автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математические модели и методы оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов

На правах рукописи

АБРАМОВА АЛЕКСАНДРА ВИКТОРОВНА

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РИСКА ДЛЯ ЛАНДШАФТНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и

комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 И АР 2015

005559651

Воронеж — 2015

005559651

Работа выполнена в Федеральном государственном казенном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный юридический институт МВД России» (г. Хабаровск)

Научный руководитель: Фадцеев Александр Олегович,

доктор технических наук, доцент Академия ФСИН России,

профессор кафедры математики и информационных технологий управления (г. Рязань)

Официальные оппоненты: Леденева Татьяна Михайловна,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», заведующая кафедрой вычислительной математики и прикладных информационных технологий (г. Воронеж)

Умывакин Василий Митрофанович, доктор географических наук, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А.Гагарина», старший научный сотрудник НИЦ (БПО ВВС) (г. Воронеж)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный университет ГПС МЧС России» (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится «14» апреля 2015 года в 11 часов, в ауд. №215/1 корп. на заседании диссертационного совета Д 203.004.01 при ФГКОУ ВПО «Воронежский институт МВД России» по адресу: 394065, г. Воронеж, ул. Патриотов, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского института МВД России и на сайте http:/Avww.viinvd.in/science/research/ad thesis/

Автореферат разослан «/¿» февраля 2015 года. Ученый секретарь _

диссертационного совета: -^v^ Глушков Алексей Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. История человеческой цивилизации представляет собой постоянную борьбу человека с проявлением негативных природных явлений и процессов. То есть обеспечение безопасности человека и окружающей среды, их защищенность при действии опасных природно-техногенных факторов представляют собой повседневную и чрезвычайно важную проблему.

При этом все более актуальными являются задачи, обусловленные инженерными, техническими и медико-биологическими факторами, связанными с геологической средой. Эти факторы принято называть геодинамическими рисками.

Проблема влияния процессов геодинамического происхождения на территории с размещенными на них объектами, на население, стала особо злободневной в настоящее время, поскольку резко увеличилось количество аварий и катастроф, абсолютно абсурдных с точки зрения современных инженерных, строительных, геофизических норм и правил.

Вопросам оценки риска посвящено значительное число работ. Так, в частности, проводились исследования закономерностей возникновения и прогнозирования аварий и катастроф на объектах техносферы (Акимов В.А., Владимиров В.А., В.Ф., Осипов В.И., Рагозин A.JL, Радаев H.H.), исследовалась повторяемость экстремальных природных явлений (Ананьин И.В., Артюшков Е.В., Джеффрис Г., Касахара К., Соболев Г.А., Тацуми Т., Уломов В.И.), получены важные результаты, касающиеся оценки последствий чрезвычайных ситуаций и особенно землетрясений (Воробьёв Ю.Л., Кейлис-Борок В.И., Кутепов А.И., Шойгу С.К.), сформулированы принципы обеспечения безопасности.

Однако для многих факторов риска, особенно геологической природы, до настоящего момента времени не разработан корректный научно-методический аппарат количественного описания этих опасностей, характерных для конкретной рассматриваемой территории. А без такого количественного описания геодинамической опасности оценки геодинамического риска среды невозможны, поскольку отсутствует необходимая информация о характере воздействия опасных процессов на среду ландшафтно-территориального комплекса (ЛТК).

Кроме того, задачи оценки геодинамического риска для различных ланд-шафтно-территориальных комплексов являются системными по своей сути и стратегическими по характеру. И решаться они должны именно на основе корректного научно-методического аппарата, комплексного подхода, т.е. для их решения должен быть использован системный методологический подход, базирующийся на математических моделях и численных методах, позволяющих с одной стороны, эффективно использовать имеющийся эмпирический материал, а с другой - обладать возможностью гибкой перенастройки на любой объект исследования, принадлежащий к классу природно-технических систем.

