Коротко: наблюдаемая просадка $30\text{–}50\text{см}$ за $10\text{лет}$ — это скорость $v=\frac{\Delta h}{\Delta t}=\frac{30\text{–}50\text{см}}{10\text{лет}}=3\text{–}5\text{см/год}$ — достаточный сигнал для немедленного комплексного наблюдения, оценки рисков и проектирования мер.
1) Наблюдения (какие и зачем)
- Космическое радарное зондирование (InSAR: PSI/SBAS) — картирование пространственного распределения оседания и временных рядов; периодичность: архивный разбор + оперативный мониторинг ($6\text{–}12$ дней для Sentinel-1). Важно: учитывать LOS-проекцию: $v_{vert}\approx \frac{v_{LOS}}{\cos \theta }$.
- Непрерывные GNSS-станции (RTK/IGS-класс) — высокоточечные временные ряды вертикали/горизонтали (суточные решения); минимум: одна в «горячей» зоне + опорные на периферии (см. сеть ниже).
- Точный нивеллинг (геодезическое нивелирование 1-го класса) — калибровка InSAR/GNSS, измерение дифференциальных просадок под сооружениями; периодичность: раз в полгода — год или чаще в критических зонах.
- Наклонные и тензометрические приборы (tiltmeters, crackmeters, strain gauges) — контроль кренов и раскрытия трещин на зданиях и инженерных сетях (континуальный или высоко-частотный).
- Инклинометры и экстензометры в скважинах — профиль смещений в грунте; контролируют глубинную деформацию и очаги консолидации.
- Пьезометры и гидрогеологический мониторинг (уровни грунтовых вод, отборы) — связь снижения/изменения давления воды с осадками.
- Гравиметрия/геофизика (ЭРЗ, сейсморазведка) — оценка изменений плотности/структуры грунта, наличие пустот.
- Геотехнические изыскания (бурения, СPT, лабораторные испытания) — определение механических и консолидативных параметров грунтов.
2) Проект сети и частоты (практично)
- GNSS: непрерывно; плотность: минимум $1$ станция в ядре оседания + опорные каждые $1\text{–}2\text{км}$ вокруг.
- Нивеллинг: профили через критические коммуникации и здания с шагом межстоянок $50\text{–}200\text{м}$; повтор $2$ раза/год (увеличивать при ускорении).
- InSAR: охват всего района; регулярная обработка (ежемесячно/ежеквартально).
- Инструменты в скважинах: установки в опасных точках, инспекция $1$–$4$ раза/год или непрерывно (при опасности).
3) Обработка данных и модели
- Временной анализ: декомпозиция рядов на тренд + сезонность + шум (например STL/ARIMA); оценка скорости $v=\frac{\Delta h}{\Delta t}$.
- Пространственное моделирование: интерполяция/кригинг InSAR+GNSS для карт скорости и неопределённости; выделение зон дифференциального оседания.
- Обратная геомеханическая задача (inverse modelling) для оценки параметров грунта и источников: параметрическая минимизация невязки (вариационный/байесов подход, MCMC) с учётом ошибок наблюдений.
- Физические численные модели:
- одно- и трёхмерная консолидация (теория Терцаги): пример формулы логарифмического уплотнения
$$s=\frac{C_{c}H}{1+e_0}\log \left(\frac{{\sigma }_f^{\prime }}{{\sigma }_0^{\prime }}\right),$$ где $s$ — осадка, $C_c$ — коэффициент сжатия, $H$ — толщина оседающего слоя, $e_0$ — начальный поровый индекс.
- пороэластичность (биотова модель) для учета взаимодействия порового давления и деформации (coupled hydro‑mechanical).
- конечные элементы или конечные разности для прогноза раскладки деформаций и напряжений под зданиями/сетями.
- Оценка критичности: вычисление градиентов осадок/допустимой крены. Угол наклона/крен:
$$\theta \approx \arctan \left(\frac{\Delta h}{L}\right)\approx \frac{\Delta h}{L}.$$ Оценка линейной деформации вдоль конструкции: $\epsilon =\frac{\Delta h}{L}$.
4) Оценка риска для инфраструктуры (практические критерии)
- Дифференциальная осадка между опорами/участками: критично, когда $\frac{\Delta s}{L}$ превышает допустимость для типа конструкции (примерно уклон/поворот $1/300$–$1/500$ для зданий; можно задать уровни действий):
- Watch: $v<1\text{см/год}$ - Alert: $1\text{–}3\text{см/год}$ - Emergency: $>3\text{см/год}$ (подставьте нормы проектной документации для конкретных сооружений).
- Для трубопроводов, дорог, мостов — рассчитывать максимальную относительную деформацию и напряжения в соответствии с нормативами; моделировать разрывы и потери пропускной способности.
5) Меры по остановке/снижению прогрессирования (пошагово)
- Краткосрочные (немедленно):
- ограничение нагрузки на особо пострадавшие здания/участки,
- временная стабилизация: подпорки, разгрузка конструкций,
- контроль и герметизация утечек в трубах.
- Среднесрочные:
- управление уровнем грунтовых вод: сокращение/регулирование откачки, восстановление пьезометрии,
- компенсационная инъекционная технология (compensation grouting) под объектами,
- локальное укрепление грунта (диафрагмы, бурошпунты, инъекции, глубокое уплотнение, цементация).
- Долгосрочные:
- подведение фундаментов на сваи/пилоны ниже активной зоны осадки,
- преднагрузка + вертикальные дренажи для ускоренной консолидации,
- изменение градостроительной политики и регулирование водопользования.
- Выбор меры считать через экономический анализ затрат/риска и моделирование эффекта (чувствительность по параметрам).
6) Валидация, предупреждение и внедрение
- Внедрить систему раннего оповещения: автоматизированные триггеры по превышению скоростей/градиентов (интегрировать InSAR+GNSS+пьезометры).
- Карты риска с вероятностями и сценариями (краткосрочным/среднесрочным/долгосрочным).
- Проверка моделей через контрольные наблюдения после проведения мероприятий (feedback loop).
- Хранение и визуализация в GIS/дашборде, регулярные отчёты для властей и инфраструктурных операторов.
7) План действий (примерный таймлайн)
- Незапоздня: архивный InSAR-анализ + установка минимум $1$ continuous GNSS + монтаж пьезометров и датчиков в критических точках (0–3 месяца).
- Развёрнутое обследование: бурения, CPT, инклинометры, нивеллинг (3–6 месяцев).
- Моделирование и оценка вариантов мероприятий (3–6 месяцев после сбора данных).
- Внедрение срочных мер и долгосрочных работ (6–24 месяцев в зависимости от решения).
Вывод: сочетание пространственно-временных наблюдений (InSAR + GNSS + нивеллинг), глубинных геотехнических данных и связанной гидрогеологии плюс связное обратное и прямое моделирование (poroelastic/консолидация) даст возможность установить причины, количественно оценить риски и обосновать эффективные меры.