ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Наименование дисциплины

«Геокриологический прогноз и мониторинг»

Рекомендуется для направления подготовки

020700 «Геология» по подплану магистерских программ

«Геокриология» и «Инженерная геокриология нефтегазоносных провинций»

Квалификация (степень) выпускника Магистр

1. Цели и задачи освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины Геокриологический прогноз и мониторинг являются приобретение студентами знаний о системном изучении, прогнозе и контроле геокриологической среды, оценке изменения мерзлотных, инженерногеологических и гидрогеологических условий северных регионов под влиянием природных факторов и хозяйственной деятельности человека.

Задачи:

­ формирование представлений о месте геокриологического мониторинга в общей системе экологического мониторинга, об объектах геокриологического мониторинга, его структуре и информационной основе;

­ получение представлений о роли и видах геокриологического прогноза при инженерно-геокриологических исследованиях в структуре геокриологического мониторинга;

­ получение знаний о методах геокриологического мониторинга, и технологических схемах его проведения в разных природно-технических системах.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

_ Геокриологический прогноз и мониторинг является профессионального цикла по подплану магистерской программы «Геокриология» и «Инженерная геокриология нефтегазоносных провинций» Она базируется на дисциплинах бакалаврского учебного плана по профилю «Гидрогеология и инженерная геология» блока общенаучной подготовки (Модуль Высшая математика, Физика, Химия общая) и блока общепрофессиональной подготовки (Общая геология) базовой части учебного плана, и на материалах модуля Геология и полезные ископаемые блока общепрофессиональной подготовки (Структурная геология и геокартирование, Историческая геология, Геология четвертичных отложений, Геоморфология) вариативной части учебного плана, читаемых в 1–4 семестрах. Кроме того, студенты должны владеть основами дисциплин блока профильной подготовки (Гидрогеология, Инженерная геология, часть 1. Грунтоведение, Гидрогеодинамика и др.), которые читаются в 5-6 семестрах, а также основами дисциплин профессионального цикла, которые преподаются параллельно с курсом Геокриологического прогноза и мониторинга в 9 семестре (Криолитозона нефтегазоносных провинций, основы геотехники в криолитозоне, Методы геофизических исследований в криолитозоне и др.).

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс освоения учебной дисциплины Геокриологический прогноз и мониторинг направлен на формирование следующих компетенций:

- универсальных, в том числе:

а) общекультурных (социально-личностных):

– способность осознавать свою роль и предназначение в разнообразных профессиональных и жизненных ситуациях (ОК-1);

– умение переоценивать накопленный опыт, анализировать собственные достижения и перспективы самосовершенствования (ОК-2);

– способность к самореализации, активной жизненной позиции и эффективной профессиональной деятельности; развитию целеустремленности и настойчивости в достижении целей, самостоятельности и инициативности; готов к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-5);

б) общенаучных:

– обладание знаниями о предмете и объектах изучения, методах исследования, современных концепциях, достижениях и ограничениях естественных наук: физики, химии, биологии, наук о земле и человеке, экологии (ОНК-1);

– способность к поиску, критическому анализу, обобщению и систематизации научной информации (ОНК-2);

– владение фундаментальными разделами математики, необходимыми для решения научно-исследовательских и практических задач в профессиональной области;

способность использовать в профессиональной деятельности базовые знания в области физики (ОНК-6);

в) инструментальных:

– владение нормами русского литературного языка и функциональными стилями речи; способность демонстрировать в речевом общении личную и профессиональную культуру;

– владение навыками использования программных средств и работы в компьютерных сетях, использования ресурсов Интернет; владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации (ИК-3);

– способность использовать современную вычислительную технику и специализированное программное обеспечение в научно-исследовательской работе (ИКготовность к работе на полевых и лабораторных геологических, геофизических, геохимических приборах, установках и оборудовании (в соответствии с профилем подготовки) (ИК-8);

в) системных:

– способность к поиску, критическому анализу, обобщению и систематизации научной информации (СК-2);

- профессиональных, в том числе:

общепрофессиональных:

научно-исследовательская деятельность:

– способность самостоятельно осуществлять сбор геологической информации, использовать в научно-исследовательской деятельности навыки полевых и лабораторных исследований (ПК-1);

– способность глубоко осмысливать и формировать диагностические решения проблем геологии путем интеграции фундаментальных разделов геологии, геофизики, геохимии, гидрогеологии и инженерной геологии, геологии горючих ископаемых, экологической геологии и специализированных геологических знаний (ПК-2);

