Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические и методологические основы оценки водных ресурсов 10
1.1. Теория и методология в изучении водных ресурсов 10
1.2. Гидроэкологические методы исследования водных ресурсов 12
Глава 2. Природные и антропогенные факторы формирования водных ресурсов Белгородской области 24
2.1. Природные факторы формирования водных ресурсов 24
2.1.1. Географическое положение 24
2.1.2 Геологическое строение и рельеф 28
2.1.3 Гидрогеологические условия 30
2.1.4 Климатические условия 34
2.1.5 Почвенный и растительный покров 45
2.2 Антропогенные факторы и их влияние на режим и качественное состояние поверхностных и подземных вод 53
2.2.1. Понятие об антропогенных факторах 53
2.2.2. Влияние антропогенного фактора на режим поверхностных и подземных вод 57
2.2.3. Влияние антропогенного фактора на качество поверхностных и подземных вод 68
Глава 3. Применение ГИС-технологий для решения природоохранных задач ... 84
3.1 Геоинформационное обеспечение гидроэкологических исследований 84
3.2. Существующие базы данных для оценки состояния поверхностных и подземных вод 87
3.3. Бассейновый и территориально-административный подходы при оценке водных ресурсов з
Глава 4. Региональная модель управления водными ресурсами 109
4.1 Предлагаемые подходы к построению картографической модели 109
4.2. База данных, используемая при построении геоинформационной системы 116
4.3. Решение практических задач с использованием разработанной ГИС-технологии 120
Заключение 130
Литература
- Гидроэкологические методы исследования водных ресурсов
- Гидрогеологические условия
- Существующие базы данных для оценки состояния поверхностных и подземных вод
- Решение практических задач с использованием разработанной ГИС-технологии
Введение к работе
Актуальность исследования. Для оценки состояния водных ресурсов в целях устойчивого развития страны и отдельных ее регионов необходимо иметь достаточно полные и современные данные о запасах качественной воды, об условиях формирования гидрологического режима водных объектов и их экологическом состоянии, а также о возможном изменении их запасов под влиянием природных и антропогенных факторов. Интенсивное развитие компьютерной техники и информационных технологий в последнее время позволяет получить нужные характеристики о запасах водных ресурсов и экологическом состоянии водных объектов с помощью географических информационных систем (ГИС) для своевременного принятия управленческих решений по рациональному использованию водных ресурсов конкретного региона полнее и быстрее по сравнению с традиционными методами.
Белгородская область принадлежит к числу регионов России с ограниченными ресурсами местного поверхностного и подземного стока при крайне высоком уровне сельскохозяйственного, промышленного и коммунально-бытового водопо- требления. Потенциальная водообеспеченность на одного жителя по суммарным водным ресурсам, особенно в маловодные годы, составляет 1000-1500 м в год, что по международной классификации является очень низкой или критически низкой водообеспеченностью.
В последние годы в результате интенсивного освоения региона происходит усиление антропогенной нагрузки на окружающую природную среду, что приводит к значительному ухудшению качественного состояния подземных вод. К тому же, подземные воды являются единственным источником питьевого, бытового и большей частью промышленного водоснабжения Белгородской области, что еще в большей степени усугубляет водную проблему исследуемой территории.
Оценка природного потенциала водных ресурсов Белгородской области, факторов формирования их экологического состояния, поиск алгоритмов оптимизации рационального водопользования с применением современных методов ГИС-технологий обусловливает актуальность темы исследования.
Цель работы - разработка принципов и методов комплексной оценки гидрологического и гидроэкологического состояния водных объектов и организации информационной поддержки для оптимизации водохозяйственной ситуации и обеспечения гидроэкологической безопасности региона. Поставленная цель предопределила решение следующих задач:
-
уточнить характеристики природных и антропогенных составляющих качества водных ресурсов Белгородской области;
-
провести анализ современной водохозяйственной ситуации и различных видов водопользования на территории региона;
-
рассмотреть способы оптимизации экологического состояния гидросистем региона;
-
составить базы цифровых географических и тематических данных региона для определения физико-географических и гидрографических характеристик;
5) разработать программное обеспечение, уточнить базу данных характеристик и использования водных объектов региона, нормативных, справочных и архивных данных мониторинга с целью информационной поддержки принятия решений при комплексном управлении водными ресурсами и водоохранном природопользовании.
