Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ принципов и подходов раннего обнаружения предкризисных геодинамических ситуаций в системах геотехнического мониторинга 23
1.1 Общие вопросы организации геотехнического мониторинга состояния компонентов природно-технических систем 23
1.2 Функционирование геотехнических систем в современных условиях 36
1.2.1 Динамика и устойчивость геотехнических систем 36
1.2.2 Особенности техногенеза в геотехнических системах 37
1.2.3 Роль геодинамических процессов в геотехнических системах 40
1.2 Анализ принципов и подходов раннего обнаружения деструктивных геодинамических процессов при геотехническом мониторинге 51
1.2.1 Выявление опасностей и прогнозирование рисков негативного развития геодинамических процессов в геотехнических системах 51
1.2.2 Эффективность применяемых методов анализа и прогнозирования геодинамической устойчивости геотехнических систем 60
1.4 Аспекты применения информационно-аналитических систем геодинамического контроля 63
1.4.1 Регистрация информативных параметров геодинамического контроля 65
1.4.2 Организация обработки информации при геодинамическом контроле в системах геотехнического мониторинга 69
1.4.3 Применение и особенности геодинамического моделирования объектов и процессов при геотехническом мониторинге 75
1.4.4 Задача и роль геодинамического прогнозирования в геотехнических системах 76
Выводы и постановка задач исследования 79
Глава 2 Модульный подход к организации обработки информации геодинамического контроля в геотехнических системах 82
2.1 Обобщенная структура проблемно-ориентированной системы информационной обработки данных геотехнического мониторинга 82
2.2 Модульный подход при организации геодинамического контроля и прогнозирования в геотехнических системах 87
2.2.1 Оценка геодинамической устойчивости геотехнических систем на основе модульного подхода 87
2.2.2 Идентификация параметров унитарного модуля на базе настраиваемой модели 92
2.3 Математическая модель геотехнических систем на базе модульного подхода 95
2.3.1 Модельное взаимодействия модульных компонентов 95
2.3.2 Геодинамическая адаптация модели 98
2.4 Структура обработки геодинамической информации на основе модульного подхода описания геотехнических систем 101
Выводы 105
Глава 3 Выделение ключевых зон контроля геодинамической устойчивости геотехнических систем 107
3.1 Геокибернетический подход при диагностике и прогнозировании состояния геотехнических систем 107
3.2 Оценка геодинамической устойчивости геотехнических систем 112
3.3 Методические особенности сбора и пространственно-временной обработки данных геотехнического мониторинга 119
3.4 Метод выделения ключевых геодинамических зон на основе прогнозных пространственно-временных функций геотехнического мониторинга 133
3.5 Качественные показатели оценки и управления геодинамической устойчивостью геотехнических систем 138
Выводы 145
Глава 4 Информационно-аналитическое обеспечение обработки разнородных данных геодинамического контроля и управления геодинамической устойчивостью в геотехнических системах 148
4.1 Сервис-ориентированная архитектура сбора и обработки разнородных данных геодинамического контроля 148
4.2 Иерархическая информационная модель функционирования информационно-аналитической системы анализа и управления геодинамической устойчивостью геотехнических систем 162
4.3 Пространственно-временная обработка разнородных данных геодинамического контроля 169
4.4 Локализация источников геодинамических возмущений на основе пространственно-распределенной обработки электромагнитных сигналов 174
4.5 Формирование прогнозной оценки развития деструктивных геодинамических процессов 203
Выводы 223
Глава 5 Программно-техническая реализация местных систем сбора данных геодинамического контроля 226
5.1 Геодинамический контроль на местном уровне с применение геоэлектрических методов 226
5.2 Локальное геоэлектрическое моделирование геодинамических процессов 242
5.3 Алгоритмы работы геоэлектрической системы местного геодинамического контроля 255
5.4 Особенности гидрологического контроля с применением геоэлектрических методов 258
5.5 Прогнозирование деструктивного развития геодинамических процессов в условиях городской застройки 270
Выводы 276
Глава 6 Геодинамический контроль нецентрализованного водоснабжения в условиях риска нарушения гидрологического режима на карстовых территориях 279
6.1 Особенности геотехнического мониторинга нецентрализованного водоснабжения России на карстовых территориях 283
6.2 Методика организации гидрогеологических наблюдений в составе систем геотехнического мониторинга 287
