Протипаводкові насипи, зсуви та дамби будуть досліджені сейсмічними методами та волоконно-оптичними датчиками, що дозволить виявити пошкодження та витоки, які загрожують критичній інфраструктурі, повідомив PAP проф. Маріуш Майданський з Інституту геофізики Польської академії наук.
Вивчаючи сейсмічні хвилі, можна дуже уважно стежити за факторами, які загрожують містам. Йдеться не лише про землетруси, а й про явища, пов’язані з наявністю води, які відбуваються в неглибоких шарах землі та спричинені насамперед зміною клімату.
проф. доктор хаб. Маріуш Майданський керує фундаментальними дослідженнями в галузі сейсмічних зображень і моніторингу екологічних змін у структурі штучних і природних критичних об’єктів. У міждисциплінарному проекті, який очолює Інститут геофізики Польської академії наук, також беруть участь вчені з Варшавського університету, Краківського технологічного університету, Варшавського технологічного університету та Інституту мінеральних ресурсів та енергоменеджменту Польської академії наук. , а також представники галузі.
Дослідники використовуватимуть методи сейсмології навколишнього середовища для довгострокового моніторингу трьох типів критичних об’єктів: дамб, великих зсувів і дамб у Свинній Порембі, Добчицях і Вапениці поблизу Бельсько-Бяла.
«Грунтові вали в Польщі занедбані, і існує ризик, що вони будуть зламані, що, у свою чергу, загрожує містам. Наразі проходять випробування насипів, напр. георадарні та електрозахисні методи. Однак сейсмічні зображення набагато точніші. Завдяки цьому ми можемо знайти деталі, які упущені в дослідженнях, проведених стандартними методами. Я можу показати муніципальній владі, відповідальній за набережні, де в майбутньому виникне проблема, про яку поки що немає жодних ознак», – повідомляє професор.
Сейсмічні методи рідко використовуються в моніторингу критичних об’єктів через їхню вартість і трудомісткість. Вони використовуються на окремих об’єктах у Швейцарії чи Сполучених Штатах, наприклад, в атомній енергетиці. «Ми приєднуємося до високого стандарту найкращих рішень. Крім того, ми будемо використовувати щось інноваційне: замість використання геофонів і сейсмометрів ми будемо використовувати датчики з волоконно-оптичних кабелів», – говорить проф. Майданський.
Науковці на кожному об’єкті з трьох груп – у дамбі, на схилі та в дамбі планують прокласти оптоволоконний кабель. Оптичне волокно, розміщене в неглибоких шарах землі разом із використанням техніки DAS (Distributed Acoustic Sensing), реєструватиме сейсмічні хвилі та, завдяки їх інтерпретації за допомогою передових математичних методів, покаже зміни з часом, наприклад, у структурі водну дамбу або земляний вал.
«Ми відчуваємо зміну клімату як невелике підвищення температури. З іншого боку, для системи Землі існують набагато більші відмінності між сухими сезонами та сезонами з великою кількістю опадів. Рівень води швидко змінюється, у нас бувають проливні дощі та періоди посухи. Такі зміни можуть прискорити деградацію дамб. Крім того, буває, що вода під такою дамбою підтікає через не дуже точного розпізнавання геологічних умов. Ми також можемо розпізнати це завдяки набагато кращій роздільній здатності», – пояснює проф. Майданський.
Він підрахував, що дамб у Польщі дуже багато – від сучасних і доглянутих до старих, у гіршому технічному стані. Якщо греблі близько 50 років, власник нерухомості повинен перевірити, чи конструкція не руйнується. Особливо, якщо мова йде про величезні потоки і навіть кілька десятків метрів перепаду рівня води.
Крім того, перевірятимуть інші об’єкти ключового геотехнічного та гідротехнічного значення та території зі значною зсувною здатністю. Як пояснив PAP проф. Майданського, для дослідження було обрано великий зсув, який є лижним спуском. Через зміну клімату власникам доводиться завантажувати схил штучним снігом. Сильний сніг спричиняє зрушення ґрунту, що, у свою чергу, створює загрозу для підйомної інфраструктури та навіть для житлових будинків навколо. Під час досліджень будуть зроблені сповільнені фотографії, на яких буде показано структуру цього зсуву в часі та динаміку змін. Це дозволить оцінити безпеку утримання схилу.
Для проведення наукових робіт у спеціально відведених приміщеннях дослідникам потрібна була згода їх власників. У майбутньому ці люди зможуть використовувати висновки дослідження для процедур безпеки, моніторингу або планування ремонту. Результати також будуть опубліковані як наукові статті.
Експерти з IGF PAN раніше показали в інших проектах, що сейсмічні зображення для моніторингу та прогнозування змін у неглибоких шарах, спричинених потеплінням клімату, можливі. Як запевнив проф. Майданського, сейсмологія навколишнього середовища працює набагато краще, ніж методи, які зараз використовуються в промисловості: «Ми можемо показати деталі, які можуть бути важливими для інженерів, власників критичних об’єктів або для безпеки населення — хоча про це ще ніхто не знає».
Приклад таких змін найкраще видно в Арктиці. Там польські вчені спостерігають за деградацією вічної мерзлоти, тобто мерзлої ділянки землі, непроникної для газів і рідин. Коли така область перестає бути суцільною, вона може викидати в атмосферу велику кількість метану, що посилює зміну клімату. Геофізики довели, що сейсмічними методами можна визначити зміни температури або промерзання середовища на глибину до 200 метрів з точністю до одного метра. Вчені можуть точно визначити, де ця вічна мерзлота може прорватися та вивільнити метан. Окрім віддалених регіонів Арктики, вчені мають намір довести ефективність тих самих методів для близьких до нас об’єктів у Польщі.
Проект «Сейсмічна візуалізація та моніторинг екологічно спричинених змін у структурі критичних великомасштабних штучних і природних об’єктів» фінансується за рахунок гранту Opus 23 Національного наукового центру. Підрядником є доктор Артур Марціняк з IGF PAN. З командою проф. Majdański співпрацює з: dr hab. Себастьян Ковальчик (Варшавський університет), д-р хаб. інж. Павел Попельський, Ph.D. інж. Кшиштоф Коханек (Варшавський технологічний університет), д-р хаб. інж. Томіслав Ґолебіовскі, PhD Eng. Антоні Боярський (Краківський технологічний університет), Юстина Кадер (Інститут мінеральних ресурсів та управління енергією Польської академії наук), Мірослав Тшесьньовський (WIDMO Spectral Technologies) і Рафал Сєнько (SHM System). У міждисциплінарному проекті також візьмуть участь іноземні фахівці в галузі волоконно-оптичних вимірювань.
PAP – Наука в Польщі, Кароліна Дущик
col/agt/
