Методы анализа геоэкологических проблем

     2.3.3 Понятия теории  управления 

     В системе мониторинга управление представляет собой заключительную цепь функциональных процедур. Под управлением обычно понимается целенаправленное воздействие на какую-либо систему, обеспечивающее получение определенных результатов, поддержание нужных режимов функционирования, а также сохранение и развитие структуры системы.

     Для надлежащего управления всегда требуется  информация, как о цели управления, так и о расхождении действительного  состояния объекта управления с желаемым. На основании переработки этой информации как раз и вырабатываются соответствующие управляющие воздействия, реализация которых должна перевести объект в надлежащее состояние. Таким образом, процессы получения информации об объекте, ее переработки, нахождения управляющих воздействий и обеспечение их реализации составляют основу управления.

     Конечной  целью мониторинга геологической  среды  является управление природно-технической системой путем регулирования режима ее работы, осуществляемого на базе прогнозирования ее развития, а там, где это невозможно, — создание системы инженерной защиты, предотвращающей или снижающей интенсивность развития тех или иных негативных инженерно-геологических процессов.

     Количественное  описание ПТС и системы управления в мониторинге геологической среды осуществляется с помощью “переменных” — величин, характеризующих систему и происходящие в ней процессы. В зависимости от поведения переменных величин в процессе управления ПТС различают два режима функционирования ПТС: установившийся и неустановившийся. Если переменные величины перестают изменяться во времени, то данная ПТС находится в установившемся режиме. Переходный процесс возникает, когда под влиянием управляющих или возмущающих переменных ПТС переходит от одного установившегося режима к другому. Установление типа режима функционирования ПТС является одной из важнейших задач мониторинга геологической среды, поскольку режим ПТС определяет прогноз ее состояния в будущем.

     В идеальном варианте процесс управления ПТС в системе мониторинга должен строиться на базе алгоритмизации. В этом случае возможно создание автоматизированной системы управления (АСУ), схема которой в структуре мониторинга показана на рис.5. Алгоритмизация управления основана на использовании специальных алгоритмов выбора управляющих воздействий в зависимости от параметров ПТС и геологической среды, их текущего состояния и цели управления. При этом самоуправление в принципе может осуществляться человеком (оператором) или без участия человека (автоматически) [15].

     Рис. 5. Схема автоматизированной системы управления в структуре мониторинга геологической среды 

2.4 Особенности организации мониторинга при различных видах хозяйственного освоения территории 

     Мониторинг  в районах развития горнодобывающей  и перерабатывающей промышленности:

     Негативные  процессы при открытых горных работах: отчуждение земель под карьеры и отвалы пустой породы; нарушение гидрогеологических условий с формированием депрессионных воронок, смешением вод разного состава, истощением запасов подземных вод и т.д.; изменение ландшафта территории; изменение напряженного состояния массивов горных пород и активизация склоновых процессов. Отсюда следует, что при организации мониторинга геологической среды в районах открытых разработок наблюдательная сеть должна быть направлена на мониторинг подземных вод, на наблюдения за устойчивостью бортов карьеров и отвалов пород, на наблюдения за различными возможными видами загрязнения горных пород, почв и ландшафта в целом.

     Негативные  процессы при подземном способе разработки полезных ископаемых: изменения гидрогеологических условий (режим, химический состав, температура); вовлечение в оборот агрессивных и минерализованных сбросных подземных вод; изменение напряженного состояния горных пород в глубине массивов (формирование горных ударов, вывалов, обрушений кровли, мульд проседания); изменение ландшафта.

     Негативные  процессы при извлечении полезных ископаемых скважинами: изменение гидрогеологических условий (режим, химический состав) территории, включая глубокие водоносные горизонты; изменение напряженного состояния пород; поверхностное химическое загрязнение ландшафта и его изменение.

     Негативные  процессы при геотехнологическом извлечении полезных ископаемых: изменение напряженного состояния пород (формирование мульд проседания, карста и т.д.); изменение термического режима массивов пород; изменение гидрогеологических условий; изменение ландшафта и его химическое загрязнение.

     Негативные  процессы при разработке горнорудных и угольных месторождений: изменение рельефа, нарушение пород, меняется гидрогеологический режим, формируются те или иные инженерно-геологические процессы; происходит отчуждение земель на значительных площадях.

     Промышленные  сточные воды — это жидкие отходы промышленного производства, содержащие различные химические вещества. Попадая тем или иным путем в геологическую среду, сточные воды загрязняют ее различными компонентами. В связи с этим они должны находиться в сфере повышенного внимания в системе мониторинга геологической среды.

     Одним из самых серьезных воздействий, оказываемых на геологическую среду в районах нефтяных и газовых месторождений, а также нефтеперерабатывающих предприятий, является химическое загрязнение следующих основных видов: углеводородное загрязнение; засоление пород и подземных вод минерализованными водами и рассолами, получаемыми попутно с нефтью и газом; загрязнение специфическими компонентами, в том числе сернистыми соединениями. Загрязнение пород, поверхностных и грунтовых вод часто сопровождается истощением естественных запасов подземных вод. В наблюдательной сети мониторинга геологической среды районов нефтегазовых месторождений одна из основных нагрузок падает на геохимические наблюдения, контроль загрязнений.

