Кратко: геодезия даёт количественные наблюдения и модели, которые позволяют оценивать нагрузку на массив, контролировать деформации и изменения подпора/подпорных условий, заблаговременно выявлять тренды оползней и запускать меры реагирования.
Наблюдения (что нужно мерить и зачем)
- Геодезические пространственные наблюдения:
- GNSS (статический и непрерывный): полные трёхкомпонентные смещения пилонов, берм, откосов; точность типично $\sim 1$–$10$ мм (суточные решения) — для обнаружения трендов и ускорений.
- Топографические нивелирования (точечный контроль седловин и гребня): вертикальные осадки, точность $\sim 0.1$–$1$ мм для контрольных сетей.
- Тахеометрия / фотограмметрия с БПЛА / TLS: карта деформаций откосов и плотины с разрешением до сантиметров — для пространственного распределения смещений.
- InSAR (спутниковая радарная интерферометрия): дисперсионные карты LOS-деформаций за большие площади, чувствительность до единиц мм/год (в зависимости от сцепления).
- Инклинометры, экстензометры, тензометры и уклонкомеры (геотехнические приборы): профильные горизонтальные смещения в теле откоса, локальные растяжения/сжатия, крен — показывают глубину и скорость сдвига.
- Пьезометры и датчики уровня: изменение порового давления $u$ в массиве и в основании — ключ к риск-оценке оползней (увеличение $u$ снижает эффективное напряжение).
- Гидрологические и метеоданные: уровень водохранилища, колебания уровня во времени, осадки, сток — для корреляции с деформациями.
- Сейсмические датчики и гравиметры: выявление локальных событий/микросейсмиичности и масс-перераспределений.
Ключевые физические и инженерные моделей (что моделировать)
- Стабильность откосов (анализ устойчивости):
- Предельный баланс: фактор безопасности $FS=\frac{\text{сопротивляющие силы}}{\text{движущие силы}}$, условие безопасности $FS>1$.
- Модели предельного равновесия (Bishop, Janbu), и численные (FEM/FDM) для сложной геометрии и нелинейных свойств.
- Гидрогеологические модели и фильтрация:
- Закон Дарси: $q=-K\nabla h$ — расчёт потока через тело и основания, где $K$ — коэффициент проницаемости, $h$ — напор.
- Диффузия порового давления (консолидация): $\frac{\partial u}{\partial t}=c_v{\nabla }^{2}u$, где $c_v$ — коэффициент фильтрации/консолидации.
- Учет изменения уровня водохранилища как временной внешней нагрузки и источника инфильтрации.
- Пороупругие/поропластичные модели:
- Эффективное напряжение: ${\sigma }^{\prime }=\sigma -u$ — как рост порового давления уменьшает несущую способность.
- Модели пороупругости для оценки деформаций и релаксации после изменения уровня.
- Модели обрушения/оползня с динамикой (включая пластичность, контакт, разрушение) для сценарного анализа при больших изменениях уровня.
- Модели гидро‑механического взаимодействия (coupled hydro-mechanical FEM) — для прогноза совместных изменений потока и деформации.
Интеграция наблюдений и моделей (контроль и предупреждение)
- Калибровка/верификация: данные GNSS, InSAR и приборов используются для калибровки параметров (K, модули упругости, трение) через обратные задачи (инверсии).
- Реальное время и фильтрация: использование фильтров Калмана/частиц для слияния модельных прогнозов и потоковых наблюдений:
- модель состояния: $x_k=A{x}_{k-1}+w_k$, измерение: $y_k=H{x}_k+v_k$.
- Триалерты/пороговые правила: пороги по абсолютному смещению, скорости и ускорению и по росту поровых давлений (например, тревога при резком росте скорости смещения или стабильной тенденции ускорения). Конкретные численные пороги задаются проектом и зависят от свойств массива; типично тревоги на уровнях от долей миллиметра/сутки до мм/сутки при критичных участках.
- Сценарный анализ и раннее предупреждение: генерация сценариев (быстрое повышение уровня, проливные осадки) и проработка мер (снижение уровня резервуара, укрепление откоса, дренажи).
Практические рекомендации по системе мониторинга при строительстве плотины
- Комбинация инструментов: непрерывные GNSS на ключевых точках + периодические TLS/БПЛА + регулярные InSAR-карты + плотный набор пьезометров и инклинометров в откосах.
- Частота съёмки:
- критические точки — непрерывно (GNSS 1 Hz до 1 измерения/мин для динамики, или по минутам/часам для трендов);
- областные картирования (TLS/BПЛА) — ежедневно/еженедельно в строительный и постстроительный период;
- InSAR — по релевантности спутниковых перегрузок (дни–недели).
- Точности приемлемы: позиция $\le 10$ мм для оперативного контроля, нивелирование $\le 1$ мм для осадок там, где критично.
- Автоматизация: обработка в реальном времени, дашборды, и интегрированные тревожные сценарии с четкими операционными процедурами.
Заключение: геодезия обеспечивает измеримую «нервную систему» для плотины: пространственные и временные наблюдения (GNSS, InSAR, TLS, нивелирование, приборы) + гидро‑механические и стабильностные модели (Darcy, пороупругость, FEM, предельный анализ) позволяют прогнозировать и предотвращать оползни и контролировать деформации через калибровку моделей, фильтрацию данных и систему раннего предупреждения.