Поэтому разработка современных математических моделей, реализованных в виде комплекса проблемно-ориентированных программ, и методов оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов с целью

обеспечения безопасности территорий и населения от возможных проявлений опасных геодинамических процессов является актуальной научной задачей.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка современных математических моделей и методов оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов, подвергающихся воздействию опасных геодинамических процессов.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих основных задач:

1) анализ современных методов оценки риска для ландшафтно-территориальных комплексов с учетом природно-техногенных факторов геодинамического происхождения;

2) разработка и апробация комплекса математических моделей оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов, подвергающихся воздействию опасных геодинамических факторов;

3) разработка численного метода обобщенно-вероятностной оценки геодинамического риска для «точечных» объектов ландшафтно-территориальных комплексов и метода нечеткой оценки геодинамического риска для локальных ЛТК, реализующийся в условиях неопределённости о физических характеристиках геосреды;

4) разработка алгоритмов оценки геодинамического риска для ЛТК и их реализация в виде комплекса проблемно-ориентированных программ;

5) выполнение количественной оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов различного масштабного уровня с построением оценочно-прогностических карт эквипотенциального распределения показателей геодинамического риска.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе используются методы теории дифференциальных уравнений, механики сплошных сред, теории нечетких множеств, математического анализа и линейной алгебры. Программное обеспечение для реализации поставленных в работе цели и задач разработано в среде Borland Delphi 7.0, работа с базами данных осуществлялась в среде MS Excel и MS Access.

Новые научные результаты, выносимые на защиту.

1. Трёхмерные математические модели оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов, подвергающихся воздействию опасных геодинамических факторов, отличающиеся от существующих тем, что в них, кроме данных по аномальному гравитационному полю, совместно учитывается информация о скоростях вертикальных движений, топографическому рельефу местности, распределению глубинных плотностных неоднородностей и распределению статической нагрузки от зданий и сооружений [1.3.7.8.11,13].

2. Численный метод обобщенно-вероятностной оценки геодинамического риска для «точечных» объектов ландшафтно-территориальных комплексов, полученные на основе проведения вычислительного эксперимента, позволяющий строить возможную траекторию миграции энергии деформации и результаты апробации этого метода [2,4,6].

3. Метод и алгоритм нечеткой оценки геодинамического риска для локального ЛТК, позволяющие учитывать в условиях неопределённости физические характеристики геосреды и результаты апробации, с помощью разработки в виде комплекса проблемно-ориентированных программ [9].

4. Оригинальные результаты количественной оценки геодинамического риска в виде оценочно-прогностических карт эквипотенциального распределения показателей этого риска для ландшафтно-территориальных комплексов различного масштабного уровня и геологического строения, отличные от существующих более высоким уровнем достоверности [1,2,4,5,6,10,12].

Практическая значимость результатов работы заключается в возможности применения разработанных математических моделей и методов оценки геодинамического риска для оценки природно-техногенной устойчивости ландшафтов, выявления потенциально сейсмоактивных участков, зон распространения обвалов, оползней, оценки, анализа и оптимизации размещения зданий, сооружений, систем и сетей инженерных и транспортных коммуникаций.

Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования геофизической и геоэкологической экспертиз различных хозяйственных программ, при разработке программ и планов развития территорий различной протяженности и геологического строения, для информационной поддержки оценки безопасности среды обитания.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены в практическую деятельность 52-го Центрального проектного института (г. Хабаровск), в теоретическую и практическую деятельность Главного управления МЧС России по Хабаровскому краю и учебный процесс Дальневосточного юридического института МВД России.