6.3 Территория и условия проведения экспериментальных исследований 291
6.4 Проведение экспериментальных работ по выделению ключевых зон на объектах нецентрализованного водоснабжения 297
Выводы 303
Глава 7 Практическая проверка разработанных положений раннего обнаружения активизации деструктивных геодинамических процессов на основе режимных наблюдений территории карстовых озер 304
7.1 Идентификация ключевых зон гидрологического контроля на основе оценки влияния карстовых процессов 306
7.2 Методика проведения экспериментальных исследований 308
7.3 Результаты экспериментальных исследований 311
Выводы 314
Заключение 316
Список сокращений 320
Словарь терминов 321
Список используемых источников 323
Приложение А. Акты внедрения результатов диссертации 392
- Общие вопросы организации геотехнического мониторинга состояния компонентов природно-технических систем
- Методические особенности сбора и пространственно-временной обработки данных геотехнического мониторинга
- Геодинамический контроль на местном уровне с применение геоэлектрических методов
- Результаты экспериментальных исследований
Общие вопросы организации геотехнического мониторинга состояния компонентов природно-технических систем
В процессе жизнедеятельности человека происходит его взаимодействие с природной средой, в результате чего образуются природно-антропогенные и антропогенные объекты. При этом природная среда выступает как «подложка» для размещения и как источник ресурсов для создания новых объектов. Это приводит к изменению старых и образованию новых связей между различными объектами – происходит «перерождение» природной системы в природно-техническую систему.
В соответствии с [57] «система природно-техническая – образование пространственно-временной региональной физико-географической размерности, у которой природные и технические части взаимосвязаны и функционируют как единое целое». Однако, в зависимости от разновидности ПТС [61, 95, 436, 491, 495] по своей размерности они могут быть не только региональными, но и местными (элементарными, детальными), локальными и глобальными [121, 205, 246, 490]. Поэтому, под природно-техническими системами будем понимать «особые целостные системы, упорядоченные в пространственно-временном отношении совокупностью взаимодействующих компонентов, включающих орудия, продукты и средства труда, естественные и искусственно измененные природные тела, а также естественные и искусственные информационно-энергетические поля» [40, 377, 490].
На рисунке 1.1. представлена схема взаимодействия основных оболочек Земли: литосферы, гидросферы, атмосферы. Возможные пересечения этих оболочек показывают возможные компоненты биосферы. Создаваемая человеком техногенная среда (техносфера, техническая система) затрагивает возможные сочетания основных оболочек Земли и вступая с ними во взаимодействие образует природно-техническую систему. При этом, зона ПТС определяется зоной влияния (воздействия) технической системы на окружающую её среду [246, 399].
Все компоненты ПТС могут влиять друг на друга прямым (по прямым связям) или косвенным способом (косвенные связи). Различное сочетание прямых и косвенных существенно усложняет понимание процессов протекающих в ПТС. При расширении границ технической системы появляются новые связи компонент технической системы с компонентами природной системы, что приводит к расширению границ и повышению сложности ПТС. Из-за малой изученности процессов протекающих в ПТС отдельные её компоненты и взаимосвязи, а так же в некоторых случаях вся ПТС может не контролироваться и не управляться человеком, вследствие чего состояние ПТС и отдельных её частей может перейти в предкризисное состояние и повлечь за собой возникновение различных аварий и катастроф. Контроль, наблюдение и прогноз изменений, происходящих под воздействием антропогенных и природных факторов, в окружающей среде происходит с помощью систем мониторинга окружающей среды [82] (рисунок 1.2). При этом в соответствии с Федеральным законом 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» под окружающей средой понимается «совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а так же антропогенных объектов. А под компонентами природной среды понимается земля, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный, животный мир и иные организмы» [330], а так же «озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство, обеспечивающее в совокупности благоприятные условия для существования жизни на Земле» [330, 377].
