Impact of non-tidal atmospheric loading on civil engineering structures

Abstract

Проаналізовано висотний зсув ГНСС-пунктів великого інженерного об’єкта, спричинений неп- рипливним атмосферним навантаженням (NTAL). Об’єкти дослідження – Дністровська ГЕС-1 та її ГНСС-мережа моніторингу. Вихідними даними є RINEX-файли 14 ГНСС станцій Дністровської ГЕС-1 і вісім перманентних ГНСС-станцій у радіусі 100 км, модель NTAL, завантажена із репозиторію Німецького дослідницького центру геонаук GFZ за 2019–2021 рр., та матеріали щодо геологічної будови об’єкта. Методика передбачає порівняння та аналіз висотної складової часових рядів ГНСС з модель- ними значеннями NTAL й інтерпретацію їх геодинамічних зміщень, враховуючи аналіз їх геологічного розташування. У результаті встановлено, що пункти мережі Дністровської ГЕС-1 зазнають менших змін висоти, ніж перманентні ГНСС-станції у радіусі 100 км. Це відповідає різниці потужностей та щільності гірських порід під відповідними пунктами, тому вони зазнають різних пружних деформацій під впливом однакового навантаження NTAL. Окрім цього, виявлено різну динаміку зміщень пунктів на греблі та на берегах річки, що призводить до тріщин та деформацій у зоні контакту гребля – берег. Під час ано- мального впливу NTAL висоти навіть близько розташованих пунктів можуть змінитися, якщо геологічна будова під ними різна. У роботі показано, що для великих інженерних об’єктів варто застосовувати спеціальні моделі та поправки у високоточні інженерно-геодезичні виміри для урахування NTAL.

The paper analyzes the vertical displacements of the GNSS sites of civil engineering structures caused by non-tidal atmospheric loading (NTAL). The object of the study is the Dnister Hydroelectric Power Plant No. 1 (HPP-1) and its GNSS monitoring network. The initial data are the RINEX-files of 14 GNSS stations of the Dnister HPP-1 and 8 permanent GNSS stations within a radius of 100 km, the NTAL model downloaded from the repository of German Research Centre for Geosciences GFZ for 2019–2021, and materials on the geological structure of the object. Methods include comparison and analysis of the altitude component of GNSS time series with model values of NTAL as well as interpretation of the geodynamic vertical displacements, taking into account the analysis of the geological structure. As a result, it was found that the sites of the GNSS network of the Dnister HPP-1 undergo less vertical displacements than the permanent GNSS stations within a radius of 100 km. This corresponds to the difference in thickness and density of the rocks under the GNSS sites and stations, so they undergo different elastic deformations by the same NTAL. In addition, the research detected different dynamics of vertical displacements of GNSS sites on the dam and on the river banks. It leads to cracks and deformations of concrete structures in the dam-bank contact zones. During the anomalous impact of NTAL, the altitude of even nearby sites can change if the geological structure beneath them is different. The work shows that for civil engineering structures it is necessary to apply special models to take into account NTAL deformations for high-precision engineering and geodetic measurements.