Система геокриологического мониторинга Арктики

Вечная мерзлота (криолитозона) распространена на территории 22.8 млн. кв.км, занимая около 24% суши в северном полушарии, в том числе более 60% территории России. Наша страна обладает наиболее развитой по сравнению с другими арктическими странами инфраструктурой в районах распространения вечной мерзлоты. В Ямало-Ненецком округе, помимо нескольких городов с численностью населения более 100 тысяч человек (Новый Уренгой, Ноябрьск) также расположены автомобильные и железные дороги, аэропорты, способные принимать крупные авиалайнеры, речные и морские порты на реке Обь, в Обской губе и на Арктическом побережье (Сабета), протяженные линии электропередач, разветвленная сеть трубопроводов. При этом режимы эксплуатации объектов инфраструктуры в криолитозоне и за её пределами значительно различаются. Как правило, сооружения на вечной мерзлоте имеют меньший расчетный срок эксплуатации в силу того, что они подвержены более интенсивному износу.

Изменение климата приводит к увеличению температуры вечной мерзлоты, при этом интенсифицируются неблагоприятные геокриологические процессы, влияющие на устойчивость сооружений. Отчасти из-за этого, хотя также и из-за иных факторов, связанных с условиями эксплуатации, в последние десятилетия значительно возросло число аварий и повреждений объектов инфраструктуры в криолитозоне. Инфраструктура, построенная на вечной мерзлоте, может испытывать неравномерные осадки и деформации вследствие деградации мерзлоты, вызванной различными факторами, такими как изменение климата, техногенное воздействие, перераспределение снежного покрова, изменение гидрогеологического режима и др. Даже небольшое изменение температуры мерзлых грунтов может существенно снизить их механические свойства и несущую способность.

Система геокриологического мониторинга Арктики решает три основных задачи: 1) сбор; 2) хранение и 3) отображение (визуализацию) данных геотехнического мониторинга температуры многолетнемерзлых грунтов.

Дистанционный мониторинг за температурой грунтов заключается в устройстве термометрических скважин в вентилируемом подполье на глубину не менее фактической длины сваи под данным жилым сооружением (10 метров и более). Скважины располагаются по периметру и посередине здания, информация с них о температурах грунтов осуществляется по средствам беспроводной передачи данных при помощи GSM модуля системы автоматического мониторинга мерзлоты («САМ-Мерзлота»). Температурные датчики устанавливаются на термокосе с шагом 0,5 м до глубины 2 м и далее, с шагом 1 м, до глубины 10, 12 или 14 м, в зависимости от глубины самой термометрической скважины. Система геокриологического мониторинга Арктики предусматривает возможность автоматического приема данных с терминалов «САМ-Мерзлота», являющихся автономными контроллерами, подключенными к термометрическим косам. Дополнительно, к автоматизированному сбору, предусмотрен режим импорта данных из файлов, обеспечивающий загрузку файлов с терминалов «САМ-Мерзлота» без встроенного GSM-модуля. Хранение собранных данных осуществляется в реляционной базе данных PostgreSQL на сервере системы.

В настоящий момент «Система геокриологического мониторинга Арктики» находится в постоянном процессе доработки. Также к ней планируется подключить термометрию грунтов большинства проблемных, с точки зрения проявления опасных криогенных процесов, зданий в г. Салехард и других городов и посёлков ЯНАО, линейные объекты (автодороги, трубопроводы, линии элекктропередач). Необходимо также, помимо результатов термометрии грунтов, добавить в систему данные по литологии грунтов, ландшафтные характиристики инфраструктурных объектов, за которыми ведутся и будут вестись наблюдения. Не смотря на то, что СИГМА сегодня ещё дорабатывается, её можно считать вполне работоспособной и готовой к внедрению для мониторинга за температурой грунтов под инфраструктурными объектами в реальном времени. Очевидно, что наличие такой автономной системы в Арктике, в несколько раз экономически эффективнее температурных измерений выполняемых вручную в течении года и на протяжении всего времени эксплуатации здания или линейного объекта.