На рисунке 1.2 окружающая среда представлена двумя взаимодействующими подсистемами: ПТС и внешней по отношения к ПТС средой. Деление окружающей среды на подсистемы показывает необходимость оценки и контроля изменения границ и состояния ПТС, как отдельной подсистемы окружающей среды и последующей оценки взаимного влияния этих подсистем, как в настоящем, так и в будущем времени (прогнозирование) [82, 427]. Системы мониторинга окружающей среды осуществляют измерение и контроль параметров (состояний) объектов и связей между каждой из подсистем, а так же измерение и контроль состояния связей между подсистемами. Таким образом, мониторинг природно-технических систем является частью мониторинга окружающей среды.
Целью мониторинга природно-технических систем является наблюдение за состоянием компонентов природно-технических систем, происходящими в ПТС процессами, их взаимным влиянием и влиянием на внешнюю по отношению к ПТС среду, информирование, предупреждение и прогнозирование состояния ПТС.
Задачами мониторинга ПТС являются:
- определение границ ПТС;
- организация наблюдений за состоянием природных, технических и природно-технических объектов (компонентов) природно-технических систем, и протекающих в них процессах, во время строительства, эксплуатации технических и природно-технических объектов, а так же после их ликвидации;
- обнаружение причин изменения состояния компонентов природно-технических систем и протекающих в них процессов;
- оценка изменений, происходящих в природно-технических системах;
- повышение точности и достоверности прогнозных оценок состояния ПТС;
- «выработка рекомендаций по нормализации экологической обстановки и инженерной защите»[427] технических и природно-технических объектов [427].
В свою очередь, геоэкологический мониторинг природно-технических систем направлен на выявление, предсказание и предупреждение негативных изменений геосферных оболочек земли, принадлежащих природно-технической системе, и приводящих к негативным экологическим последствиям. Следует отметить, что впервые понятие геоэкологии как направления экологии было введено в географической науке Карлом Троллем в 1939 году [451, 453], затем его брат профессор ботаники Вильгельм Тролль ввел термин геоэкология в область биологии [420, 440]. В 1988 году после выступления Е.А. Козловского на Международном геологическом конгрессе термин геоэкология перешел в геологические науки [45, 234, 242, 437]. Таким образом, возникла путаница в понимании слова геоэкология и месте геоэкологии как научного направления [11, 69, 367, 378, 395]. В работе Трофимова В.Т. и Зилинга Д.Г. [450, 452] показывается общая специфика в понимании термина геоэкология различными учеными. Геоэкология выступает как междисциплинарная наука, изучающая экологическое проявление взаимодействия жизнеобеспечивающих оболочек Земли между собой и живой природой. Геоэкология включает в себя такие научные направления как экологическую геологию, экологическую географию, экологическое почвоведение [450].
Основные реализации геоэкологического мониторинга ПТС можно представить в виде структурной схемы (рисунок 1.3) [246, 324, 396, 452]. Отметим, что разделение геоэкологического мониторинга ПТС по территориальному признаку происходит по структуре ПТС и территориальным параметрам её компонентов [38, 41, 212, 495]. Не смотря на имеющиеся различия в реализации систем геоэкологического мониторинга ПТС общую структуру системы геокэологического мониторинга ПТС можно представить в виде блок-схемы изображенной на рисунке 1.4 [38, 41, 108, 212, 246, 324, 396, 452].
На данной схеме под объектом мониторинга понимаются анализируемые компоненты контролируемой природно-технической системы, взаимосвязи между этими компонентами, связи между ПТС и внешней средой, а так же компоненты находящиеся на границе ПТС.
