1. 1(34)2023
  2. Застосування крос-спектрального аналізу, та швидкого перетворювання Фур’є для виявлення коливань ґрунту в природно-технічній геосистемі Дністровської ГАЕС

Застосування крос-спектрального аналізу, та швидкого перетворювання Фур’є для виявлення коливань ґрунту в природно-технічній геосистемі Дністровської ГАЕС

JGD.
2023;
Випуск 1(34)2023, Номер 1(34)
: 19-27
https://doi.org/10.23939/jgd2023.01.019
Надіслано: Квітень 08, 2023
Автори:
  1. Андрій Зигар
1
Чернівецький національний університет імені Ю. Федьковича

Основна мета дослідження полягає у виявленні залежності між змінами рівня води та деформацією ґрунту, де в якості дивіатора напружень являється циклічна зміна навантажень на ложе резервуара водосховища, тобто резервуар ГАЕС виконує роль осцилятора поперечних коливань, а ґрунтовий екстензометр виконує функцію зчитування та фіксації цих коливань. Методика. Для вирішення завдання потрібно, записати часовий ряд коливань рівня води та  часовий ряд коливань датчиків екстензометрів на всіх горизонтах заглиблення, виконати швидке перетворення Фур'є для коливань рівнів води окремо, далі аналогічно коливань кожного із датчиків екстензометра. Розрахувати спектр потужності сигналів окремо всіх датчиків в ґрунті. Співставивши амплітудно-частотні, фазово - частотні складові спектрів потужності коливань рівня води та вертикальних коливань екстензометричних датчиків. Результати. Під час проведених досліджень  встановлено, що водосховище ГАЕС, являється джерелом генерації низькочастотних коливань в широкому спектральному діапазоні. Ці коливання мають дуже довгу довжину хвилі, вимірювану в десятки тисяч кілометрів, які можуть поширюватися на великі відстані, як по фронту геологічних шарів так і в глиб. Наукова новизна. Дослідження  в статті дають змогу точніше оцінити частотний спектр коливань і визначити можливі резонансні явища, що можуть виникати в ґрунтах під час роботи енергооб'єкта. Крім того, дане дослідження проведено в конкретному регіоні, що дає змогу отримати точніші дані про вплив низькочастотних коливань на геосистему в цьому регіоні. Таким чином, дане дослідження може становити інтерес для фахівців у галузі геотехніки, геології та енергетики, а також може бути використане під час планування та експлуатації інших енергооб'єктів у подібних умовах. Практична значущість. Низькочастотні хвилі можуть бути виявлені за допомогою сейсмічних приладів, таких як сейсмометри. Результати цього дослідження допоможуть коригувати аналіз та інтерпретацію сейсмограм, що важливо для розуміння процесів, які відбуваються в зоні експлуатації гідроелектростанції.

