Введение к работе
Актуальность темы. Участки разработки месторождений твердых полезных ископаемых характеризуются высоким уровнем воздействия на окружающую среду. Горнодобывающая промышленность часто вызывает значительные изменения всех компонентов природной среды вследствие механического, геохимического и гидрогеологического воздействия, а также их нелинейного взаимовлияния.
Основной целью создания системы комплексного геоэкологического мониторинга является оперативная оценка определенных параметров, связанных с интенсивностью и характером взаимодействия технической системы и природной среды, в окрестности критических значений.
В настоящее время отсутствует целостная теория разработки систем комплексного геоэкологического мониторинга. Для ряда задач найдены определенные решения (Семенов, 2005; Королев, 1995, 2007; Степановских, 2001; Бондарик и др., 1990), в основном, применительно к мониторингу отдельных компонентов природной среды, но, к сожалению, их полнота не достаточна для разработки принципов универсальной локальной системы комплексного мониторинга.
Целью данной работы является разработка теоретико-методических основ создания системы комплексного геоэкологического мониторинга (КГМ) для территории отработки месторождений твердых полезных ископаемых в лесной зоне на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
- Развитие научных основ и методов определения структуры информационно-
измерительной сети и размещения пунктов комплексного контроля;
- Обоснование подхода для определения оптимальной частоты контроля
показателей при ведении КГМ;
Разработка универсальной структуры базы данных системы КГМ;
Развитие методов обработки дистанционных данных при ведении КГМ;
- Апробация и внедрение системы КГМ на месторождении алмазов им. М.В.
Ломоносова.
Фактическим материалом проведенной работы являются данные, полученные автором в результате полевых и камеральных исследований 2004 - 2010 годах в процессе ведения дистанционного геоэкологического мониторинга на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова, а также при проектировании и обработке результатов функционирования локальной системы КГМ этого месторождения
Защищаемые положения.
-
Для определения мест размещения комплексных пунктов контроля системы мониторинга месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова необходимо использовать подход, базирующийся на учете трех факторов: дифференциации природных комплексов с исключенными свежими вырубками, миграционных потоков и их функционально-динамических зон, подтвержденных в результате геохимического опробования, а также антропогенно-очагового фактора. Участки расположения пунктов определяются на основе индикационного дешифрирования материалов аэрокосмической съемки путем выявления ландшафтной дифференциации территории, миграционных потоков, а также внутрикомплексного зонирования.
-
Для мониторинга геоэкологических показателей с квазипериодическим изменением на территории месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова целесообразно использовать адаптивную оптимальную частоту наблюдений: предлагается подход к разделению колебательного процесса и определению адаптивной оптимальной частоты для каждой фазы процесса.
-
При ведении комплексного геоэкологического мониторинга необходимо использовать универсальную, легко адаптируемую структуру базы данных, основой которой является подход, позволяющий оперировать данными, относящимися к иерархически соподчиненным геоэкологическим объектам. Структура БД реализована и апробирована в работе.
-
В системе комплексного геоэкологического мониторинга на территории месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова целесообразно использовать полуавтоматическую обработку данных дистанционных съемок, базирующуюся для анализа состояния природной среды на сочетании двух метрик оценки близости пикселей (метрика Евклида и Буняковского), а для анализа изменений -на интегральной обработке всей совокупности каналов разных сроков съемки на основе метода главных компонент.
Научная новизна работы обусловлена комплексом новых научных решений по научному обоснованию разработки системы комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых в лесной зоне.
Предложен подход разработки оптимальной структуры информационно-измерительной сети, основанный на совместном использовании пунктов контроля трех типов: комплексного, частного и индикаторного.
Для обоснования размещения комплексных пунктов контроля впервые предложен подход, базирующийся на учете (с помощью индикационного дешифрирования) трех факторов: дифференциации природных комплексов с
исключенными свежими вырубками, миграционных потоков и их функционально-динамических зон, а также антропогенно-очагового фактора.
Предложен новый подход к определению оптимальной частоты измерений на основе принципа адаптивной частоты. Частота определяется с помощью анализа допустимых вероятностей достижения критического уровня.
Впервые разработана и апробирована универсальная структура базы данных, применимая в системах комплексного геоэкологического мониторинга.
Предложены новые методические подходы интерпретации материалов космической съемки для оценки состояния и изменения природных и природно-техногенных систем.
Практическая ценность. Рассмотренные в диссертации подходы и решения могут быть применены в локальных системах мониторинга участков разработки твердых полезных ископаемых в лесной зоне, а также других типов месторождений. Локальная система комплексного геоэкологического мониторинга, основанная на разработанных в диссертации принципах и использующая разработанные методики, функционирует для месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова с 2004 г. Полученные результаты внедрены также в автоматизированной системе контроля оползневых процессов на объектах ОАО «Газпром Трансгаз Чайковский».
Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором лично и в соавторстве подготовлено 24 работы, в том числе 1 статья в рецензируемых журналах, 1 статья в зарубежном издании. Результаты и основные защищаемые положения работы докладывались на всероссийских и международных конференциях, в том числе: Сергеевские чтения 2004, 2007, 2008, 2009; Открытая встрече «Антропогенные причины и следствия глобального изменения окружающей среды», 2005; IX Международная ландшафтная конференция, 2006; «Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи», 2006; «Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем,» 2007; Международная конференция SGEM, 2008; Всероссийская конференция с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития», 2008; Геориск-2009; EngeoPro 2011.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю А.С. Викторову, директору ИГЭ РАН академику В.И. Осипову, сотрудникам лаборатории дистанционного мониторинга геологической среды ИГЭ РАН
О.Н. Трапезниковой, М.В. Архиповой, В.Н. Капраловой, А.А. Викторову, сотрудникам института Н. А. Румянцевой, К.И. Фесселю, П.В. Березину, а также руководству ОАО "Севералмаз» и главному экологу А.К. Иванову.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и четырех приложений. Объем работы составляет 230 страниц, включая 41 рисунок и 35 таблиц; библиографический список включает 145 наименований.