Объектом исследования являются водные ресурсы Белгородской области.
Предметом исследования являются природные и антропогенные процессы, влияющие на условия водопользования в Белгородской области.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
-
уточнена роль климатических и антропогенных параметров формирования гидрологического режима поверхностных и подземных вод региона;
-
определены и систематизированы природные и антропогенные источники формирования химического состава и качества поверхностных и подземных вод на территории Белгородской области;
-
впервые проведен кластерный анализ системы водопользования в Белгородской области;
-
предложена структура комплексного обеспечения информационной поддержки принятия решений при проведении мониторинга поверхностных и подземных вод Белгородской области и комплексном управлении водными ресурсами (КУВР).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
-
-
Современная водохозяйственная ситуация в Белгородской области характеризуется низким уровнем водообеспеченности, которая обусловлена ограниченными запасами природных вод и высоким водопотреблением в связи с индустриально-аграрным характером освоения территории.
-
Современное водопользование Белгородской области характеризуется тем, что различные объекты водохозяйственной системы (ЖКХ, промышленность, водно-бальнеологические объекты водопользования) используют подземные воды, а гидромелиоративные, рыбохозяйственные, водно-рекреационные объекты водопользования - поверхностные водные ресурсы.
-
Уточнение базы данных по водным ресурсам Белгородской области с учетом изменяющейся водохозяйственной ситуации на основе ГИС- технологий.
-
Алгоритм создания специализированной региональной ГИС «Водные ресурсы и их рациональное использование» для комплексного управления водными ресурсами и планирования природоохранных мероприятий.
Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили труды ведущих отечественных ученых М.И. Львовича, В.Г. Глушкова, А.И. Субботина, Г.П. Калинина, И. А. Шикломанова,
-
-
-
-
Б. Авакяна, Н.И. Коронкевича, Н.И. Алексеевского, А.Г. Курдова,
-
М. Смольянинова, В.Н. Жердева и др., занимавшихся теоретическими и методологическими вопросами охраны и рационального использования водных ресурсов, а также научные разработки исследователей в области практического
использования ГИС-технологий для принятия управленческих решений в сфере водных ресурсов: С.В. Павлова, Н.Н. Бобровицкой, М.С. Богдановой, Е. В. Орловой и др.
Исходные материалы и методы исследования. Информационную базу исследования составили фондовые материалы Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета, отдела водных ресурсов по Белгородской области ДБВУ, ФГУ «УЭ Белгородского водохранилища», Белгородского территориального центра государственного мониторинга геологической среды и водных объектов, Федерального агентства по недропользованию и литературные источники. Сбор, обработка и анализ данных о современном гидроэкологическом состоянии поверхностных и подземных вод Белгородской области проводились с использованием стандартных программно-инструментальных средств: MS Excel, Statistica, СУБД InterBase, Delphi, программного продукта БелГИС и оригинального программного обеспечения для построения оценки гидрологических и гидрохимических характеристик и природного потенциала водных ресурсов Белгородской области и определения алгоритмов оптимизации рационального водопользования.
В диссертационном исследовании использованы методы системного анализа, моделирования, теории принятия решений, баз данных, экологического картографирования, а так же общие и частные методики гидрологии, гидрохимии, были проведены имитационные эксперименты и географические исследования.
Личный вклад автора. Уточнена и систематизирована современная водохозяйственная структура Белгородской области с учетом меняющихся природных и антропогенных факторов. Разработан алгоритм использования геоинформационных технологий в системах поддержки принятия решений при управлении водными ресурсами, что подтверждается полученными автором диссертации Свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программная система поддержки принятия решений для управления деятельностью экологических служб» №3855 от 28.09.2011 и актами внедрения научно-производственных организаций НПО «Экотон», Белгородского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Белгородского территориального центра государственного мониторинга геологической среды и водных объектов, отдела водных ресурсов по Белгородской области Донского бассейнового водного управления. Кроме того, результаты диссертационных исследований использовались при подготовке учебного пособия «Исследование малых водных объектов и их экологического состояния» (Белгород, 2012).