Соответствие паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует п. 1 «Разработка новых математических методов моделирования объектов и явлений», п. 4 «Реализация эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента», п. 5 «Комплексные исследования научных и технических проблем с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента» паспорта специальности 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XIV международной научной конференции «Цивилизация знаний» (Москва, РосНОУ, 2013 г.), XXII и XXIII научно-технической конференции «Системы безопасности» — СБ-2013; СБ-2014 (Москва, Академия ГПС МЧС РФ, 2013; 2014 гг.), XII Всероссийском совещании по проблемам управления (ВСПУ-2014, Москва, 16-19 июня 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 13 печатных работ (1 монография и 12 статей, в том числе 2 работы опубликованы без соавторов). Основное содержание работы изложено во всех 13 публикациях. Работы [2 — 11] опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

В работах, выполненных в соавторстве, автором лично выполнены: теоретическое построение и практическая реализация математической модели оценки геодинамического риска для ЛТК регионального масштаба [1, 3]; теоретическое построение и практическая реализация математических моделей оценки геодинамического риска для локальных ЛТК [1, 7, 8, 13]; численные оценки показателей геодинамического риска и геодинамической устойчивости территорий различного масштаба и геологического строения [1, 2, 4, 5, 10, 12]; разработка и практическая реализация метода обобщённо-вероятностной оценки геодинамического риска [2, 4, 6]; численные расчёты траектории миграции деформационной энергии для ЛТК [6].

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы из 150 наименований. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 3 таблицы и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулированы цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, выносимых на защиту.

В первой главе показано, что для безопасного и устойчивого развития ландшафтно-территориальных комплексов необходима разработка новых методов изучения факторов, влияющих на состояние их геосреды в условиях возможной реализации природных, техногенных и антропогенных опасностей геодинамического характера.

Также показано, что одним из своеобразных и значимых факторов риска для ландшафтно-территориальных комплексов являются природные, техногенные и антропогенные опасности геодинамического происхождения, такие как землетрясения, карст, крип, оползни, оседания, которые оказывают влияние на состояние геологической среды, здания, сооружения, сети инженерных коммуникаций, на стратегические и другие особо значимые объекты.

Рассмотрен достаточно разнообразный спектр методов исследования опасных природно-техногенных процессов геодинамического происхождения. Отмечено, что применяемые математические методы оценки рисков геодинамического генезиса, как правило, базируются на анализе имеющихся рядов данных наблюдений. Однако такие ряды данных имеются не для всех регионов планеты.

Показано, что несмотря на многообразие существующих к настоящему моменту времени математических моделей оценки геодинамического риска, крайне необходима и настоятельна разработка новых универсальных математических моделей, позволяющих оценивать геодинамический риск с одинаковой достоверностью не только для территорий регионального масштабного уровня независимо от их геологического строения, но и для территорий локального масштабного уровня и «точечных» объектов. При этом также крайне необходи-

мо создание численного метода, позволяющего количественно оценивать адекватность разрабатываемых математических моделей.

Во второй главе рассмотрен комплекс математических моделей оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов различного масштабного уровня.

Так, в частности, предложена принципиально новая математическая модель оценки геодинамического риска для ЛТК регионального масштабного уровня, учитывающую двойную вертикально действующую распределенную нагрузку. Согласно этой модели, геологическая среда ЛТК рассматривается с позиций ньютоновской реологии, и на эту среду снизу вверх, в вертикальном направлении действует распределённая нагрузка Р(х, у) (аномальное гравитационное поле), в вертикальном направлении сверху вниз на верхнюю границу действует нагрузка У(х, у) (СВДЗК на поверхности, полученные по данным повторного нивелирования), которые вместе и образуют внешнее воздействие на среду ЛТК. (рис. 1). В результате в изотропной среде возникают неоднородные по своей структуре поля напряжений и смещений.

Тогда распределенное внешнее воздействие Р(х, у) представляется в виде ряда (1), т.е. аномальное гравитационное поле раскладывается на зональные гармоники:

= ^ + (1) ^ ^ 171=1 ^ 71=1 171=1 71=1

где, например,

А» = а™ сс&к^хса&к^ + Ь^ ¡.\пкххса5куу+ст, со5кхх&ткуу+е1тп &т.кхх$т.куу;

4 гл лт лп атп ~ —г р(х,у)со5кххсо5к усЫу; кх =-; к = —; а, Ъ - соответственно дли-

аЪ{{ а Ь

на (X) и ширина (У) рассматриваемой территории; р(х,у) — величины изостатиче-ских аномалий гравитационного поля.

