9-
річна складова.
Рис. 5. Часові ряди активності зсувів та імовірнісних значень інтегрального показника
На рис. 6 наведено екстрапольовані прогнозні
ряди прогнозного показника – ймовірності активі-
зації зсувів, одержаного усередненням імовірніс-
них значень інтегрального показника та за допо-
могою функції передбачення predict програмного
пакета MathCAD. Ця функція використовує лі-
нійний алгоритм передбачення, який є корисним,
коли функція, що екстраполюється, є плавною і
осцилюючою, хоча не обов’язково періодичною.
Функція predict використовує останні m ви-
хідних значень даних, щоб обчислити коефіцієнти
передбачення. Як тільки це зроблено, вона вико-
ристовує останні m точок, щоб передбачити коор-
динати (m+1)-ї точки, фактично створюючи ков-
зне вікно шириною в m точок.
Відповідно до наведених вище прогнозних рядів,
активізації зсувів слід чекати у 2016–2018 роках.
Імовірність такої активізації 0,7–0,75, проте вона
збільшується до 0,83–0,86 при вилученні тренду.
Розрахований нами інтегральний показник має
основну ритмічність у 16–17 років. Активізація
зсувів у 1981–1985 та у 1998–2000 роках підтвер-
джує цей факт (рис. 6). Проте звернемо увагу на
дві речі: наявність ритмів у 9–13 років у чотирьох
факторів (табл. 1) та ритмічність комплексного
показника, крім 17, у 9–10 років. У інших регіонах
України (наприклад, Карпати з прилеглими про-
гинами [Кузьменко та ін., 2005]) встановлена рит-
мічність становить 10–11 років. Припустимо, що
така ритмічність існує для території досліджень –
правобережжя Київського водосховища. Тоді для
16–17-річного ритму маємо активізацію у 1981–
1985 рр. (факт), 1998–2000 рр. (факт), 2016–2018 рр.
(прогноз), а для 10–11-річного ритму – у 1984–
1985 рр. (факт), 1994–1995 рр. (факт незначної
активізації), 2005–2006 рр. (немає даних), 2016–
2017 рр. (прогноз). Коли 10–11- та 16–17-річні
ритми накладаються, активізація є значною (1984–
1985 роки). У 2016–2018 рр. цикли знову наклада-
тимуться. Високої активізації, отже, слід очіку-
вати раз на 32–34 роки, адже два 16–17-річні
цикли дорівнюють трьом 11-річним. Підкреслимо,
наведені припущення базуються на фактичних
даних, проте треба зважати, що прогноз має
імовірнісний характер. Надійність його зроста-
тиме з роками у міру накопичення даних.
Геологія
101
а
б
Рис. 6. Прогнозні ряди розрахованого показника – ймовірності зсувів:
а – прогноз усередненням ряду; б – прогноз за допомогою функції передбачення
predict програмного пакета MathCAD
Висновки
1. У роботі розглянуто основні умови форму-
вання зсувних процесів на схилах Київського во-
досховища та подано характеристику геологічних
та гідрологічних умов району досліджень.
2. Простежено процес активізації зсувів на
схилах Київського водосховища в період 1976-
2005 рр. Доведено, що зазначений процес з фізич-
ного погляду пов’язаний з рядом природних та
техногенних зсувоініціюючих факторів, а саме:
метеофакторами (температура повітря, річна кіль-
кість опадів), рівнями ґрунтових вод, витратами
води у водосховищах, сонячною активністю.
3. Проаналізовано часові ряди зсувів та іні-
ціюючих факторів і доведено, що всі вони мають
певну ритмічність. Основними ритмами є 10–12 та
16–17 років. Усі зазначені в п. 2 фактори коре-
люють між собою, що дає підставу для визначення
інтегрованого показника активізації зсувів та імо-
вірнісної оцінки такої активізації.
4. Під час прогнозу розвитку зсувів визна-
чено, що основні ритми зсувної активності –
16–17 років. Усі ритми містяться в періоді 32–
34 роки – це найдовший ритм виявленої коре-
ляції, у якому накладаються періоди в 16–17 та
10–12 років. Тому можна очікувати значної
активізації раз на 32–34 роки і слабшої – раз на
16–17 років. Відповідно до розрахованих прог-
нозних кривих нової значної активізації слід
очікувати у 2016–2018 рр. Ймовірність такої
активізації 83–86 %.