Практическое значение работы. Полученные результаты являются основой гидроэкологической оценки состояния поверхностных и подземных вод региона и могут служить базовой составляющей при решении задач по обеспечению питьевой водой населения, определении приоритетности водоохранных мероприятий, подготовки программ по оздоровлению окружающей среды в регионе, а также своевременного принятия управленческих решений в области рационального использования водных ресурсов в условиях возрастающего техногенного пресса на водные объекты, регионального и глобального изменения климата.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на международных, всероссийских и региональных научных и научно-практических конференциях: IV Всероссийской научно-практической конференции: Краеведческие аспекты географических исследований и образования, г. Пенза, 2008; III Международной научной конференции: Новые технологии в рациональном природопользовании; Инженерно-экологические проблемы недропользования, г. Белгород, 2008; V Всеукраинской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Молодые ученые - географической науке. Киев, 2009; IV международной научной конференции: Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах, Москва-Белгород, 2010; Всероссийской молодежной школы- семинара: Современные проблемы географии и гидрологии суши, Москва, 2010; Международной научно-практической конференции: Регион - 2010: стратегия оптимального развития, Харьков, 2010; VI Всеукраинской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: Молодые ученые — географической науке, Киев, 2010; 2-ой Международной научно-технической конференции «Компьютерные науки и технологии», 3-5 октября 2011, г. Белгород.
Результаты исследования освещены в 18 научных публикациях, в том числе в 8 статьях из перечня ВАК РФ и одном учебном пособии.
При непосредственном участии автора полученные результаты исследований были использованы в выполнении Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.» (госконтракт №П1101 от 02.06.2010 г. «Моделирование территориальных рекреационных систем староосвоенных регионов в целях оздоровления водных объектов и развития сельского туризма (на примере Белгородской области)», а также при выполнении программы Участника молодежного научно- инновационного конкурса («У.М.Н.И.К.») по теме: «Разработка технологии хранения и обработки информации в системах поддержки принятия решений при рациональном природопользовании» (с 2008 по 2011 гг.).
Достоверность результатов работы достигается корректной постановкой решаемых задач гидроэкологической оценки водных ресурсов региона, репрезентативностью исходных фактических данных Росгидромета РФ, использованием апробированного математического аппарата и методов ГИС-технологий.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы - 162 страницы, включая 16 таблиц, 34 рисунка и 2 приложения. Список литературы содержит 191 наименование.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.г.н., профессору А.Г. Корнилову, а также к.г.н. доценту М.Г. Лебедевой за всестороннюю помощь в ходе написания работы, директору ТЦ «Белгородгеомонито- ринг» А.И. Спиридонову, начальнику отдела водных ресурсов по Белгородской области Донского бассейнового водного управления Ю.Г. Атанову за предоставленные возможности использования фондовых материалов и оказанную помощь в их обработке.
Гидроэкологические методы исследования водных ресурсов
Устойчивое развитие региона возможно только за счет разумной эксплуатации его природно-ресурсного потенциала. Белгородская область относится к числу динамично развивающихся староосвоенных регионов с интенсивной антропогенной нагрузкой на окружающую среду. Наиболее уязвимыми природными ресурсами являются водные объекты. В последние десятилетия усилилась роль природных факторов (климатические изменения) и хозяйственной деятельности человека [10, 46, 70, 71, 73, 87, 169].
По оценкам специалистов Государственного Гидрологического института на территории Белгородской области уже в ближайшие годы может сформироваться острый дефицит водных ресурсов. Причиной является преобладание в регионе малых рек и интенсивная антропогенная нагрузка. Регион, по потенциальной водообеспеченности на одного жителя и суммарным водным ресурсам, относится к территориям с экстремально низкими условиями. Водообеспечен-ность территории Белгородской области в маловодные годы (1000-1500 м3 в год на одного человека) по международной классификации рассматривается как очень низкая или критически низкая водообеспеченность [178].