Распределенное вертикальное воздействие У(х, у) также представляется в виде ряда (1). В таком случае компоненты тензора напряжений и составляющие вектора смещений в геосреде представляются аналогичным образом, например, для нормальных компонент тензора напряжений - соотношениями вида (2):

= + Х5>Г . (2)

4 т=1 А 71=1 т=1 77=1

где /?е{*,>>,г,}.

Математическая модель представляется следующей системой уравнений:

\аг{х,у,0) = Р{х,у), тхг(х,у,0) = О,

1 (3)

[и2 (х, у, К) = У(х, у), (х, у,И) = 0.

Рис. 1. Двойная вертикальная модель возникновения напряжений и смещений в геосреде.

В результате расчетов по данной модели были получены соотношения для компонент тензора напряжений и составляющих вектора смещений в геологической среде, необходимые для выполнения численных оценок геодинамического риска (в качестве примера приведено соотношение для одной из компонент сдвиговых напряжений):

,{x,y,z)=kk

k{A + Cz)+-D

Л + ц

shkz+

к(В +Dz) л

chkz > cos кХх sin к у. (4)

Л + ц

Практическое использование двойной вертикальной модели (рис. 2) позволяет значительно повысить результативность количественных оценок геодинамического риска для ЛТК регионального масштабного уровня в два раза (с 0.4 до 0.8) по сравнению с традиционными методами оценок ив 1.23 раза ( с 0.65 до 0.8) по сравнению с моделями, учитывающими только аномальное гравитационное поле. Это говорит об адекватности предложенной автором математической модели оценки геодинамического риска для ЛТК регионального масштабного уровня.

Предложена новая математическая модель оценки геодинамического риска для ЛТК районного масштабного уровня, позволяющая достоверно оценивать геодинамическую ситуацию для территорий линейными размерами не более нескольких десятков километров. В качестве входных данных в таких моделях используется информация о топографическом рельефе местности и распределении плотностных неоднородностей на исследуемой территории. Модельный упругий объем геологической среды при подобном подходе представляет собой параллелепипед, к нижней границе которого приложено внешнее возмущающее воздействие Р(х,у), а граница возмущений от плотностных неоднородностей внутри

этого слоя представляет собой трехмерную поверхность, задаваемую функцией вида

36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Рис. 2. Эквипотенциальное распределение сдвиговых геодинамических напряжений (сечение изолиний 0.3 Мпа), рассчитанных по двойной вертикальной модели, с эпицентрами тектонических землетрясений, произошедших за последние 100 лет.

В таком случае граничные условия представляют собой следующие соотношения:

ст2 (х, у,0)=Р{х, у), т„{х,у, 0) = 0,

(х> У> %) = w(x> У' х\ (х> У>h) = °>

где х ~ некоторая фиксированная глубина для каждой точки (х, у).

Такие модели позволяют более детально исследовать ЛТК районного масштабного уровня на предмет их устойчивости по отношению к проявлению таких опасных геодинамических процессов как крип, оползни, провалы, оседания земной поверхности.

Также предложена комплексная модель оценки геодинамического риска для ЛТК локального масштабного уровня, на территории которых располагаются несколько зданий с инженерными коммуникациями, или же небольшие жилые массивы.

Согласно этой модели, влияние топографических масс местности (возмущения Р(х,у)) учитываются на нижней поверхности модельного упругого трехмерного слоя геологической среды, влияние плотностных неоднородностей -функцией W{x,y,x). На верхнюю часть упругого слоя действует распределенная нагрузка от зданий и сооружений, т.е. при z = h cr,{x,y,h) = F(x,y)(a.- вертикальные нормальные напряжения в среде), на уровне z = 0 — возмущения от то-

пографического рельефа местности, а на глубинах г = х — влияние плотностных неоднородностей.