Література
Закономерная связь между величинами вероятнос-
тей возникновения оползней и оползневой
опасности при комплексном воздействии при-
родно-техногенных факторов: научное откры-
тие / Кузьменко Э.Д., Крыжанивский Е.И., Кар-
пенко А.Н., Журавель А.М.; диплом № 310 //
Научные открытия: сборник кратких описаний
научных открытий, научных идей, научных ги-
потез – 2006. – М.: МААНОИ, 2007. – С.64–65.
Беспалова О.М. Динаміка зсувного процесу Се-
реднього Придніпров’я на прикладі ділянки
Трипілля–Канів: автореф. канд. дис… – Київ:
ІГН НАНУ, 2003. – 24 с.
Іванік О.М. Оцінка факторів зсувоутворення у ме-
жах Карпатського регіону на основі ГІС-ана-
лізу // Вісн. КНУ ім. Т.Шевченка. Сер. “Геоло-
гія”. – 2008. – Вип. 45. – С. 56–59.
Іванік О.М. Просторовий аналіз та прогнозна оцін-
ка формування водно-гравітаційних процесів
на основі ГІС у Карпатському регіоні // Геоін-
форматика. – 2008. – № 4. – С. 52–58.
Кузьменко Э.Д. Универсальный алгоритм прогно-
зирования экзогенных геологических процес-
сов // Матеріали VІІІ Міжнар. наук. конф.
“Моніторинг небезпечних геологічних проце-
сів та екологічного стану середовища”. – Київ:
КНУ ім. Т.Шевченка, 2007. – С. 16–17.
Кузьменко Е.Д., Крижанівський Є.І., Карпен-
ко О.М., Журавель О.М. Прогноз розвитку
зсувних процесів як фактор забезпечення на-
Геодинаміка 1(12)/2012
102
дійності експлуатації трубопроводів // Розвідка
та розробка нафтових і газових родовищ. –
2005. – № 4(17). – С. 24–35.
Методы долговременных региональных прогнозов
экзогенных геологических процессов / Под
ред. А.И. Шеко, В.С. Круподерова. – М.: Нед-
ра, 1984. – 167 с.
Молодых И.И. Молодых Ив.И. Абразионно-опол-
зневые явления Среднего Днепра в связи с раз-
работкой вопросов окружающей среды. – Киев,
1986. – 56 с.
Проміжний звіт по оцінці зсувонебезпечності та
стійкості підґрунтя важливих інженерних споруд
та історико-культурних пам’яток на правобереж-
ному схилі р. Дніпро в м. Києві / А.П. Гончарук
та ін. – Київ, КДГП “Геосервіс”, 2002. − 205 c.
Цапенко В.Л. Методика изучения основных сил,
вызывающих оползни третьего типа // Мате-
риалы по геологии и гидрогеологии. – Киев. –
1948. – № 4. – С. 101–115.
Materials of proceedings 33rd International Geological
congress. 6-14th august 2008. Oslo, Norway.
ДОЛГОСРОЧНЫЙ ПРОГНОЗ ОПОЛЗНЕВОЙ АКТИВНОСТИ
НА ТЕРРИТОРИИ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ КИЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Э.Д. Кузьменко, И.В. Чепурный, Е.А. Никиташ, Л.В. Штогрин
Статья посвящена исследованию оползневых процессов на территории правобережья Днепра в
пределах Киевского водохранилища. На основе учета комплексного влияния метеорологических,
геофизических, гидрогеологических, гидрологических факторов развития оползневых процессов во
времени осуществлено долгосрочное временное прогнозирование до 2020 года.
Ключевые слова: оползни; правобережье Киевского водохранилища; временные факторы; авто-
корреляция; прогноз; экстраполяция.
THE LONG-TERM TEMPORAL PREDICTION OF THE LANDSLIDES ACTIVITY
IN THE RIGHT BANK OF KIEV RESERVOIR
E.D. Kuzmenko, I.V. Chepurnyj, E.A. Nikitash, L.V. Shtogrin
The article is devoted to the investigations of the landslide processes on the right bank of Dnipro within
Kyiv reservoir. The long-term temporal prediction of landslides to 2020 based on consideration of the complex
influence of meteorological, geophysical, geological and hydrological factors of landslides development in the
time have been done.