Оценить современное состояние водных объектов возможно по следующим направлениям, рекомендованным приказом Министерства природных ресурсов Российской федерации от 04.07.2007 г. №169 [103]:
Определение основных природных факторов, влияющих на формирование состояния и доступность водных ресурсов для использования. Оценка вероятности наступления природных событий, вызывающих наводнения, засухи и другие виды вредного воздействия вод. Для решения подобного рода задач, осуществляется сбор физико-географической, гидрологической, гидрогеологической и гидрометеорологической информации по водосбору и водным объектам рассматриваемых речных бассейнов [18, 31, 32, 62,139, 140].
Для этих целей определяются характеристики рельефа и ландшафтов реч и ного бассейна с учетом густоты речной сети, лесистости, заболоченности, типов почв. На данном этапе обязательно привлечение картографических материалов. Следующим этапом является обобщение сведений по гидрологической и гидрогеологической изученности речного бассейна на основе существующих и действующей ранее сетей наблюдения [36, 77, 115, 173, 174, 189].
В последующем формируется база данных гидрологических и морфомет-рических характеристик поверхностных водных объектов и гидрогеологических характеристик подземных водных объектов [113].
Существующая антропогенная нагрузка на водные объекты делает не обходимым изучение и обобщение информации по гидрохимическим и гид робиологическим характеристикам водных объектов [61, 63, 74, 75, 98, 111, 180, 182]. Данный вид исследования предполагает разработку целевых показателей качества водных объектов при проведении сельскохозяйственных мероприятий, промышленного и энергетического использования водных ресурсов и объектов речного бассейна, использование водных ресурсов в коммунально-бытовых целях, для рекреации, для реализации транспортных потоков, для обеспечения режима ООПТ [104, 184, 187].
Возможность использования водных объектов и разработка мероприятий по повышению эффективности их использования, возможностей защиты от негативного воздействия вод и разработка соответствующих мероприятий основывается на информации о водохозяйственной инфраструктуре конкретного речного бассейна, включая характеристики систем перераспределения речного стока, водозаборов подземных вод, систем водоотведения и др. [80, 100, 147].
Анализ социально-экономических аспектов использования водных объектов, разработка мероприятий по повышению эффективности управления использованием и охраной водных объектов, экономической оценки водохозяйственных мероприятий, а также мероприятий, направленных на сохранение и восстановление водных объектов и достижение целевых показателей качества воды для последующего определения объемов финансовых ресурсов с целью оздоровления водных объектов [28, 91, 108].
Схема региональных гидроэкологических исследований предусматривает изучение концентраций различных загрязняющих веществ, присутствующих в водной среде [2, 11, 13, 14, 84,148].
Загрязненность водоемов и водотоков характеризуется сложной временной динамикой и зависит от: -интенсивности поступления поллютантов в водоемы; -скорости процессов самоочищения и осаждения; -объема водной массы, характера и скорости ее движения. Исследование и картографирование самоочищения поверхностных вод может выполняться на качественном или количественном уровне [57, 58, 160]. Первый вид используется в мелко- и среднемасштабных оценочных работах, выполняемых для больших территорий. Второй вид применяется при крупномасштабных исследованиях, посвященных анализу конкретных ситуаций, прогнозированию последствий возможных и реальных случаев загрязнения.
Качественное исследование и картографирование условий самоочищения включает подразделение водных объектов на ряд категорий по параметрам, определяющим условия самоочищения: - интенсивности перемешивания; - температурам воды в летние месяцы; - условиям разбавления загрязняющих веществ.
Гидрогеологические условия
Геологическое строение. Территории Белгородской и Курской областей расположена в пределах Восточно-Европейской (Русской) платформы - крупнейшего устойчивого блока земной коры материкового типа, имеющего древний, докембрийский возраст. За несколько миллиардов лет платформа прошла сложный путь геологического развития. В геологическом строении области, как и всей территории КМА, принимают участие два вещественно-структурных комплекса, сформировавшихся в разное время [117].