Подсистема измерений осуществляет регистрацию (с применением различных датчиков) во времени значений параметров и состояний компонентов ПТС и ПТС в целом в соответствии с методикой и программой измерений. Отметим, что поскольку анализируемые компоненты и участки ПТС могут быть территориально разнесены на большое расстояние, а процедура регистрации их параметров может быть технически или экономически затруднена, то осуществить на практике процедуру регистрацию всех необходимых параметров зачастую не удается. При измерениях осуществляется процедура первичной обработки, включающую необходимое усиление, преобразование и фильтрацию измеряемых сигналов. Далее зарегистрированные данные поступают в подсистему обработки данных, которая осуществляет сортировку, согласование форматов данных, дополнительную фильтрацию, сглаживание, обнаружение и выделение информативных участков в данных, проводится спектральный, корреляционный и регрессионный анализ и вычисление специальных функций. Обработка данных осуществляется как по количественному, так и по качественному признаку.
Методические особенности сбора и пространственно-временной обработки данных геотехнического мониторинга
Анализ пространственно-временных данных в системах мониторинга и управления геодинамической устойчивость ГТС практически всегда сопровождается предварительной (первичной) обработкой данных. Предварительная обработка направлена на повышение качества анализа и достоверности его результатов. Она включает такие процедуры как: обнаружение пропусков и аномальных данных, оценка неоднородности данных и проведение разделения их на однородные группы, определение и проверка адекватности применяемых моделей данных и т.д. Следует заметить, что при анализе данных следует внимательнее подходить к выбору способов представления и методам обработки данных для различных шкал измерений. Выполнение некоторых операций над данными в одних шкалах измерений может не только приносить большие ошибки при выполнении их над данными в других шкалах измерений, но и вообще не иметь ни какого смысла [103].
Во время сбора данных геотехнического мониторинга во временных рядах могут появиться пропуски, связанные со сбоями регистрирующей аппаратуры и каналов передачи данных, различными интервалами сбора и т.п. Поэтому при анализе получаемых данных возникает вопрос об исключении или заполнении пропусков и выборе метода осуществления этих процедур. Исключение пропусков возможно лишь при независимости функции распределения вероятностей от наличия пропуска. В случае заполнения пропусков существует несколько методов: сглаживания, одномерной регрессии, множественной шаговой регрессии, подбор ближайшего соседа, на основе совместного распределения, сингулярного разложения и др. [53, 196, 297, 421]. При этом одним из основных критериев выбора метода заполнения пропусков является метод дальнейшего анализа данных, что позволит повысить эффективность анализа [196].
Одним из первых шагов предварительной обработки данных является разведочный анализ данных. Во время проведения разведочного анализа имеющиеся данные представляются в простой, компактной и наглядной форме.
При такой группировке данных намного проще выявить скрытые закономерности, аномальные данные, оценить тип распределения, выявления факторов воспроизводящих матрицу близостей или ковариационную матрицу. Самыми простыми процедурами при разведочном анализе являются оценка среднего и меры разброса [96, 219, 275, 481]. При оценке этих значений очень важно понимать, насколько однородна совокупность регистрируемых данных и наличие аномальных значений. Исключение из внимания этих вопросов может привести к большим ошибкам, снижающих значимость результатов обработки данных.
Оценка однородности анализируемых данных, границ однородных данных и присутствия в них аномальных значений может проводиться различными методами, среди которых выступают числовые и графические. [423, 441, 479, 481]. Выделению аномальных значений в одномерных и многомерных рядах посвящены труды ученых К. Пирсона, Н.В. Смирнова, Ф. Граббса, Г. Титьена, Г. Мура, Р. Отнесом, Л. Эноксом, П.Ч. Махаланобиса и других [388, 387]. В случае неоднородности данных (неоднородной совокупности) происходит их разбиение на однородные совокупности [423].
При контроле геодинамической устойчивости ГТС приходится сталкиваться с данными неколичественного (нечислового) вида. Анализ таких данных осуществляется на основании таблиц сопряженных признаков, при этом существует два основных метода анализа.