производственно-технологическая деятельность:

– способность применять на практике методы сбора, обработки, анализа и обобщения фондовой, полевой и лабораторной геологической информации (ПК-5);

– способность проводить геологические наблюдения и осуществлять их документацию на объекте изучения; осуществлять привязку своих наблюдений на местности, составлять схемы, карты, планы, разрезы геологического содержания (ПК-6);

– способность применять на практике базовые общепрофессиональные знания теории и методов геологических исследований при решении научно-производственных задач (ПК-7);

организационно-управленческая деятельность:

– готовность к практическому использованию нормативных документов при планировании и организации полевых и лабораторных исследований (ПК-13);

– готовность участвовать в организации научных и научно-практических семинаров и конференций (ПК-14);

профильно-специализированных:

– способность использовать профильно-специализированные знания в области геологии, геофизики, гидрогеологии и инженерной геологии, экологической геологии для решения научных и практических задач (ПК-21);

– способность использовать профильно-специализированные знания фундаментальных разделов физики, химии, экологии для освоения теоретических основ геологии (ПК-22);

– способность использовать профильно-специализированные информационные технологии для решения геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и эколого-геологических задач (ПК-23).

В результате освоения дисциплины Геокриологический прогноз и мониторинг, обучающийся должен:

знать: цели и задачи геокриологического прогноза и мониторинга, принципы построения системы мониторинга, особенности структуры мониторинга геокриологических процессов, городских застроек, зон линейных сооружений и др., определение понятий геотехнической и природно-технической систем, виды и задачи геокриологического прогноза на разных стадиях проведении мониторинга, основные методы (дистанционные, полевые и камеральные) проведения геокриологического мониторинга, основные этапы проведения геокриологического мониторинта, отвечающие прединвестиционной, инвестиционной и эксплуатационной фазам хозяйственного освоения;

уметь: составлять программу проведения геокриологического мониторинга на вновь создаваемых инженерных объектах, содержащую перечень объектов наблюдения, методы исследований, регламент проведения наблюдений и методики и программы обработки результатов исследований, а также решать задачи математического моделирования регулирования глубин сезонного оттаивания и промерзания, опасных инженерно-геокриологических процессов, повышения устойчивости оснований фундаментов инженерных сооружений и разработки противодеформационных мероприятий;

владеть: методами полевых геокриологических исследований, методами организации и проведения режимных наблюдений за динамикой основных факторов природной среды и параметрами, характеризующими устойчивость инженерных сооружений, методами компьютерной обработки и хранения результатов наблюдений в системе геокриологического мониторинга.

4. Структура и содержание дисциплины Геокриологический прогноз и мониторинг Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

Лекций 28 часов, практических занятий 14 часов, самостоятельной работы 102 часа.

Экзамен в 9 семестре.

мониторинга геокриологических исследованиях геокриологического проведения мониторинга геокриологического мониторинга при различных видах строительства 4.2. Содержание дисциплины. Лекции 28 часов 1. Введение. Геокриологический мониторинг как составная часть экологического мониторинга и мониторинга геологической среды. Цели и задачи геокриологического мониторинга и его особенности на глобальном, региональном и локальном уровнях. История становления и развития системных геокриологических наблюдений и исследований. Основные задачи геокриологического мониторинга на современном этапе.

Структура и информационная основа геокриологического мониторинга Принципы построения системы геокриологического мониторинга. Основные блоки системы мониторинга – подсистемы контроля и управления. Особенности структуры мониторинга экзогенных геологических процессов, городских застроек, зон линейных сооружений (автомобильных и железных дорог, газопроводов, линий электропередач и др.).

Информационная основа геокриологического мониторинга. Пункты режимных наблюдений различной иерархии: стационары, участки и площадки, профили, скважины, реперные точки. Унификация представления материалов геокриологического мониторинга. Электронные паспорта объектов мониторинга. Видеостраница как основной способ представления тематической информации.

3. Изменения природной среды при хозяйственном освоении Классификация техногенных нагрузок на природные системы. Техногенные воздействия комплексные и частные. Техногенные воздействия импульсные, временные и постоянные. Точечные, линейные и площадные техногенные воздействия. Типизация техногенных нарушений природных комплексов по их влиянию на теплообмен на поверхности почвы и в толще грунтов. Зоны влияния техногенных воздействий по площади. Техногенные нагрузки при основных видах хозяйственного освоения территории криолитозоны. Реакция многолетнемрзлых толщ на техногенные воздействия и нагрузки.