Поскольку наша модель учитывает и топографию, и плотностные неоднородности, и распределенную статическую нагрузку от зданий и сооружений, то эту модель мы будем называть комплексной моделью. В отличие от нее, модель, учитывающую только топографический рельеф местности и модель, учитывающую и топографический рельеф и распределение плотностных неоднородностей, будем условно обозначать моделями 1 и 2 соответственно, а комплексную модель — моделью 3 (соотношения (6), (7), (8) соответственно):

(6),

а-,(х,у,0)=Р(х,у), т„(х,у,Н)= 0,

(7),

<*Лх>У>х)=П'(х,у,х\ <тЛХ,у,0)=Р(Х,у\ (8)

Карты для исследуемой территории приведены в их сопоставлении с результатами моделирования по модели только с учетом топографии (модель 1), по модели с учетом топографии и плотностных неоднородностей (модель 2), и по комплексной модели (модель 3) (рис. 3, 4, 5). Числами на прямоугольниках, схематично обозначающих жилые дома на рис. 3, указана этажность здания.

От карты к карте видно, как меняется не только конфигурация распределения сдвиговых напряжений, но и значительно увеличиваются сами их значения. Т.е., дополнительный учет только одних плотностных неоднородностей говорит о том, что геодинамическая обстановка на большей части территории является неустойчивой. Если же мы обратимся к рис. 5, то в случае застройки этой территории зданиями и сооружениями планируемой этажности, можно ожидать негативных последствий, связанных с обрушением зданий. Подобные модели имеет огромнейшую практическую значимость и ценность, поскольку позволяют наиболее достоверно оценивать геодинамическую ситуацию для сложных распределенных природно-технических систем локального масштабного уровня, что дает возможность значительно оптимизировать процедуру принятия управленческих решений при разработке генерального плана застройки территории.

Кроме того, при соответствующих доработках эти модели могут быть адаптированы для решения задачи управления геодинамической безопасностью уединенных («точечных») объектов.

В третьей главе предложен новый численный метод обобщенно-вероятностной оценки геодинамического риска для «точечных» объектов ланд-шафтно-территориальных комплексов.

Рис. 3. Сдвиговые напряжения по модели 1.

Согласно этому методу, некоторая территория (участок ЛТК) представляется в виде системы совокупности узлов и соединяющих их друг с другом тектонических разломных нарушений сплошности геологической среды (рис. 6). Вдоль таких разломных нарушений идет процесс переноса энергии деформации как после произошедшего геодинамического события, так и в период его подготовки. Особую значимость при этом имеет учет мест пересечений разломов, так называемых тектонических узлов, играющих роль специфических «клапанных механизмов», сдерживающих или пропускающих деформационную энергию в том или ином направлении.

О 20 40 60 во 100 120 140 160 100 2Q0 220 240 2G0 200 300 320 340 ЭвО 330

Рис. 4. Сдвиговые напряжения по модели 2.

Рис. 5. Сдвиговые напряжения по модели 3.

20 40 60 ао юо 120 но 160 180 гоо 22о г« ко зао эоо зго здо

Разломные нарушения на рис. 6 представлены в виде отрезков прямых, тектонические узлы, как места пересечения разломных нарушений обозначены римскими числами. Согласно модельным построением, показано, что, например, для 4-х узлов оценка вероятности события В - возможности «передачи» деформационной энергии из какого-либо узла в узел, смежный с ним, рассчитываются по формулам вида:

Рт(А) = -

•пз "32

(9)

100 1И) мо 160 180 а» 2ЭТ) мо гбо ию зоо эго .ш зео зво

где к = 1, ..., 4, а значения коэффициентов а,у определяются на основании комплексной оценки следующих величин: «п =Е„; «31 -О.