оолітовий вапняк
геотехнічний моніторинг
деформограф
гідроакумулююча електростанція
ґрунтова основа
стан ґрунту
спектральна щільність
швидке перетворення Фур’є
  1. Babacan, A. E., & Akın, Ö. (2018). The investigation of soil–structure resonance of historical buildings using seismic refraction and ambient vibrations HVSR measurements: a case study from Trabzon in Turkey. Acta Geophysica, 66, 1413-1433. https://doi.org/10.1007/s11600-018-0208-0
  2. Bao, Y., Gao, P., & He, X. (2015). The water-level fluctuation zone of Three Gorges Reservoir—A unique geomorphological unit. Earth-Science Reviews, 150, 14-24. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.07.005
  3. Bosy, J., Kaplon, J., Rohm, W., Sierny, J., & Hadas, T. (2012, September 27). Near real-time estimation of water vapour in the troposphere using ground GNSS and the meteorological data. Annales Geophysicae, 30(9), 1379-1391. https://doi.org/10.5194/angeo-30-1379-2012
  4. Bubniak, A. M., Bubniak, I. M., & Zyhar, A. I. (2020). Lineaments analysis of the Dniester area (between Bakota and Novodnistrovsk). Geoinformatics: Theoretical and Applied Aspects 2020, 2020(1), 1-4. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2020geo110
  5. Cao, X. (2018). Analysis on the phase frequency characteristic of soil impedance. Energy and Power Engineering, 10(04), 17. https://www.scirp.org/html/83604_83604.htm
  6. Cooley, J. W., & Tukey, J. W. (1965). An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series. Mathematics of Computation, 19(90), 297-301. https://doi.org/10.1090/s0025-5718-1965-0178586-1
  7. Geidt, V. D., Geidt, L. V., Geidt, A. V., & Sheshukova, S. V. (2021, December). Effect of Deep Vibration on Physical State of Soil Being Changed. Civil Engineering and Architecture, 9(7), 2273-2277. https://doi.org/10.13189/cea.2021.090714
  8. Geokon. (2019). Instruction Manual 1150 (A-3) Borehole Extensometer. Отримано з https://www.geokon.com/content/manuals/1150_Borehole_Exto_Model_A3.pdf
  9. Herget, G. (1973, January). Variation of rock stresses with depth at a Canadian iron mine. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 10(1), 37-51. https://doi.org/10.1016/0148-9062(73)90058-2
  10. Jadid, R., Montoya, B. M., Bennett, V., & Gabr, M. A. (2020). Effect of repeated rise and fall of water level on seepage-induced deformation and related stability analysis of Princeville levee. Engineering Geology, 266, 105458.Engineering Geology, 266, 105458. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2019.105458
  11. Johnson, P. A., Zinszner, B., & Rasolofosaon, P. N. J. (1996, May 10). Resonance and elastic nonlinear phenomena in rock. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 101(B5), 11553-11564. https://doi.org/10.1029/96jb00647
  12. Lin, H. C., & Ye, Y. C. (2019, January). Reviews of bearing vibration measurement using fast Fourier transform and enhanced fast Fourier transform algorithms. Advances in Mechanical Engineering, 11(1), 168781401881675. https://doi.org/10.1177/1687814018816751
  13. Molénat, J., Davy, P., Gascuel-Odoux, C., & Durand, P. (2000, January). Spectral and cross-spectral analysis of three hydrological systems. Physics and Chemistry of the Earth, Part B: Hydrology, Oceans and Atmosphere, 25(4), 391-397. https://doi.org/10.1016/s1464-1909(00)00032-0
  14. Priya, S., Viehland, D., Carazo, A. V., Ryu, J., & Uchino, K. (2001, August). High-power resonant measurements of piezoelectric materials: Importance of elastic nonlinearities. Journal of Applied Physics, 90(3), 1469-1479. https://doi.org/10.1063/1.1381046
  15. Savchyn, I. (2018, January 18). Local geodynamics of the territory of dniester pumped storage power PLANT. Acta Geodynamica Et Geomaterialia, 41–46. https://doi.org/10.13168/agg.2018.0002
  16. Sidorov, I. S., Periy, S., & Sarnavskyj, V. H. (2015, December 11). Determination of the earth surface movements in areas of Dniester HPPS using satellite and ground geodetic methodsGEODYNAMICS. Geodynamics, 2(19)2015(2(19)), 15-25. https://doi.org/10.23939/jgd2015.02.015
  17. Sorensen, H. V., Jones, D., Heideman, M., & Burrus, C. (1987). Real-valued fast Fourier transform algorithms. IEEE Transactions on acoustics, speech, and signal processing, 35(6), 849-863. https://doi.org/10.1109/TASSP.1987.1165220
  18. State Service of Geology and Mineral Resources of Ukraine. (2021). State geological map of Ukraine on scale of 1:200,000 sheets M-35-XXVIII (Bar), M-35-XXXIV (Mohyliv-Podilskyi). Retrieved 2021, from https://www.geo.gov.ua/
  19. Takemiya, H. (2008, February). Analyses of wave field from high-speed train on viaduct at shallow/deep soft grounds. Journal of Sound and Vibration, 310(3), 631-649. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.09.056
  20. Tang, H., Wasowski, J., & Juang, C. H. (2019). Geohazards in the three Gorges Reservoir Area, China–Lessons learned from decades of research. Engineering Geology, 261, 105267.
  21. Thomson, D. (1982). Spectrum estimation and harmonic analysis. Proceedings of the IEEE, 70(9), 1055-1096. https://doi.org/10.1109/proc.1982.12433
  22. Ukrhydroenergo. (2023). https://uhe.gov.ua/filiyi/dyrektsiya_z_budivnytstva_dnistrovskoyi_haes
  23. Vainberg, A. I. (1993). Forces in the casing of the aggregate shafts of the Dnestrovsk water-storage electric power plant. Journal of Mining Science, 29(1), 27–31. https://doi.org/10.1007/bf00734327
  24. Zolfaghari, R., Shrivastava, Y., & Agelidis, V. G. (2012, March). A comparison between different windows in spectral and cross-spectral analysis techniques with Kalman filtering for estimating power quality indices. Electric Power Systems Research, 84(1), 128-134. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2011.10.017
  25. Zyhar, A., Savchyn, I., Yushchenko, Y., & Pasichnyk, M. (2021, June 29). Geodynamics. Geodynamics, 1(30)2021(1(30)), 17-24. https://doi.org/10.23939/jgd2021.01.017