     Среди физических нарушений геологической  среды в районах нефте- и газодобычи следует отметить проявления просадок, оседаний и провалов земной поверхности, а также подтоплений. Возможное развитие этих негативных инженерно-геологических процессов также должно являться предметом изучения в системе мониторинга геологической среды.

     Мониторинг  районов горнодобывающей  и перерабатывающей промышленности должен быть комплексным, учитывающим способы добыча полезных ископаемых  и их переработку, а также особенности изменений геологической среды и охватывать все системы объектов наблюдения, контроля и управления. При организации мониторинга геологической среды в районах крупных гидротехнических сооружений в первую очередь необходимо учитывать их конструктивные особенности и размещение. В зоне влияния водохранилищ возникает комплекс неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений, которые должны быть в центре внимания наблюдательной сети мониторинга.

     При организации мониторинга  геологической среды необходимо учитывать и не менее важные изменения, которые происходят в самом массиве горных пород прежде всего в основании плотины и гидротехнических сооружений при их строительстве и эксплуатации. 

     Мониторинг  территорий городских  агломераций:

     Основными тенденциями антропогенного изменения рельефа  территорий городов являются: выравнивание поверхности (планировка рельефа), достигающее значительных площадей; уничтожение микрорельефа (балок, русел ручьев и мелких рек, овражной сети и др.); уменьшение глубины и густоты расчленения рельефа; снижение уклонов поверхности рельефа.

     При интенсивной эксплуатации подземных  и поверхностных вод формируются глубокие депрессионные воронки, происходит изменение гидрохимического режима подземных вод и их загрязнение.

     Статическое механическое воздействие от сооружений — уплотнение грунтов оснований приводит к формированию вокруг каждого здания и сооружения осадочной воронки, глубина которой колеблется от 1 до 600 см, (чаще 10-20 см).

     Длительное  динамическое воздействие на грунты может приводить к нарушению  твердого покрытия магистралей, к деформациям  и разрушению фундамента зданий вблизи магистралей и рельсовых путей. В зависимости от типа грунтов  вибрационное воздействие на них  может приводить к снижению сопротивления сдвигу, разрушению структурных связей, разжижению и другим негативным процессам, которые должны учитываться в наблюдательной сети мониторинга.

     Тепловое  загрязнение приводит к  изменению  содержания газовой составляющей подземных вод, к увеличению агрессивности грунтов, к развитию микрофлоры и активизации микробиологических процессов, к изменению ряда свойств глинистых пород.

     Город оказывает сильное геохимическое  воздействие на геологическую среду, выражающееся в перераспределении  - концентрировании и рассеивании — огромных масс химических веществ и элементов как природного, так и техногенного происхождения. Самым значимым проявлением этого перераспределения является химическое загрязнение компонентов геологической среды: почв, грунтов, подземных вод. Это вызывает необходимость при организации мониторинга геологической среды самого пристального внимания к химическому и другим видам техногенного загрязнения.

     В городах развивается и биологическое загрязнение (в основном микробиологическое) грунтов и подземных вод.  В результате развития микроорганизмов в условиях интенсивного загрязнения геологической среды возникают различные негативные явления.

     При организации наблюдательной сети мониторинга  за микробиологическими процессами на первом этапе исследований, сопоставляя условия жизнедеятельности микроорганизмов с физико-химической обстановкой среды их обитания, можно составить карту-схему для территории города с выделением на ней возможных микробиологических процессов.

     Для  создания обоснованной системы мониторинга городской территории должна быть последовательно выполнена серия операций, включающая: анализ инженерно-геологических условий территории города и ее типизацию; анализ и типизацию техногенного воздействия; выявление характера и интенсивности изменений геологической среда и ее компонентов; оценку количественных показателей состояния геологической среды и ее изменения.  

     Мониторинг  районов сельскохозяйственного  освоения:

     С сельскохозяйственной деятельностью в  основном связаны  такие  техногенные  воздействия на геологическую  среду, как:

     -химическое загрязнение почв, горных пород, подземных вод, возникающее за счет избыточного внесения гербицидов, пестицидов, удобрений, использования ядохимикатов;

     -биохимическое  и микробиологическое загрязнение  почв, грунтов и подземных вод  за счет складирования кормов, силосных ям, избыточного внесения навоза, неправильного его хранения, утечек сточных вод на животноводческих фермах, земледельческих полей орошения и т.д.;

     -искусственные  поливы, вызывающие подтопление  территорий или вторичное засоление  почв и грунтов, нарушающие  гидрогеологический режим;

     -эрозия  и деградация почв, провоцируемая  как неправильными агротехническими приемами, так и другими антропогенными факторами, в частности перевыпасом скота и т.п.

     Общий перечень задач, стоящих  перед почвенным  мониторингом, достаточно широк. На современном этапе главными из них, согласно Г.В. Добровольскому, В.А. Ковде, Л.А. Гришиной, Д.С. Орлову, В.Д. Васильевской и др., являются:

     -своевременное  (раннее) обнаружение неблагоприятных  изменений свойств почв и почвенного покрова при различных видах его использования, а также при развитии естественного почвообразовательного процесса;

     -контроль  за состоянием почв по сезонам  года (динамика свойств) под сельскохозяйственными  культурами для выдачи своевременных  рекомендаций по применению регулирующих мероприятий;