Методы анализа геоэкологических проблем

     Из  этой схемы следует, что ее основными  частями являются блок контроля и блок управления, связанные между собой каналами передачи информации, а также автоматизированная информационная система (АИС) и система инженерной защиты [4]. 
 
 

     

     Рис. 1. Структурная схема мониторинга геоэкологической среды (по В.К. Епишину и В.Т. Трофимову, 1985) 

     Эта схема отражает и функциональную структуру мониторинга, которую также можно представить в виде сложной макросистемы, состоящей из нескольких систем различного назначения и функций (рис. 2) .

     Рис. 2. Общая структура мониторинга геологической среды 

     Основными в структуре мониторинга  геологической среды являются системы: функциональная, иерархическая, объектов мониторинга, производственных работ, научно-методических разработок и технического обеспечения мониторинга.

     В системе объектов мониторинга геологической  среды объединяются объекты наблюдений и объекты изучения мониторинга. Основными среди них являются главные компоненты геологической среды: почвы, горные породы и искусственные грунты; рельеф территории; подземные воды; геологические и инженерно-геологические процессы и явления. В соответствии с этими объектами (элементами) могут выделяться подсистемы, занимающиеся мониторингом лишь данного элемента геологической среды или его части: мониторинг подземных вод (гидрогеологический мониторинг), либо геоморфологический, либо экзогенных геологических процессов, либо почвенный и др. Внутри этих подсистем могут выделяться (в зависимости от целевого назначения) более узкие подподсистемы мониторинга.

     Следующим важным элементом структуры мониторинга  геологической среды является система производственных работ, составляющая производственную базу мониторинга. Эта система объединяет в себе различные источники получения информации о геологической среде. В нее входят все виды работ, которые используются при организации и проведении мониторинга: различные виды инженерно-геологических, гидрогеологических, геокриологических, геофизических и геоморфологических наблюдений; все виды съемочных работ, используемые в практике инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических исследований; различные работы по организации систем инженерной защиты; всевозможное моделирование геологической среды, ее элементов и ПТС (натурное, имитационное, математическое и др.)

     Другой  важнейший элемент структуры  мониторинга геологической среды составляет система научно-методических разработок. Назначение этой системы — разработка всего комплекса методик, используемых при планировании, организации и функционировании мониторинга, при проведении производственных работ, при анализе и оценке результатов наблюдений и, наконец, при прогнозировании и выдаче управляющих решений.

     Последним элементом структуры мониторинга геологической среды является система технического обеспечения. Эта система представляет собой техническую базу, с помощью которой осуществляется реализация всего мониторинга геологической среды. В техническое обеспечение входит: аппаратура для наблюдений и сбора первичной информации о состоянии геологической среды (всевозможные датчики, индикаторы, приборы для наблюдений); технические средства для полевых съемочных инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических исследований (буровые установки, передвижные инженерно-геологические и гидрогеологические лаборатории, передвижные геофизические станции, приборы для полевых испытаний и т.д.); автотранспорт; лабораторное оборудование для проведения лабораторных инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических исследований; вычислительные средства (ЭВМ) и средства связи и коммуникаций; оргтехника.

     Система АИС составляет основу организационной структуры мониторинга геологической среды (рис. 3) которая создается на базе ЭВМ.

     

     Рис. 3. Принципиальная схема структуры автоматизированной информационной системы (АИС) мониторинга геоэкологической среды 

     Задачи  АИС:

-хранение и поиск режимной информации о состоянии геологической среды и ПТС;

-целенаправленная постоянная обработка и оценка информации;

-выполнение перманентных прогнозов развития и состояния геологической среды;

-решение оптимизационных задач по управлению геологической        средой [6].

     Блоки АИС (В.К. Епишин и В.Т. Трофимов, 1985):

     1) автоматизированная информационно - поисковая система (АИПС)- в нее из наблюдательной сети поступают первичные данные о геологической среде территории или объекта мониторинга, они здесь накапливаются в банке данных, предварительно обрабатываются, сортируются и используются затем во всех последующих операциях по оценке и прогнозу состояния геологической среды.

     2) автоматизированная система обработки данных (АСОД)- реализует функцию количественной и качественной обработки всей информации по мониторингу геологической среды и тоже осуществляется с помощью ЭВМ.

     3) автоматизированная прогнозно-диагностическая система (АПДС)- с ее помощью решаются все вопросы по составлению перманентных (т.е. непрерывно продолжающихся, повторяющихся) прогнозов в соответствии с функциональной схемой мониторинга геологической среды.

     4) автоматизированная система управления (АСУ)- направленна на решение задач по управлению ПТС и разработку рекомендаций [4]. 

2.2 Методы изучения  техногенных изменений  геологической

среды 

2.2.1 Наблюдательные сети и программы наблюдений 

     Основу  системы сбора информации о геологической  среде в ходе мониторинга составляют так называемые наблюдательные сети. Наблюдательные сети мониторинга геологической среды призваны обеспечить всесторонний сбор достоверной информации о среде в целом и ее отдельных элементах.

     Основные  группы наблюдений:

     1) Инвентаризационные наблюдения - проводятся достаточно редко, через длительный срок, для того чтобы либо оценить начальное состояние геологической среды, либо оценить многолетние изменения геологической среды.

     2) Ретроспективные наблюдения - направлены на выявление тенденций развития геологической среды или ее компонентов и установление закономерностей их изменений.