Key words: landslides; right bank of Kiev reservoir; temporal factors; autocorrelation; prediction;
extrapolation.
1Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу,
м. Івано-Франківськ
2Державна екологічна інспекція у м. Києві, м. Київ
Надійшла 30.03.2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60643 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1992-142X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-30T13:57:48Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кузьменко, Е.Д. Чепурний, І.В. Нікіташ, О.О. Штогрин, Л.В. 2014-04-18T13:05:19Z 2014-04-18T13:05:19Z 2012 Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища / Е.Д. Кузьменко, І.В. Чепурний, О.О. Нікіташ, Л.В. Штогрин // Геодинаміка. — 2012. — № 1(12). — С. 93-102. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1992-142X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60643 551.435.62 Досліджено зсувні процеси на території правобережжя Дніпра у межах Київського водосховища. На основі врахування комплексного впливу метеорологічних, геофізичних, гідрогеологічних та гідрологічних чинників виконано довгострокове прогнозування розвитку зсувних процесів у часі до2020 року. Статья посвящена исследованию оползневых процессов на территории правобережья Днепра в пределах Киевского водохранилища. На основе учета комплексного влияния метеорологических, геофизических, гидрогеологических, гидрологических факторов развития оползневых процессов во времени осуществлено долгосрочное временное прогнозирование до2020 года. The article is devoted to the investigations of the landslide processes on the right bank of Dnipro within Kyiv reservoir. The long-term temporalprediction of landslides to 2020 based on consideration of the complex influence of meteorological, geophysical, geological and hydrological factors of landslides development in the time have been done. uk Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геодинаміка Геологія Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища Долгосрочный прогноз оползневой активности на территории правобережья киевского водохранилища The long-term temporal prediction of the landslides activity in the right bank of kiev reservoir Article published earlier |
| spellingShingle | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища Кузьменко, Е.Д. Чепурний, І.В. Нікіташ, О.О. Штогрин, Л.В. Геологія |
| title | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища |
| title_alt | Долгосрочный прогноз оползневой активности на территории правобережья киевского водохранилища The long-term temporal prediction of the landslides activity in the right bank of kiev reservoir |
| title_full | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища |
| title_fullStr | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища |
| title_full_unstemmed | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища |
| title_short | Довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя Київського водосховища |
| title_sort | довгостроковий прогноз зсувної активності на території правобережжя київського водосховища |
| topic | Геологія |
| topic_facet | Геологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60643 |
| work_keys_str_mv | AT kuzʹmenkoed dovgostrokoviiprognozzsuvnoíaktivnostínateritoríípravoberežžâkiívsʹkogovodoshoviŝa AT čepurniiív dovgostrokoviiprognozzsuvnoíaktivnostínateritoríípravoberežžâkiívsʹkogovodoshoviŝa AT níkítašoo dovgostrokoviiprognozzsuvnoíaktivnostínateritoríípravoberežžâkiívsʹkogovodoshoviŝa AT štogrinlv dovgostrokoviiprognozzsuvnoíaktivnostínateritoríípravoberežžâkiívsʹkogovodoshoviŝa AT kuzʹmenkoed dolgosročnyiprognozopolznevoiaktivnostinaterritoriipravoberežʹâkievskogovodohraniliŝa AT čepurniiív dolgosročnyiprognozopolznevoiaktivnostinaterritoriipravoberežʹâkievskogovodohraniliŝa AT níkítašoo dolgosročnyiprognozopolznevoiaktivnostinaterritoriipravoberežʹâkievskogovodohraniliŝa AT štogrinlv dolgosročnyiprognozopolznevoiaktivnostinaterritoriipravoberežʹâkievskogovodohraniliŝa AT kuzʹmenkoed thelongtermtemporalpredictionofthelandslidesactivityintherightbankofkievreservoir AT čepurniiív thelongtermtemporalpredictionofthelandslidesactivityintherightbankofkievreservoir AT níkítašoo thelongtermtemporalpredictionofthelandslidesactivityintherightbankofkievreservoir AT štogrinlv thelongtermtemporalpredictionofthelandslidesactivityintherightbankofkievreservoir |