На первом, докембрийском, этапе образовалось жесткое кристаллическое основание - фундамент платформы, который осложнен крупным тектоническим поднятием, получившим название Воронежкой антеклизы. Северовосточная часть Белгородской области приурочена к сводовой части антеклизы, а остальная территория располагается на ее юго-западном и южном склонах. В сводовой, наиболее приподнятой части Воронежской антеклизы, горные породы кристаллического фундамента характеризуются близким залеганием к земной поверхности (100-200 м). Верхняя часть кристаллического массива не представляет ровной поверхности, а осложнена серией относительно узких гряд, приуроченных к выходам железистых кварцитов (Старый Оскол). Поверхность кристаллического фундамента резко погружается в юго-западном направлении. Глубина залегания кристаллических пород у юго-западных границ Белгородской области составляет более 950 м.
На втором этапе поверх кристаллического фундамента образовалась мощная толща осадочных пород, которая носит название осадочного чехла. Рассмотрим особенности геологического строения этих двух структурных ярусов Восточно-Европейской (Русской) платформы в пределах Белгородской области.
Кристаллические породы докембрийского фундамента перекрыты чехлом субгоризонтально залегающих осадочных пород палеозойского, мезозойского и кайназойского возрастов. Минимальные мощности (60-70 м) осадочного комплекса находятся в северо-восточной части Белгородской области, в районе ныне эксплуатируемых железорудных месторождений Оскольского рудного района. В этом районе наблюдается максимальный подъем Воронежского кристаллического массива. Его поверхность залегает на абсолютной отметке +60 -+70 м. Отсюда в юго-западном направлении, в сторону Днепровско-Донецкой впадины, происходит погружение кристаллического фундамента в среднем 7,5 м на 1 км. В районе границы Белгородской области с Харьковской областью Украины его глубина залегания достигает абсолютной отметки 900 м. При этом мощность осадочного чехла увеличивается до 1200 м.
Рельеф. Белгородская область располагается в пределах юго-западного склона Среднерусской возвышенности, являющейся частью Восточно-Европейской (Русской) равнины. В геоморфологическом отношении Среднерусская возвышенность представляет собой эрозионно-денудационную возвышенность с увалистым и холмисто-увалистым рельефом с абсолютными высотами от 200 до 270 м. Возвышенность густо расчленена реками бассейнов Дона, Сейма и Северского Донца. Эти реки вместе с причлененными к ним балками и логами образуют сложную и разветвленную глубоковрезанную сеть с множеством живописных междуречий и межбалочных увалов и холмов, ограниченных крутыми склонами. Долинно-балочная сеть осложнена бурным ростом оврагов. Этому способствуют: повсеместное распространение лессовидных суглинков, склоновый тип местности, длительное и интенсивное сельскохозяйственное освоение территории. К вершинам балок и оврагов часто приурочены циркооб-разные оползни.
Главная водораздельная возвышенность области - Сеймско-Северскодонецкая гряда, простирающаяся в направлении с северо-востока на юго-запад и имеющая ряд ответвлений. Средняя высота гряды - 200-250 м. Максимальная высотная отметка (276 м) расположена вблизи поселков Оль-ховатка и Истобное Губкинского района. Между реками Северский Донец и Оскол в направлении с севера на юг простирается Старооскольский отрог. От него в юго-западном направлении берут начало несколько узких междуречных возвышенностей, разделяющих долины рек Волчья, Нежеголь, Короча, Корень.
В западной части области от главной водораздельной возвышенности отходят еще два крупных отрога, простирающиеся между реками Псёл и Ворскла, Ворскла и Северский Донец.
К востоку от р. Оскол, в левобережной его части, располагается ряд второстепенных (Заоскольских) междуречных поднятий, из которых наиболее крупные: Новооскольское (между реками Потудань и Тихая Сосна) и Валуй-ское, охватывающее водораздельное пространство между реками Валуй - Тихая Сосна, Черная Калитва - Айдар.
Междуречные пространства разделяются речными долинами, сформированными еще в доледниковое время и представленными понижениями рельефа субмеридионального (бассейны рек Оскол, Северский Донец, Айдар) и субширотного (Тихая Сосна, Черная Калитва, Ворскла, Потудань) простирания.