Природно-технические и геотехнические системы в криолитозоне Определение понятий геотехнической и природно-технической систем. Типы геокриологической обстановки как основная природная составляющая природнотехнических систем в криолитозоне. Организационная структура природно-технической системы и е особенности, определяемые видами инженерных объектов и сооружений.

Инженерно-геокриологические процессы при разных видах хозяйственного освоения и их влияние на устойчивость природно-технических систем. Техногенные нарушения природно-технических систем, их типизация. Типизация природно-технических систем и е роль для выбора объектов геокриологического мониторинга. Значение типизации природно-технических систем для оценки результатов наблюдений в системе геокриологического мониторинга.

5. Роль, виды и методы геокриологического прогноза при инженерногеокриологических исследованиях Цель геокриологического прогноза при мониторинговых исследованиях.

Геокриологический прогноз как инструмент определения динамики мрзлых толщ и геокриологических процессов и явлений при естественноисторическом развитии природной обстановки и хозяйственном освоении территории. Виды геокриологического прогноза и методы прогнозирования (методы определения граничных условий для составления геокриологического прогноза, примы типизации инженерно-геологического разреза для математического моделирования численными методами, решение задач регулирования глубины сезонного оттаивания и промерзания грунтов в естественных условиях и под инженерными сооружениями, а также методы математического моделирования опасных инженерно-геокриологических процессов). Роль прогноза в оценке и повышении устойчивости оснований инженерных сооружений.

Геокриологический прогноз, как основной метод разработки противодеформационных мероприятий. Прогнозирование экологической устойчивости осваиваемых территорий.

Методы геокриологического мониторинга Дистанционные методы изучения техногенных изменений природно-технических систем. Аэрокосмическое зондирование. Аэрофото- и космическая съмка. Фото – и сканерное зондирование. Космические фото- и электронные съмки Земли в автоматическом режиме. Многозональная аэрофотосъмка. Тепловая инфракрасная съмка. Радиолокационное зондирование приборами РЛС. Дистанционная цифровая видеосъмка. Сравнительный анализ дешифрирования материалов одновременной съмки на разные типы плнок. Анализ дешифрирования однотипных аэрофотоматериалов выполненных в разные годы и сезоны года.

Наземные методы геокриологического мониторинга. Методы общие и специальные. Актинометрические и градиентные наблюдения. Снегомерная съмка.

Изучение теплового влияния растительного покрова. Изучение динамики слоя сезонного оттаивания (промерзания). Изучение температурного режима грунтов. Наблюдения за вводно-физическими свойствами пород. Метод геокриологического картографирования.

Метод геокриологической типологии. Геокриологическое районирование природнотехнических систем. Математическое моделирование и прогноз. Геодезические методы (нивелирование, мензульная, тахеометрическая съмки, фотограмметрия). Метод непосредственных промеров. Метод GPS-контроля. Гидрологические и гидрогеологические методы. Обследование состояния геотехнических и природнотехнических систем. Геофизические методы (ВЭЗ, электропрофилирование, георадиолокационное зондирование и др.).

Совершенствование методов геокриологического мониторинга.

Технологическая схема проведения геокриологического мониторинга Основные фазы и этапы выполнения работ.

Прединвестиционная фаза. Этап сбора, обработки и анализа информации (геокриологическая съмка, типизация природных условий и мрзлых толщ, составление карты районирования по типам природных условий и геокриологических обстановок, анализ планов размещения инженерных сооружений, типизация техногенных воздействий и нагрузок, типизация геотехнических систем, предварительная оценка воздействий на окружающую среду). Этап предварительного прогноза и оценки устойчивости природнотехнических систем и экосистем к техногенным воздействиям и нагрузкам (оценка реакции природных ландшафтов и ММП на предполагаемые техногенные воздействия и нагрузки, определение областей, потенциального изменения природных условий в плане и разрезе, составление карт районирования по изменчивости факторов в плане и во времени.

Инвестиционная фаза. Этап обследования инженерных объектов и выбора объектов и мест проведения режимных наблюдений (обследование трасс и строительных площадок, выбор объектов мониторинга и мест проведения режимных наблюдений, детальное изучение инженерно-геокриологических условий в местах проведения режимных работ, разработка программы мониторинга на полевых стационарах). Этап организации и проведения работ (режимные наблюдения, регулярное обследование состояния инженерных объектов и окружающих территорий, обработка данных режимных наблюдений, выявление мест развития негативных геокриологических процессов, не предусмотренных проектом, выявление геотехнических систем с изменениями, превышающими допустимые нормы).

