Geologia inżynierska

1. Informatyczny System Monitorowania Obwałowań przeciwpowodziowych

ismop

W Polsce stan infrastruktury przeciwpowodziowej pozostawia wiele do życzenia. Prawie 60% łącznej długości wałów przeciwpowodziowych w Polsce jest eksploatowane od ponad 40 lat. Zaledwie 20 % to wały o czasie eksploatacji mniejszym niż 20 lat. (stan na rok 2008 – KZGW, 2010). Ograniczone środki przeznaczane na remonty i inwestycje oraz długi okres użytkowania już istniejących obiektów powodują wzrost zagrożenia awarią lub katastrofą budowlaną. W obecnych realiach najbardziej skuteczną formą oceny stanu obiektów hydrotechnicznych jest monitoring. Europejskie doświadczenia wskazują na wykorzystanie wielu nowych rozwiązań technicznych w zakresie monitoringu obwałowań przeciwpowodziowych. Rozróżniamy dwa podejścia: lokalne – dotyczące stanu wału (Instytut IRSTEA, IJkdijk, DredgDikes, ISMOP) i globalne – obejmujące zagadnienia gospodarki wodnej i bezpieczeństwa przeciwpowodziowego (Imprints, WeSenseIt i najbardziej zaawansowanym – UrbanFlood).

W Polsce badania na obwałowaniach przeciwpowodziowych prowadzone są w niewielkim zakresie. Obecnie przy współpracy Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz firm SWECO Hydroprojekt Kraków sp. z o.o., Neosentio oraz ZPPUH Budokop Sp. z o.o, realizowany jest Projekt Informatyczny System Monitoringu Obwałowań Przeciwpowodziowych (ISMOP). Ideą Projektu jest systemowe podejście do zagadnienia monitoringu ziemnych obwałowań przeciwpowodziowych wspierającego działalność organów państwa i samorządów w zakresie ochrony przeciwpowodziowej ludności poprzez zapewnienie bieżącej informacji o dynamice i natężeniu procesów zachodzących w ziemnych obwałowaniach przeciwpowodziowych. ISMOP ma na celu masowe zbieranie danych dotyczących wybranych procesów zachodzących w wale, optymalizację ich przesyłu, interpretację i analizę z wykorzystaniem numerycznych symulacji oraz systemu wizualizacji stanu obwałowania. Innowacją jest wykorzystanie szeregu czujników monitorujących zmiany w obrębie korpusu oraz porównanie ich z wynikami symulacji numerycznych (sprzężone ze sobą modele mechaniczne, hydrologiczne i termiczne). Zaproponowane podejście umożliwi predykcję stanu wału z określonym prawdopodobieństwem wystąpienia procesów niekorzystnie wpływających na strukturę obwałowania.

Informacje dostarczane przez system w trybie ciągłym, dzięki stosowanym metodom analitycznym, prognostycznym i modułowi wspomagania podejmowania decyzji wykorzystane mogą być do poprawy skuteczności zadań realizowanych przez służby zarządzające polityką ochrony przeciwpowodziowej regionu, czy wręcz w skali kraju.

Sposoby wykorzystania techniki pomiarowej do monitorowania zapór ziemnych i wałów przeciwpowodziowych będą z konieczności odmienne. Wynika to z różnych warunków, w których one pracują. Zapora spiętrza wodę i z zasady pozostaje pod jej działaniem przez cały okres eksploatacji. Wał przeciwpowodziowy, zlokalizowany w znacznej odległości od koryta rzeki, pozostaje suchy przez większą część roku. Kontakt z wodą uzyskuje dopiero podczas wezbrania powodziowego. Ta różnica powoduje, że w obu przypadkach konieczne jest zastosowanie innej metodyki badań, a najczęściej również  kabli pomiarowych o innej konstrukcji. W tym zakresie nie bez znaczenia będzie również czynnik ekonomiczny.