Восточная часть области частично располагается в пределах Придонской возвышенной равнины. В целом вся территория области имеет общий уклон поверхности в южном и юго-западном направлениях.
Существующие базы данных для оценки состояния поверхностных и подземных вод
Основными источниками загрязнения окружающей среды на территории Белгородской области являются выбросы и сбросы загрязняющих веществ от промышленных, топливно-энергетических, транспортных, сельскохозяйственных и других предприятий и организаций, от автомобильного транспорта, а также отходы производства и потребления.
Территория Белгородской области характеризуется значительной техногенной нагрузкой на гидрогеологическую систему, прежде всего на подземные воды, являющиеся единственным источником питьевого водоснабжения населения области.
Так, при оцененных прогнозных ресурсах пресных подземных вод -2200 тыс. м3/сут., по отчетным данным ежесуточно на территории области извлекается около 756 тыс. м3, причем около 40 % составляют дренажные воды 4-х железорудных горнодобывающих предприятий: Лебединского и Стойленского ГОКов, шахты комбината «КМАруда» (шахта им. Губкина) и Яковлевского рудника.
В целом состояние техногенной нагрузки на гидрогеологическую систему области за отчетный год по сравнению с предшествующим не претерпело существенных изменений и по имеющимся данным основными факторами техногенного воздействия на подземные воды на территории области являются следующие: 1. Отбор подземных вод и сброс стоков в различного типа гидротехнические объекты; 2. Формирование в водоносных горизонтах депрессионных воронок и куполов растекания; 3. Загрязнение подземных и поверхностных вод за счет влияния полей фильтрации, отстойников и полей орошения стоками животноводческих комплексов, хвостохранилищ и других гидродинамически активных объектов загрязнения гидрогеологической системы.
Имеются данные о проявлении обширных загрязнений подземных вод за счет неблагоустроенных селитебных зон сельского типа, не нормативно обустроенных городских селитебных и промышленных зон, полигонов захоронения и свалок бытовых и промышленных отходов, крупных навозохранилищ, нефтебаз и складов горюче-смазочных материалов, складов ядохимикатов и удобрений и других объектов. Гидрохимический фон территории может явиться основой экологического нормирования качества воды [3].
Нами были проанализированы данные о влиянии предприятий горнодобывающей промышленности на водные объекты Белгородской области.
ООО «Металл-групп. Яковлевский рудник» располагается на севере Белго-род-Шебекинского промышленного района, в 25 км севернее г. Белгорода на западной окраине п. Яковлево в верховьях реки Ворскла. Здесь подземным (шахтным) способом производится отработка Яковлевского месторождения железных руд.
Гидрогеологические условия Яковлевского месторождения характеризуются значительной сложностью, наличием в разрезе девяти водоносных горизонтов, разделенных на два водоносных комплекса.
Основными водоносными комплексами, принимающими участие в обводнении месторождения, являются нижнекаменноугольный и архей-протерозойский.
Нижнекаменноугольный водоносный комплекс развит повсеместно и приурочен к толще известняков, переслаивающихся, особенно в нижней части, со сланцевыми и углистыми глинами.
Нижнекаменноугольный водоносный комплекс по данным опытных работ гидравлически связан с архей-протерозойским водоносным комплексом. Однако наличие глинистых отложений в подошве каменноугольных пород мощностью от 0,2 до 31,0 м и плотных переотложенных руд и карбонатизиро-ванных бокситовых образований в кровле архей-протерозойской толщи мощностью до 60 м, затрудняет взаимосвязь горизонтов.
Архей-протерозойский водоносный комплекс приурочен к горным породам трещиноватой зоны коры выветривания докембрийских кристаллических образований и отложениям зон тектонических нарушений, представленных непосредственно богатыми железными рудами, железистыми кварцитами и сланцами.
В настоящее время основной водоприток к шахте осуществляется из ар-хей-протерозойского водоносного комплекса. На участке ведения горных работ в результате выполнения дренажных мероприятий, архей-протерозойский водоносный комплекс осушен.