Первый метод основа на оценки связи между различными признаками. В настоящий момент существует большое количество мер связи качественных признаков: Д.О. Юла (на основе определения коэффициента связи Q и коэффициента коллигации), К.Х. Крамера, Р.Э. Фишера, К. Пирсона (на основании коэффициента сопряженности), А.А. Чупрова, М.Г. Кандела, А. Стюарта, Л.А Гудмена и Е.Х. Крускала и другие. Выбор той или иной меры связи для оценки степени связи зависит от числа анализируемых признаков, противоречивости результатов, числа степеней свободы, упорядоченности признаков, типа шкал и т.д. Недостатком многих количественных мер связи качественных признаков является малая теоретическая обоснованность многих из них или сложность применения при наличии большого количества признаков [23].
Второй метод основывается на построении логарифмически-линейных моделей распределений вкладов каждого из множества признаков, что позволяет проверить статистическую значимость взаимосвязи признаков, и тем самым наилучшим образом решать задачи анализа и конструирования признаков. Логлинейные модели предложил статистик Л.А. Гудмен. К логлинейным моделям относятся такие как: насыщенная модель, модель независимости, отсутствия эффекта, равновероятности и другие [454, 531]. Следует отметить, что методы оценки связи между данными из различных шкал слабо развиты. При их применении возможно получение завышенных результатов по сравнению с истинными значениями [20].
Не смотря на разнообразие методов оценки связей и закономерностей многие из них применимы к переменным, имеющим нормальное или близкое к нормальному распределение, которые на практике встречаются крайне редко. Поэтому возникает задача оценки возможности применения критериев к совокупностям данных с ненормальным распределением. В случае не чувствительности процедуры к отклонению данных от требований для этой процедуры, то она называется устойчивой (робастной). Исследования ученых (Ф.И. Эджуорт, У.С. Госсета (Стьюдента)) показывают устойчивость критериев для средних, и неустойчивость для дисперсии. Решением задач такого рода может являться применение нормализующегося преобразования (Фишера, Пирсона, преобразование стабилизирующее дисперсию).
В случае если определить тип распределения случайной величины не возможно или распределение относится к нормальному, а тип шкалы ниже интервальной, применяют процедуры независящие от типа распределения (процедуры свободные от распределения), большинство которых используют непараметрические методы. К достоинствам непараметрических методов относят асимптотическую нормальность при больших объемах выборки (асимптотическая эффективность высока даже для данных с большими хвостами), устойчивость к аномальным наблюдениями. Недостатком непараметрических методов по сравнению с параметрическими методами является потеря информации, что для обработки нормальных выборок ощутимо.
Непараметрические методы применяют знаки и знаковые ранги анализируемых данных. Среди ученых, которые внесли большой вклад в развитие непараметрических методов можно выделить А.Н. Колмогорова, Вальда-Вольфовица,
Непараметрические методы помогают решить множество различных задач. Так, например, оценку независимости наблюдений возможно получить на основе критериев серий или критерия инверсий, при этом критерий инверсий имеет большую эффективность оценки случайности. Оценка медианы может быть получена с помощью критерия знаков или знаковых рангов. Используя непараметрические методы возможно проверить такие гипотезы как: совпадение центров симметрии у разных совокупностей, симметрию и независимость значений в полученной совокупности. Кроме того позволяют проводить дисперсионный анализ, определять связи между данными на основе ранговой корреляции и так далее [209].
Для исследования влияния независимых переменных на зависимую переменную, предсказания значений зависимой переменной на основе значений независимых переменных и оценки вкладов независимых переменных в изменение зависимой переменной применяется регрессионный анализ. При оценке коэффициентов регрессии различают точечные и интервальные оценки. Интервальные оценки в отличие от точечных показывают доверительную область в пространстве значений, которая с доверительной вероятностью отражает истинное значение исследуемой переменной. Одним из распространенных методов оценки коэффициентов регрессии является метод наименьших квадратов, однако он имеет некоторые ограничения по применению, которые на практике очень редко соблюдаются (например, ненормальное распределение остатков, малые выборки, неточные измерения регрессов и зависимой переменной, зависимость остатков, неточные вычисления, наличие аномальных значений, неточное определение количества регрессоров, и т.д.) [253, 254, 288, 322]. Если имеющийся набор данных не удовлетворяет критериям применения метода наименьших квадратов, то применяют другие методы: методы наименьших модулей, непараметрический и знаковый регрессионный анализ, робастную регрессию, нейронные сети.