Рис. 6. Разломно-узловая структура территории ландшафтно-территориального комплекса.

Ер

а

32 = Ер+йт+йг

■2Ъ = Ер+й<+йг

где 0Ер — величина рассеяния потенциальной энергии Ер деформируемых пород геосреды; — величина сброшенной энергии при реализации геодинамиче-

ских событий;

2/м1_ 3

2 /ш,

соответственно обобщенные (переведенные

в энергетические единицы) значения горизонтальных и, и вертикальных и, смещений в геологической среде.

Результаты расчетов наиболее вероятной последовательности миграции деформационной энергии, выполненные для территории ЛТК, содержащей 14 тектонических узлов, представлены в таблице 1 и на рис. 6. Приведенные в таблице 1 значения величин Р, характеризуют приоритеты (значимости) узлов сети разломных нарушений сплошности геологической среды исследуемой территории. Стрелками на рис. 6 обозначены наиболее вероятная последовательность «миграции» энергии деформации. Построенные по предложенному численному методу схемы «миграции» этой энергии имеют огромное практическое значение для принятия обоснованных решений при разработке перспективных генеральных планов городской застройки, оценке уже освоенных территорий, а также для планирования проведения регламентных работ по повышению безопасности в практике градостроительных работ.

Предложен метод нечеткой оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориального комплекса, реализующийся в условиях неопределенности о физических характеристиках геосреды этого комплекса.

Таблица 1

Номер Значения вели- Приоритет Номер Значения вели- Приоритет

узла чин Р, (в %) узла узла чин Pi (в %) узла

I 5.26 9 VIII 6.57 7

II 5.21 11 IX 7.82 6

III 5.14 12 X 8.95 4

IV 5.63 8 XI 8.84 5

V 4.47 13 XII 10.14 2

VI 3.78 14 XIII 13.43 1

VII 5.22 10 XIV 9.54 3

При формировании базы правил системы нечеткого вывода использовались следующие входные и выходные лингвистические переменные: /?] — «гра-диентность рельефа местности» (ЛП1); Д - «плотность вещества геосреды» (ЛП2); [}\ — «трещиноватость геосреды» (ЛПЗ); выходная лингвистическая переменная Д - «состояние геосреды».

В таком случае разработанная система нечеткого вывода содержала 60 правил нечетких продукций следующего вида:

Правило_#: ЕСЛИ «Д есть а\У> и «Д есть а2» и «Д есть а3» ТО «Д есть а4», где а,- (i=l, ...,4) представляют собой условные обозначения терм-множеств лингвистических переменных.

Для количественной реализации этого метода нечеткой оценки состояния геологической среды в качестве алгоритма вывода использовался алгоритм Мамдани. При агрегировании подусловий использовались парные нечеткие логические операции (в частности, min-конъюнкции). Процедура активизации под-заключений в нечетких правилах продукций осуществлялась по известному соотношению min-активизации /л {у) = min {с(, /л(у)}, где у) - функция принадлежности терма, который является значением некоторой выходной Jill.

Аккумуляция заключений нечетких правил продукций выполнялась на основании операции объединения (max-дизъюнкции) нечетких множеств, соответствующих термам подзаключений, относящихся к одной и той же выходной ЛП. Для дефаззификации выходной переменной применялся традиционный метод центра тяжести.

Представленный метод позволяет на основе экспертных оценок физических характеристик геологической среды, заблаговременно до начала проведения строительных работ, выполнить превентивные оценки геодинамического риска для ЛТК, что дает возможность произвести предварительную оценку проекта планировочных решений по застройке территории.

Также в третьей главе представлены алгоритмы оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов, реализованные в виде компьютерных проблемно-ориентированных программ, разработаны в среде программирования Borland Delphi 7.0.

