Как предотвратить цунами

В 50-х годах ХХ века была обнаружена трещина в одной из скал, находящихся в норвежском местечке Окнес. К середине двухтысячных годов трещина расширилась до 15 метров, и постоянно увеличивается – то есть, огромный кусок скалы может обвалиться во фьорд в любое время.

Район Окнес/Тафьорд, графства Норд-ам-Мердаль, внесен в список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Район часто посещают туристы – многим нравится любоваться на первобытную красоту фьордов. Сам район заселен не то чтобы плотно, но местные жители там есть, и покидать район не собираются.

В этой местности часто происходят оползни и камнепады. Самым известным и разрушительным стал оползень 1934 года. Тогда из-за сползания участка породы в узкий фьорд образовалось цунами, унесшее жизни 40 человек, и причинившее ущерб в десятки миллионов долларов.

Состояние оползней

Камнепады постоянно угрожают жителям фьордов, поэтому они очень внимательно относятся к состоянию систем раннего оповещения. Каждый муниципалитет располагает подробным планом действий в случае стихийных бедствий – чем раньше людей предупредят об опасности, тем больше у них шансов забраться повыше, и спастись от цунами.

Местные геологи располагают обширным материалом для исследования и собрали большую базу данных о поведении горных склонов в данной местности. Им удалось установить, что склон, с параметрами скалы Окнес, движущийся со скоростью в несколько сантиметров в год, примерно за две недели до обрушения должен ускориться примерно на порядок. По этой причине службам спасения нужна точная и постоянно обновляемая информация о тенденциях смещения породы.

Комплексные исследования показали, что для скалы Окнес вероятность оползня является самой большой среди аналогичных объектов. Предполагается, что в случае оползня сойдет порядка 120 млн. кубометров горной породы. Такой объем грунта поднимет во фьорде волну цунами высотой до 90 метров, что поставит под угрозу города и фермы на большой территории.

Размер потенциального оползня и его близость к населенным пунктам вызвала обеспокоенность норвежских властей. Ранее существовавшая система оповещения не давала гарантий безопасности: она могла предупредить о катастрофе не раньше, чем за несколько часов до оползня. Поэтому была поставлена задача создания системы оповещения, выдающей предупреждающий сигнал за две недели до оползня. Эта задача была решена с помощью системы  Trimble 4D Control, совмещенной с системой раннего оповещения.

Система наблюдения

Норвежское правительство и местный аналог МЧС по району Окнес обратились к компании Cautus Geo для создания проекта системы мониторинга. В новой системе оповещения планировалось использовать несколько компонентов мониторинга, которые могли бы предоставить комплексную информацию о смещении поверхности. На стадии проектирования инженер Cautus Geo Ларс Крангнес столкнулся с рядом специфических проблем, связанных с удаленностью объекта мониторинга от основных коммуникаций и суровым климатом. «Каждую деталь приходилось подвозить на вертолете, - отметчает Крангнес. – Инструменты, топливо, и даже бетон, нужный для построения центра управления, приходилось доставлять по воздуху».

Инструментарий инженеров колебался в широком диапазоне от простых экстензометров до самого современного роботизированного тахеометра, отслеживающего десятки целей на всей протяженности склона. В то же время, сеть высокоточного позиционирования отслеживала состояние центра управления.

Роботизированный тахеометр Trimble S8 установлен в здании центра управления, за пределами оползне опасного участка. Это же здание является станцией климатического контроля, и содержит электрогенераторы, оборудование связи и другую нужную технику.

Система мониторинга построена на основе программного комплекса Trimble 4D Control, который используется для управления всей сеть наблюдения. «Тахеометр в постоянном режиме следит за 30-ю призмами, расположенными на протяжении всего склона, - говорит Крангнес. – Он способен обнаружить смещения в пределах от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, которые должны произойти перед обвалом».

Не менее важной для мониторинга склона является сеть высокоточной спутниковой навигации, состоящая из 10 базовых станций, в состав которых входят ГНСС-приемники Trimble Net R9. Эти базовые станции регулярно (каждые 15 минут, 4 и 12 часов) сверяют свое местоположение с информацией, получаемой от двух базовых станций, расположенных на безопасном участке. ГНСС-системы работают с высокой (до 50 Гц) частотой, и могут решать задачи высокоточного спутникового позиционирования.

Сеть ГНСС является одним из наиболее важных и надежных систем мониторинга скалы Окнес, и обеспечивает высокую точность данных мониторинга. «Частота и точность системы 3D дает точные, надежные и стабильные результаты, что делает систему мониторинга на основе Trimble 4D Control исключительно подходящей для сложных участков, вроде Окнес», - говорит Крангнес.

Также в системе мониторинга включена радиолокационная станция, работающая в режиме постобработки, и выполняющая 3D сканирование заданных участков. Также система контролируется с помощью постоянно действующих веб-камер.

Наблюдателей интересует не только происходящее на поверхности: специальное оборудование позволяет отслеживать состояние недр с помощью акустических сигналов, в системы входят экстензометры и инклинометры, также в скалах пробурены глубокие скважины, предоставляющие дополнительную информацию для мониторинга. «Это похоже на отделение интенсивной терапии, - смеется Крангнес. – Информация выводится на мониторы в управляющем центре. Вся она сводится в отчете, и дает представление о здоровье всего склона».

Современные инструменты мониторинга

Сходные решения применяются по всему миру: это система исследования тектоники плит в Китае и севере Тихоокеанского побережья США; вулканов на Аляске и в Новой Гвинее; системы обнаружения цунами в Индии и оползней в Италии и Новой Зеландии; плотины и мосты в Вашинтоне, на карьерах в Южной Африке. Эти новые инструменты, в отличие от старых систем предупреждения, позволяют не сообщить об уже свершившемся оползне, а предсказать его на основе обнаруженных тенденций.

Эти инструменты гораздо более точны и надежны, и позволяют предупреждать события до того, как они произойдут. Комбинация сетей высокоточного спутникового позиционирования и современных оптических инструментов позволяет получить комплексное решение для всестороннего анализа происходящего.

Trimble 4D Control позволяет отслеживать локальные деформации поверхности, чтобы потом включить эту информацию в региональные отчеты, касающиеся тектоники литосферных плит, извержения вулканов и землетрясения. Во многих странах такие системы используются для предупреждения и локализации возможных катастрофических природных явлений. Системы мониторинга легко масштабируются, и могут использоваться для решения самого широкого круга задач.

Проект мониторинга скалы Окнес представляет собой огромный шаг вперед в развитии систем мониторинга и предупреждения катастроф, и может использоваться не только для мониторинга склонов, но и для отслеживания деформаций дамб, мостов и карьеров. Министерство по делам местного самоуправления и регионального развития отмечает, что реализация проекта позволила существенно повысить безопасность людей, и в будущем позволит предотвратить экономический ущерб – скала однажды обязательно обрушится, но об этом станет известно за две недели до события.