Эксплуатационная фаза. Этап наблюдений и текущего прогноза динамики природной обстановки и геокриологических процессов на основе данных режимных наблюдений (проведение режимных наблюдений, корректировка режимных наблюдений по объектам мониторинга и регламенту работ, текущий прогноз экологогеокриологической обстановки и устойчивости инженерных сооружений). Этап разработки защитных мероприятий (разработка проектов защитных и противодеформационных мероприятий, осуществление контроля над их проведением, контроль за развитием геокриологических процессов, способных вызвать потерю устойчивости сооружений). Этап организации и проведения наблюдений за эффективностью защитных мероприятий (организация наблюдений, их проведение, анализ основных параметров функционирования сооружений).

8. Опыт проведения геокриологического мониторинга при разных видах строительства Мониторинг экзогенных геологических процессов на неосвоенных территориях и в зонах хозяйственного освоения. Проведение мониторинга на автомобильных и железных дорогах. Геокриологический мониторинг объектов добычи и транспортировки нефти и газа. Мониторинг объектов промышленно-гражданского строительства.

4.3. Структура практикума. 14 часов 1. Подготовка исходных данных, необходимых для составления геокриологического прогноза - обработка данных метеонаблюдений за температурой воздуха; -обработка результатов снегомерных съемок и данных метеонаблюдений за динамикой снегонакопления, определение теплофизических характеристик снега.

2. Методы определения среднегодовой температуры грунтов и глубин сезонного оттаивания и промерзания различными методами (методика В.П. Чернядьева, Г.М.

Фельдмана и др.).

3 Методы регулирования глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов (методика В.П. Чернядьева).

4. Прогноз потенциальной возможности развития солифлюкции.

5. Прогноз потенциальной возможности развития термоабразии.

6. Прогноз потенциальной возможности развития термокарста.

7. Прогноз величины сезонного пучени грунтов.

8. Расчет нестационарных задач теплопроводности численными методами в цилиндрических координатах. Программа «HEAT».

5. Рекомендуемые образовательные технологии При реализации программы дисциплины Геокриологический прогноз и мониторинг используются различные образовательные технологии. Во время аудиторных занятий ( часа) занятия проводятся в виде:

- лекций с использованием ПК и компьютерного проектора;

- практических занятий в аудиториях, оснащенных ПК.

Самостоятельная работа студентов (102 часа) включает работу над рефератом под руководством преподавателя, работу студента в компьютерном классе или библиотеке Геологического факультета МГУ, решение практических заданий.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

6.1. Примерные темы рефератов по разделам дисциплины 1. Современное состояние нормативно-правовой базы проведения геокриологического мониторинга.

2. История возникновения и развития геокриологического мониторинга в России.

3. Изучение техногенной динамики геокриологических условий для одного из участков хозяйственного освоения посредством сравнения материалов проектирования и последующих геокриологических исследований.

4. Определение видов геокриологических процессов, вызывающих деформации инженерных сооружений на участке конкретной геотехнической системы и выбор объектов геокриологического мониторинга.

5. Разработка системы геокриологического мониторинга на одном из инженерных объектов в криолитозоне.

6. Разработка принципов направленности проведения противодеформационных мероприятий для одного из инженерных объектов 6.2. Контрольные вопросы и задания для текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины В течение преподавания курса Геокриологический прогноз и мониторинг в качестве форм текущего контроля успеваемости студентов используются такие формы, как контрольные работы по темам, а также оценка реферата. По итогам обучения в 9-м семестре проводится экзамен.

Контрольные вопросы и задания:

Вопросы к экзамену по Геокриологическому прогнозу и мониторингу:

1. Методологические основы составления геокриологического прогноза 2. Виды геокриологического прогноза 3. Методы составления геокриологического прогноза 4. Методы определения граничных условий для составления геокриологического прогноза: температурный режим воздуха и дневной поверхности 5. Методика обработки результатов снегомерной съемки и данных метеонаблюдений за динамикой снегонакопления, определение теплофизических характеристик снега 6. Расчетные методы определения глубин сезонного оттаивания и промерзания грунтов 7. Динамика температурного режима пород и глубин сезонного промерзания и оттаивания при современных изменениях климата 8. Роль состава и свойств грунтов в динамике формирования глубин сезонного промерзания и оттаивания 9. Методы расчета глубин сезонного оттаивания грунтов при двухслойном геологическом разрезе 10. Методы регулирования глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов 11. Методика расчета критической мощности снега 12. Методика расчета критической глубины водоема 13. Прогноз потенциальной возможности развития термокарста 14. Прогноз потенциальной возможности развития термоабразии 15. Прогноз потенциальной возможности развития солифлюкции 16. Прогноз величины сезонного пучени грунтов 17. Геокриологический прогноз в связи с возможным глобальным потеплением климата 18. Оценка влияния таликовых зон на температурное поле многолетнемерзлых пород 19. Схематизация инженерно-геологического разреза для целей назначения данных.