     3)  Режимные стационарные наблюдения- наблюдения за динамикой процессов и явлений на наблюдательных стационарах — наблюдательных участках, точках, пунктах — в целях выявления их закономерностей и обусловленности. Они отражают определенные временные (ежегодные, сезонные, ежемесячные, суточные и др.) колебания в системе наблюдаемых объектов и процессов.

     4) Методические наблюдения - направлены на совершенствование методов мониторинга или на создание новых. С их помощью устанавливаются наиболее оптимальные сроки контроля наблюдаемых систем и их периодичность. Особенно велика роль методических наблюдений на начальной стадии организации наблюдательной сети мониторинга геологической среды.

     Для каждой сети наблюдений при организации  функционирующей системы мониторинга разрабатываются программы наблюдений. Они должны дать исчерпывающие ответы на вопросы; что, где, чем (как), с какой частотой и периодичностью наблюдать?

     1) «Что наблюдать?»- ответ дается в программе наблюдений, исходя из конкретного объекта мониторинга и его ранга. Наблюдения ведутся прежде всего за параметрами или элементами, являющимися ведущими для данной системы, определяющими ее характерные свойства и функционирование, а также наиболее значимыми в экологическом плане. Исходя из этого, выбирается наиболее оптимальный комплекс инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических и других показателей

     2) «Где наблюдать?» - каждая точка наблюдений представляет собой единичный пункт получения информации, а их комплекс — систему пунктов получения информации (СППИНФ). Главное в ее организации — учет характера пространственной изменчивости объектов геологической среды, изменчивости зонально-климатических факторов, а также источников техногенного воздействия. Анализ изменчивости показателей загрязнения геологической среды должен проводиться с учетом возможных миграционных путей загрязнений источника: атмосферных по ветру, атмосферных с осадками, поверхностных текущими водами, подземных грунтовыми водами и т.д.

     3) «Чем наблюдать?»- в качестве технических средств наблюдений используются приборы и оборудование, как для дистанционных, так и для наземных наблюдений. Главной проблемой при этом является подбор наиболее оптимального комплекса автоматизированных технических средств с учетом их надежности, стоимости, экономичности и т.д.

     4) «С какой частотой и периодичностью наблюдать?»- решение этого вопроса определяется учетом временной изменчивости геологической среды и ее объектов, а также временным режимом функционирования техногенных объектов [13]. 

2.2.2 Дистанционные методы  исследования 

     К ним относятся  две группы методов: 

     1) Аэрокосмические - основными видами дистанционных аэрокосмических методов исследования геологической среды являются фотосъемка (ФС), телевизионная (ТС), инфракрасная (ИКС), радиотепловая (РТС), радиолокационная радарная (РЛС) и многозональная съемка (МС).

     Среди дистанционных в системе мониторинга  геологической среды чаще всего используются методы аэрокосмического дешифрирования (ФС). При этом в зависимости от масштаба съемки могут применяться снимки различного масштаба.

     В настоящее время среди дистанционных  методов, успешно применяемых при мониторинге природной среды, в том числе геологической, является многозональная аэрофотосъемка (АФС) и многозональная аэрокосмическая фотосъемка (АКФС). Снимки выполняются в различных диапазонах спектра и в итоге получают своеобразный “спектральный образ” того или иного объекта геологической среды (почв, поверхностных грунтов, асфальтовых покрытий, инженерных сооружений, водной поверхности и др.)

     Среди дистанционных методов контроля большого количества объектов, расположенных на значительных площадях, особое место занимает тепловая съемка (ИКС), выполняемая в среднем и дальнем диапазонах инфракрасной области электромагнитного спектра. При этом регистрируется в основном собственное тепловое излучение, интенсивность которого определяется температурой и состоянием излучаемой поверхности.

     Радиолокационная  съемка (РЛС), выполняемая в СВЧ-диапазоне, позволяет получить более обширную информацию, чем тепловая съемка, но основные успехи применения этого метода также связаны с наблюдениями за изменениями влажности поверхностного слоя грунтов и почв и положения уровня грунтовых вод.

     2) Геофизические - среди них необходимо отметить методы непрерывного сейсмо- акустического профилирования, электрических зондирований, естественного электрического ноля, резистивометрии и термометрии. Особенно хорошо себя зарекомендовали различные передвижные геофизические комплексы, позволяющие с высокой эффективностью обследовать значительные территории за довольно короткое время [6] . 
 
 

     2.2.3 Эколого-геологическое  картирование территорий 

     М.С. Голицыным с соавторами (1990) эколого-геологическая карта рассматривается как картографическое отображение геологической среды и происходящих в ней процессов, оказывающих влияние на экосистемы и среду обитания человека с интегральной оценкой этого влияния и его динамики. Эколого-геологическая карта является комплексной, интегрирующей информацию ряда вспомогательных карт [12].

     В комплект эколого-геологических карт входят аналитические, оценочные и синтетические карты, отражающие сведения о состоянии геологической среды рассматриваемой территории. Аналитические карты характеризуют лишь отдельные параметры и процессы, например, концентрации отдельных поллютантов в почвах, подземных водах, донных осадках и т.д., карта гидроизогипс, гамма-поля и т.д. Синтетические (покомпонентные) карты отображают комплексные характеристики компонентов геологической среды (почв, пород зоны аэрации, подземных вод, ЭШ) — загрязнение подземных вод или почв, защищенность подземных вод от загрязнения, интенсивность проявления ЭГП и т.п. Количество синтетических карт и содержащаяся на них информация зависят от масштаба картографирования, специфики района исследований, однако принципы их составления должны быть едиными [8].