Алгоритмы оценки геодинамического риска реализованы в виде компьютерных программ Region (рис. 7) (предназначена для численной реализации ре-

гиональной двойной вертикальной модели оценки геодинамического риска для ЛТК), GeoRisk (реализует математические модели оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов районного и локального масштабного уровней), Relax (позволяет рассчитать, какая величина напряжения будет сброшена после сейсмического события и как эта величина будет распределена по всей исследуемой территории ЛТК).

II Оценке геодинамического риска Ц региональных ландшафтно-терр SI комплексов 1) Имя файла изостатических аномал ■ ДЛЯ I иториальных Ш ] се ntral _о kru д I Si

•............■.........«и.......« . _____________•

К Глубина залегания границы возмущений (км) » _____„jfe® I Я 1 Глубина залегания расчётной плоскости (км) » Г 0 1

Длина долготного профиля (км) - ¡1200

Длина широтного профиля (км) » |sooi ^ jjf ;

Пропитать |

...

Рассчитать 1

Записать I

—— —

Выход j Продолжить 3

II _ — ------ ______ Я

Рис. 7. Рабочее окно программы Region.

Принципиальным отличием представляемых алгоритмов оценки геодинамического риска, в отличие от уже существующих, является следующие характеристики: 1) используется комплексный набор входных данных по распределенным нагрузкам, действующих на геосреду ЛТК на различных глубинных уровнях; 2) благодаря полученным точным аналитическим выражениям для компонент тензора геодинамических напряжений и составляющих вектора смещений в геосреде ЛТК, реализуется более быстрый, «сквозной» алгоритм расчёта; 3) распределённые нагрузки представляются в виде непериодических функций.

Представленные алгоритмы позволяют, по сравнению с существующими, более оперативно и рационально выполнять количественную оценку показателей геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов различного масштабного уровня и геологического строения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертации разработаны комплекс математических моделей, реализованных в виде проблемно-ориентированных программ, и методов оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов различного масштабного уровня, предназначенных для оценки природно-техногенной устойчивости ландшафтов, оптимизации размещения зданий, сооружений, си-

стем и сетей инженерных и транспортных коммуникаций. Получены следующие основные результаты.

1. Разработаны и практически реализованы трёхмерные математические модели оценки геодинамического риска для ландшафтно-территориальных комплексов, подвергающихся воздействию опасных геодинамических факторов, отличающиеся от существующих тем, что в них, кроме данных по аномальному гравитационному полю, совместно учитывается информация о скоростях вертикальных движений, топографическому рельефу местности, распределению глубинных плотностных неоднородностей и распределению статической нагрузки от зданий и сооружений.

2. Разработан численный метод обобщенно-вероятностной оценки геодинамического риска для «точечных» объектов ландшафтно-территориальных комплексов, полученные на. основе проведения вычислительного эксперимента, позволяющий строить возможную траекторию миграции энергии деформации и результаты апробации этого метода.

3. Предложены метод и алгоритм нечеткой оценки геодинамического риска для локального ЛТК, позволяющие учитывать в условиях неопределённости физические характеристики геосреды и представлены результаты апробации, с помощью разработки в виде комплекса проблемно-ориентированных программ.

4. Представлены оригинальные результаты количественной оценки геодинамического риска в виде оценочно-прогностических карт эквипотенциального распределения показателей этого риска для ландшафтно-территориальных комплексов различного масштабного уровня и геологического строения, отличные от существующих более высоким уровнем достоверности.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

'Монографии:

1. Абрамова A.B. Моделирование геодинамических рисков в чрезвычайных ситуациях: монография [Текст] / A.B. Абрамова, K.M. Бондарь, P.M. Данилов, В.А. Минаев, С.А. Павлова, А.Н. Попов, А.О. Фаддеев // Дальневосточный юрид. ин-т МВД России. - Хабаровск: РИО ДВЮИ МВД России, 2014. -124 с.

В изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ:

2. Абрамова A.B. Обобщенная вероятностная модель для оценки геодинамической устойчивости территорий / A.B. Абрамова, В.А. Минаев, А.О. Фаддеев, С.А. Павлова // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. — Вып. 5 (51). - 2013. - 12 с. - http://ipb.mos.ru/ttb/2013-5.

3. Абрамова A.B. Математическое моделирование сейсмических рисков [Текст] / A.B. Абрамова, В.А. Минаев, А.О. Фаддеев, P.M. Данилов, С.А. Павлова // Спецтехника и связь. — 2013. — №5. — С. 58 — 63.

4. Абрамова A.B. Обобщенная вероятностная модель оценки геодинамической устойчивости среды территориальных природно-технических систем [Текст] / A.B. Абрамова, В.А.Минаев, А.О. Фаддеев, С.А. Павлова // Вестник

л

РосНОУ. Управление, вычислительная техника и информатика. Выпуск 4. Рос-НОУ, Москва, 2013. С. 12 - 18.

5. Абрамова A.B. Комплексная математическая модель оценки сейсмических рисков [Текст] / В.А.Минаев, А.О. Фаддеев, A.B. Абрамова, С.А. Павлова // Вестник РосНОУ. Управление, вычислительная техника и информатика. Выпуск 4. РосНОУ, Москва, 2013. С. 19 - 24.

6. Абрамова A.B. Разломно-узловая тектоническая модель оценки геодинамической устойчивости территориальных систем [Текст] / A.B. Абрамова, В.А. Минаев, А.О. Фаддеев // Проблемы управления рисками в техносфере. — 2014. -№1(29) - С. 90 - 99.

7. Абрамова A.B. Строительство без катастроф / A.B. Абрамова, В.А. Минаев, Н.Г. Топольский, А.О. Фаддеев, А.Н. Попов, A.B. Мокшанцев // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - Вып. 2 (54). - 2014. -http://ipb.mos.ni/ttb/2014-2.

8. Абрамова A.B. Строительство без будущих катастроф: учет геодинамических рисков [Текст] / В.А. Минаев, А.О. Фаддеев, A.B. Абрамова, А.Н. Попов // Спецтехника и связь. — 2014. — №2 — С. 50 — 55.

9. Абрамова A.B. Математические модели оценки геодинамического риска на территории Армении / A.B. Абрамова // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. - Вып. 4 (56). - 2014. - http://ipb.mos.ru/ttb/2014-4.

10. Абрамова A.B. Оценка безопасности и моделирование устойчивости геологических структур [Текст] / A.B. Абрамова, В.А. Минаев, Ю.В. Прус, А.О. Фаддеев, А.Н. Попов, С.А. Павлова // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2014. - №4. - С. 40 - 49.

11. Абрамова A.B. Комплексная модель оценки риск-состояния геологической среды населённых пунктов / A.B. Абрамова // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал. — Вып. 5 (57). — 2014. — http://ipb.mos.ru/ttb/2014-5.

В иных изданиях:

12. Абрамова A.B. Комплексная математическая модель для оценки сейсмических рисков [Текст] / A.B. Абрамова, А.О. Фаддеев, В.А. Минаев, С.А. Павлова // Мат. XXII научн.-техн. конф. «Системы безопасности - 2013» - СБ-2013. М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2013. - С. 17 - 19.

13. Абрамова A.B. Управление reo динамической безопасностью распределенных природно-технических систем [Текст] / A.B. Абрамова, В.А. Минаев, А.О. Фаддеев, А.Н. Попов // XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва, 16 — 19 июня 2014 г. — М.: ИГТУ РАН, 2014. — С. 8196 -8205.

Подписано в печать__.2015. Формат 60x84 J/^.

Усл. печ. л.0,93. Уч.-изд. л. 1,0.

Тираж 100. Заказ №_

Типография Воронежского института МВД России 394065, г. Воронеж, пр. Патриотов, 53