W wale umieszczono czujniki w trzech profilach pomiarowych.  Monitoring wewnątrz wału obejmuje punktowy pomiar ciśnienia porowego (35 szt.), temperatury (35 szt. + 18 szt. pomiar w strefie przypowierzchniowej) oraz ciśnienia gruntu (czujniki z przetwornikiem strunowym o niewielkim zakresie pomiarowym – 6 szt.). Dodatkowo wbudowano 6 inklinometrów (długość – 6,5 m każdy), 24 piezometry (łączna długość 82m) oraz prowadzony jest liniowy pomiar temperatury z użyciem światłowodowego kabla sensorycznego (ok. 1300m).

W celu monitoringu zmiennych zjawisk pogodowych, w pobliżu wału umieszczono stację meteorologiczną.

wal1Pomiary dostarczane przez sieć czujników stanowią główny element oceny szczelności oraz pośrednio stateczności wału. Dodatkowo prowadzony jest monitoring powierzchniowy obwałowania wykorzystujący sieć geodezyjną dla celów rejestracji przemieszczeń i odkształceń wałów oparty na metodach klasycznych (tachimetry, ewentualnie GPS) oraz pomiary z wykorzystaniem naziemnego radaru interferometrycznego dalekiego zasięgu (IBIS-L). W trakcie trwania eksperymentu używana jest również kamera termograficzna FLIR T620. Na wale prowadzone są pomiary geofizyczne, metodą tomografii elektrooporowej. Mierzone przez czujniki parametry fizyczne i mechaniczne, zapisywane są przez Automatyczny System Pomiarowy. Na podstawie napływających danych z czujników i modeli numerycznych, dokonywana jest czasie bieżącym ocena zagrożenia. Umożliwiona jest wizualizacja danych na mapach synoptycznych (dane meteo) oraz modelach monitorowanych odcinków wałów (dane pochodzące z sieci telemetrycznej). Na podstawie analizy grupy mierzonych parametrów uruchamiany zostanie sygnał alarmowy, świadczący o wystąpieniu zagrożenia lub sytuacji kryzysowej. Fakt ten będzie zgłaszany w takich przyczujnikipadkach jak:

  • wzrost wartość parametru w określonym czasie,
  • zmiany dopuszczalnych gradientów,
  • przekroczenie więcej niż jednego zdefiniowanego poziomu,
  • uszkodzenie aparatury oraz błędy komunikacyjne (odczyty anomalne lub ich brak).

Wystąpienie danej sytuacji powodziowej (wzrost poziomu wody będący wynikiem przepływu fali wezbraniowej lub kulminacyjnej) spowoduje uruchomienie procedury zwiększającej częstość próbkowania mierzonych wartości AMS3fizycznych. W chwili obniżenia zwierciadła wody, zmniejszony zostanie krok próbkowania. Takie rozwiązanie umożliwi mniejszy pobór mocy oraz przejście systemu w tryb „czuwania”, umożliwiający np. konserwację systemu lub kalibrację czujników.

Projekt jest współfinansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach Programu Badań Stosowanych

Aktualności oraz informacje o przebiegu projektu można znaleźć na stronie http://www.ismop.edu.pl

 

2. Projekt „Nowoczesne metody rozpoznania podłoża gruntowego w drogownictwie”

1

Projekt „Nowoczesne metody rozpoznania podłoża gruntowego w drogownictwie” realizowany jest w konsorcjum przez Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie oraz Politechnikę Warszawską w okresie 12.2015 – 11.2017.

Celem projektu jest opracowanie nowej „Instrukcji badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych”. W ramach realizacji projektu opracowane zostaną następujące zadania:

  • Przegląd metod badawczych wykorzystywanych w rozpoznaniu  i ocenie właściwości podłoża gruntowego.
  • Kwerenda danych dotyczących badań podłoża gruntowego oraz wyznaczenie poligonów testowych do walidacji metod badawczych.
  • Walidacja metod badawczych wykorzystywanych w rozpoznaniu badań podłoże gruntowego.
  • Optymalizacja metod badawczych i rozwiązań projektowych prowadzących do polepszenia stopnia udokumentowania warunków gruntowych w zależności od etapu realizacji inwestycji.
  • Opracowanie wytycznych badań podłoża gruntowego na potrzeby budownictwa drogowego

Projekt realizowany jest w ramach wspólnego Przedsięwzięcia Narodowego Centrum Badań i Rozwoju oraz Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad „Rozwój Innowacji Drogowych”