Геодинамический контроль на местном уровне с применение геоэлектрических методов
Применение геоэлектрических методов для геодинамического контроля на местных уровнях определяется основными задачами геотехнического мониторинга, а именно:
- наблюдение за параметрами местных проявлений геологических процессов ГТС;
- анализ и оценка геодинамического состояния ГТС на местном уровне.
Эти задачи наиболее эффективно решаются с применением геоэлектрических методов контроля, что обусловлено высокой технологичностью и эффективностью данных методов [401].
В настоящее время существует широкий класс устройств для решения различных задач малоглубинной геофизики, основанных на геоэлектрических методах [24, 132, 544], основными производителями которых является Phoenix Geophysics, Iris Instruments, ООО «НПП ЭРА», НИИ «ГеоТех», ООО «Северо-Запад». Однако, для применения в задачах организации геодинамического контроля в структуре геотехнического мониторинга ГТС необходима их существенная адаптация, направленная по требованиям [430] на снижение влияния дестабилизирующих факторов на результаты геотехнического мониторинга. В рамках работы была разработана система геодинамического контроля на основе многополюсной эквипотенциальной установки, работающая в автоматизированном режиме (рисунок 5.1).
Структуру автоматизированных систем контроля геологической среды основанных на геоэлектрических методах контроля можно представить в виде обобщенной структурной схемы изображенной на рисунке 5.2.
Из рисунка 5.2 видно, что в общем случае система контроля геологической среды состоит из трех основных частей (излучающая, принимающая, обрабатывающая) соединенных средой передачи данных. Для взаимодействия различных компонентов системы между собой по необходимому интерфейсу и протоколу связи используется блок сопряжения. Принимающая часть кроме измерительных преобразователей и блоков усиления и фильтрации сигналов, содержит блок тестирования, позволяющий своевременно выявлять сбои и неполадки в измерительной части. Аналогичный состав имеется в излучающей части: блок формирования зондирующих сигналов, блок усиления и блок контроля. Управление всей системой происходит центральным блоком (рисунок 5.3).
Зондирующие сигналы формируются цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) с последующим усилением по мощности (У1) и напряжению (Т1 – трансформатор). Выбор излучающих электродов осуществляется коммутатором (К). Для контроля параметров зондирующих сигналов измеряется напряжение на резисторе (R), с последующим согласованием по электрическим характеристикам с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) за счет трансформатора (Т2), усилителя (У2), сумматора (СН) и делителя (ДН) напряжения [344].
В случае превышения динамического диапазона датчиков (БТД) динамическим диапазонам амплитуд входных сигналов включается в работу блок автоматической регулировки усиления (АРУ), тогда в общем виде измерительный тракт можно представить упрощенной схемой изображенной на рисунке 5.4 [337, 348].
Автоматическая регулировка усиления осуществляется с помощью коэффициента усиления инструментального усилителя (ИУ) сигнал с которого поступает на блок фильтрации (БФ) и далее на АЦП. Необходимый коэффициент усиления определяется блоком автоматической регулировки усиления на основании нескольких периодов входного (измеряемого) сигнала (рисунок 5.5) [347].
Сигнал с инструментального усилителя буферизируется блоком анализатора для вычисления быстрого дискретного преобразования Фурье (БДПФ), при этом согласно теореме Котельникова частота дискретизации fd должна быть минимум в два раза выше частоты зондирования f0. Размер буфера N определяется Получаемые значения БДПФ для частоты зондирования f0 сравниваются с требуемым значением Am , рассчитываемое при проектировании системы. По результатам сравнения происходит коррекция коэффициента усиления инструментального усилителя. Величина Am определяется в зависимости от зависимости значений БДПФ при частоте зондирования от амплитуды входного сигнала (рисунок 5.6).
Принимая во внимание алгоритм автоматического регулирования усиления структурную схему датчиков, построенных на основе ферромагнитного сердечника с основной и контрольной обмоткой, можно представить схемой, изображенной на рисунке 5.8 [357].