необходимых для геокриологического прогноза 20. Расчет нестационарных задач теплопроводности численными методами в цилиндрических координатах. Программа «HEAT»

21. Определение понятия и содержание геокриологического мониторинга 22. Виды мониторинга природной среды и его особенности на глобальном, региональном и локальном уровнях 23. Современные задачи геокриологического мониторинга 24. Виды хозяйственного освоения. Техногенные нагрузки и воздействия 25. Техногенные изменения компонентов природной среды при различных видах хозяйственного освоения 26. Реакция многолетнемрзлых пород на техногенные воздействия и нагрузки 27. Природно-технические и геотехнические системы как основа выбора участков режимных наблюдений 28. Технологическая схема проведения геокриологического мониторинга 29. Инженерно-геокриологические карты как основа размещения участков режимных наблюдений 30. Роль геокриологического прогноза при геокриологическом мониторинге 31. Обследование инженерных объектов и его роль при выборе участков режимных наблюдений 32. Организация режимных наблюдений за динамикой геокриологической обстановки при мониторинге линейных сооружений 33. Организация режимных наблюдений за динамикой термокарста и тепловыми осадками инженерных сооружений 34. Организация режимных наблюдений за сезонным и многолетним пучением грунтов основания линейных сооружений 35. Организация режимных наблюдений за термоэрозией и термоабразией в полосе отвода линейных сооружений 36. Организация режимных наблюдений за наледями в полосе отвода линейных сооружений 37. Противодеформационные мероприятия на стадии создания проекта при линейном строительстве 38. Противодеформационные мероприятия в природно-технических системах выемок железных дорог 39. Противодеформационные мероприятия в природно-технических системах насыпей железных дорог 40. Опыт проведения геокриологического мониторинга на БАМе 41. Опыт проведения геокриологического мониторинга на предприятиях газодобывающего комплекса Западной Сибири 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература:

Оспенников Е.Н. Геокриологический мониторинг. В кн.: «Основы геокриологии».

Ч. 6 Геокриологический прогноз и экологические проблемы в криолитозоне / Под. ред.

Э.Д. Ершова. – М.: Изд-во МГУ, 2008. С. 657-742.

Методические рекомендации по организации и ведению государственного мониторинга экзогенных геологических процессов. М. ВСЕГИНГЕО, 1997 (раздел 2).

Методы геокриологических исследований: Учеб. Пособие / М54. Под ред. Э.Д.

Ершова. – М.: Изд-во МГУ, 2004. С. 304-503.

б) дополнительная литература:

Ершов Э.Д. Общая геокриология. М., МГУ, 2002. 693 с.

Природные опасности России. Геокриологические опасности. / Под ред. Л.С.

Гарагуля, Э.Д. Ершова. -М.: «Крук», 2000. 316 с.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для материально-технического обеспечения дисциплины Геокриологический прогноз и мониторинг используются: компьютерный класс, специализированная аудитория с ПК и компьютерным проектором, библиотека Геологического факультета МГУ, Фонды Геологического факультета МГУ.

9. Краткое содержание дисциплины Целью курса является получение магистрантами знаний по теории и практике геокриологического мониторинга, как составной части экологического мониторинга и мониторинга геологической среды, призванного обеспечить наджную эксплуатацию хозяйственных объектов, а также сохранение и рациональное использование природных ресурсов. Основными задачами курса являются изучение структуры геокриологического мониторинга разных региональных уровней и типов природно-технических систем, особенностей технологической схемы организации и проведения геокриологического мониторинга, основных методов проведения наблюдений и обработки информации, роли и видов геокриологического прогноза, способов разработки защитных мероприятий, подходов к минимизации техногенных воздействий на природную среду, Разработчики геологический факультет (495)9932648, [email protected] геологический факультет (495)9391453, [email protected] Эксперты:

МГУ имени М.В. Ломоносова Программа одобрена на заседании Ученого совета Геологического факультета