По данным наблюдений суммарный фактический водоприток к шахте в течение 2009 года практически не изменился по сравнению с предыдущим годом. Среднегодовой общий водоприток к подземным горным выработкам в 2009 г. составил 452 м3/час (10848 м3/сут).
Локальная наблюдательная сеть для наблюдений за режимом подземных вод состоит из 9 наблюдательных скважин, из которых 4 скважины оборудованы на архей-протерозойский водоносный комплекс и 5 скважин - на нижнекаменноугольный водоносный комплекс.
В результате работы дренажной системы шахты, а также разгрузки подземных вод горными выработками в 2009 году отмечается дальнейшее снижение уровня подземных вод в архей-протерозойском водоносном комплексе от 1,92 до 4,25 м за год. Таким образом, за время работы рудника, уровень подземных вод архей-протерозойского водоносного комплекса в пределах горных выработок снижен на 560-565 м, на расстоянии около 1,5 - 1,7 км снижение уровня этого комплекса составляет около 110-130 м.
В нижнекаменноугольном водоносном комплексе в пределах рудника отмечено незначительное понижение уровня от 0,41 м за пределами рудной залежи до 2,79-3,08 м в пределах рудной полосы. Здесь общее снижение уровня подземных вод не так связано с расположением горных выработок и имеет максималь 76 ное (85-90 м) значение на расстоянии нескольких сот метров от выработок.
Химический состав дренажных вод в 2009 году остался близок к предыдущему году. По данным химических анализов подземные воды шахты имеют состав от хлоридно-гидрокарбонатного натриевого до хлоридного натриевого. Сухой остаток изменяется от 362 до 1710 мг/дм3. Содержание хлоридов в воде составляет от 43,0 до 859 мг/дм3, содержание гидрокарбонатов изменяется от 240 до 417 мг/дм , содержания сульфатов от 5,4 до 53,7 мг/дм . Сбрасываемые из пруда-отстойника в р. Ворсклу шахтные воды характеризуются сухим остатком до 2708 мг/дм3 при содержании хлоридов до 1444 мг/дм3, железа общего до 0,16 мг/дм3, фторидов до 6,54 мг/дм , рН 8,1. Нефтепродукты в сбрасываемых водах отсутствуют.
Территория ОАО «Стойленский ГОК» с расположенными на ней Стойлен-ским карьером, отвалами, горно-обогатительной фабрикой и хвостохранилищем располагается в 6-8 км юго-западнее г. Старый Оскол в 5-8 км западнее р. Оскол.
Режимная наблюдательная сеть на территории ОАО «Стойленский ГОК» представлена 56 скважинами, в том числе 25 скважин оборудованы на четвертичный, 19 скважин - на турон-коньякский, 11 скважин на альб-сеноманский водоносные горизонты и 1 скважина на архей-протерозойский водоносный комплекс.
Анализ результатов уровенного режима за последние 10 лет (с 1999 по 2009 годы) свидетельствует, что под влиянием системы осушения карьера СГОКа максимальное снижение уровня подземных вод до 9,08 м отмечено в подземных водах архей-протерозойского водоносного комплекса, в подземных водах альб-сеноманского водоносного горизонта снижение за этот же период составляет до 5,83 м. Турон-коньякский водоносный горизонт в районе карьера осушен полностью.
Решение практических задач с использованием разработанной ГИС-технологии
Значительное количество территориально распределенных данных о состоянии водных ресурсов Белгородской области определяют необходимость их интеграции в единую среду хранения, обработки и анализа, которая служит аналитической основой принятия решений. Реализуется система принятия решений через региональную ГИС, аккумулирующую разнообразную информацию о водных ресурсах области и уровнях их загрязнения различными поллютантами, источниках загрязнения и т.д. Очевидно, что разработка такой системы, ее наполнение основывается на выборе наиболее рациональной схемы представления и накопления информации. Другими словами необходима разработка или адаптация структуры базы данных, которая наиболее удобно и интуитивно понятно помогает пользователю в принятии управленческих решений.