Основная обмотка датчика служит для приема полезного сигнала, а контрольная для автоматической диагностики работы датчика. Фильтр нижних частот ФНЧ предназначен для ослабления промышленных помех, а фильтр высоких частот ФВЧ для усиления сигналов зондирующей частоты.
Пример схемы размещения системы контроля и мониторинга геологической среды показан на рисунке 5.9 [127]. Разработка систем подобного класса требует принятия дополнительных мер по обеспечению их надежности. Не корректная работа систем контроля и мониторинга геологической среды в следствии отказа в работе некоторых её частей может привести к катастрофическим последствиям. Одним из принимающих решений является применение вместо металлических штырей, служащих приемными электродами, бесконтактных трансформаторных датчиков. Бесконтактные трансформаторные датчики по сравнению с обычными металлическими электродами не окисляются и имеют встроенный блок диагностики и контроля работоспособности. Это исключает факт незаметного выхода их из строя или незаметного обрыва питающего и передающего кабеля. Измерительный тракт систем геодинамического мониторинга построенных на базе металлических штырей можно представить в виде последовательно соединенных излучающих (ИЭ) и приемных (ПЭ) электродов (рисунок 5.10а), а построенных на базе бесконтактных трансформаторных датчиков (БТД) в виде структуры изображенной на рисунке 5.10б [148].
Результаты экспериментальных исследований
Наблюдения проводились в период с 1.05.2017 по 25.10.2017. Как отмечено выше в качестве точек наблюдения были выбраны три зоны:
1- зона опорных гидрогеологических наблюдений, в которой проводились измерения уровнего режима и минерализации водоносных горизонтов, используемых для нецентрализованного водоснабжения;
2- зона гидрологических наблюдений в зоне разгрузки озер, в которой также проводились измерения уровневого режима и минерализации водоносных горизонтов;
3- зона геодинамических измерений активности карстовых процессов.
На рисунке 7.7 приведены данные обработки гидрогеологических наблюдений в точках контроля. Как видно из представленных данных в течении всего периода наблюдений пьезометрический уровень карстовых вод очень близок к уровню грунтовых надкарстовых вод. Причем в период, по данным режимных наблюдений, отмечается превышение уровней грунтовых надкарстовых вод над пьезометрическими напорами карстовых вод вместе с подъемом общего уровня первого водоносного горизонта. Эта разница по данным наблюдений составляла от 0,7 до 1,6 м.
На рисунке 7.8 приведен период геодинамических измерений на третьей точке контроля, на котором прослеживается момент активизации карстовых процессов в зоне геодинамического контроля, связанный с изменением стока озера (отсчет 10 на графике амплитудных и фазовых данных, соответствующий концу июля месяца).
Исследования с применением разработанного подхода показали, что карст является активным регулятором стока и оказывает существенное влияние на водообмен, и расположенные на данной территории хозяйственные объекты. Состав карстующихся пород и геологические условиях их залегания, а так же структурно-тектоническая и неотектоническая обстановка определяют такие показатели исследуемеой территории как гидрогеологические условия, параметры зоны аэрации (мощность, закарстованность, степень анизотропии). По этим же критериям определяется наличие гидравлической взаимосвязи трещинно-карстовых и речных вод.
Таким образом, на основании проведенного исследования можно сделать вывод о том, что процесс карстового регулирования стока заключается в пространственно-временном формировании и распределении поверхностных и подземных вод в бассейнах, сложенных легко растворимыми горными породами. В связи с чем исследования подтвердили гипотезу о том, что. карстовые озера оказывают значительное влияние на развитие деструктивных карстово-суффозионных процессов, как в локальном, так и в региональном масштабе. На региональном уровне возможна организация режимного карстологического мониторинга развития и прогноза активизации деструктивных карстовых процессов с использованием системы наблюдений на территории карстовых озер.
На основании получаемых данных наблюдения территории карстовых озер появляется возможность более детально реализовать требования строительных правил [429, 430], а именно повысить качество программы геотехнического мониторинга, точность формирования графика проведения геотехнического мониторинга.