Разработка ГИС довольно трудоемкий и дорогостоящий процесс. Поэтому, наиболее целесообразно, использовать существующий программный продукт с расширением его функциональных возможностей. Поскольку база данных о водных ресурсах содержит широкий набор, не всегда стандартных, форм представления информации, логично разработать структуру базы данных и ее алгоритмическую основу самостоятельно, а в качестве графического представления (визуализации) данных использовать существующее программное обеспечение. При этом программное обеспечение должно обладать возможностью подключения любых структур баз данных, иметь единый формат их хранения и представления, удобный и интуитивно понятный интерфейс, а также иметь возможность самостоятельного (пользовательского) расширения функциональных средств, создания и редактирования пространственно-координированной информации.
Анализ широко применяемых в практике принятия решений программных продуктов показал, что для целей региональной ГИС целесообразно использовать ПО БелГИС (разработчик ОАО «ВИОГЕМ»), поскольку данная система отвечает всем обозначенным требования и обладает относительно низкой по стоимостью. В качестве основы для разработки базы данных использовалась система управления базами данных (СУБД) InterBase 6.5. Выбор данной СУБД обусловлен ее удобством и простотой реализации встроенных функций, низкой стоимостью обслуживания, удовлетворительными требования к квалификации пользователя, а также поддержкой Windows и Borland [55].
Таким образом, в диссертационной работе разработаны структура и алгоритмы базы данных для принятия решений, которая интегрирована с графическим ядром ПО БелГИС.
Следует отметить, что механизм создание прикладных региональных ГИС проблемно зависим, т.е. существенное влияние оказывает специфика проблемной области.
Так, основой ГИС для решения региональных экологических проблем в общем случае является информационно-логическая (инфологическая) модель, отражающая состав, взаимодействие и функционирование различных уровней пространственно-временной иерархии всей совокупности процессов в системе (природно-ресурсных, производственно-технологических, социально экономических и др.). В результате соединения такой модели и технологических геоинформационных средств строятся конкретные схемы ГИС для решения, как частных экологических задач, так и комплексных региональных проблем (оценка изменения состояния природной среды, уровня безопасности и риска для здоровья населения, прогнозирование экологических последствий антропогенных воздействий на окружающую среду и др.) [162, 183].
Эти задачи исследований составляют прикладную часть логической структуры ГИС экологической направленности, которая зачастую глубоко индивидуальна и не всегда поддается унификации. Инструментальные программные средства для сбора, хранения, обработки, представления информации при решении прикладных задач составляют системную часть ГИС, в основе которой лежит вполне определенный набор сервисных функций системы. Эти функции имеют, как уже указывалось, унифицированный характер, достаточно универсальны и независимы от приложений, но конкретным приложениям должны соответствовать адекватные технологические маршруты и схемы внутри сервисной операционной среды [170, 177].
Прикладная ГИС в сфере водных ресурсов должна учитывать динамичность среды, т.е. система должна иметь возможность оперативного изменения входных параметров и итоговых данных с целью эффективного своевременного принятия решений.
Общую методическую схему разработанной прикладной ГИС можно представить в следующем виде (рис. 23):
Поскольку, как уже отмечалось, картографирование загрязнения поверхностных вод на основе данных натурных измерений в силу высокой подвижности водной среды и, соответственно, быстрой изменчивости показателей загрязнения представляет определенную трудность, поэтому целесообразно использовать ландшафтно-гидрологический метод, основу которого составляет бассейновый подход [181]. Согласно ему, водосбор и сам водный объект, особенно малая река, рассматриваются как единая целостная автономная геосистема, все компоненты которой связаны между собой вертикальными и горизонтальными потоками вещества и энергии. В этом подходе водосбор любого водного объекта представляет собой каскадную ландшафтно-геохимическую систему, состоящую из малых водосборов п-порядка, объединенных между собой поверхностным, почвенным и грунтовым стоками и позволяет учитывать природные и антропогенные факторы поверхностного стока [15, 16, 69, 90, 166].
Похожие диссертации на Анализ и оценка водных ресурсов Белгородской области с использованием ГИС-технологий
-
-
-
-
-
-
