Язиков Е.Г., Шатилов А.Ю. Геоэкологический мониторинг

Подождите немного. Документ загружается.

161

пени пригодны для экстраполяции на человека. Использование фоно-

вых, наиболее многочисленных для данного региона видов облегчает

сбор материала и дает возможность получения выборок одного и того

же вида во всех изучаемых точках. Можно использовать такие широко

распространенные виды как рыжая и обыкновенная полевки, полевая и

домовая мыши, обыкновенная бурозубка и др

. Различия между живот-

ными разных возрастных групп обычно отсутствуют, поэтому возможно

использование суммарной выборки. Если желательна оценка ситуации

на текущий момент, необходимы выборки молодых особей этого года

рождения. Для характеристики популяции необходимо использование

репрезентативной выборки. Опыт свидетельствует, что адекватная

оценка ситуации может быть получена уже при анализе 20 особей. При

сборе

материала предпочтительнее использование живоловок или лов-

чих канавок, т.к. другие орудия отлова могут повреждать материал, что

особенно нежелательно при малой численности животных. При интер-

претации результатов необходимо учитывать, что полученные оценки

стабильности развития по хронологическим признакам отражают воз-

действие на момент формирования исследованных признаков (период

пренатального онтогенеза и ранние этапы

постнатального развития) и

не подвержены дальнейшим возрастным изменениям. Материал до об-

работки лучше хранить в замороженном виде. При отсутствии такой

возможности для фиксации можно использовать 70% этанол или 4%

формалин. Для изучения асимметрии у мелких млекопитающих наибо-

лее удобным представляется черепной материал. Мягкие ткани удаля-

ются с костей черепа после вываривания. Качество

очистки черепа же-

лательно контролировать под бинокуляром. Костный материал требует

особых условий хранения. Он может сохраняться длительное время.

При изучении стабильности развития млекопитающих в большинстве

случаев используются хронологические признаки, а именно число мел-

ких отверстий для нервов и кровеносных сосудов на левой и правой

сторонах черепа. Эти признаки, которые формируются на

ранних стади-

ях онтогенеза и не подвержены, как правило, возрастным изменениям.

Для оценки стабильности развития млекопитающих используется пяти-

балльная шкала (Захаров и др., 2001).

4.7. Мониторинг экзогенных геологических процессов

4.7.1. Методологические и организационные основы

мониторинга экзогенных геологических процессов

В настоящее время разработаны методические рекомендации и

требования по организации и ведению государственного мониторинга

162

экзогенных геологических процессов (ЭГП) (Требования …, 1995; Ме-

тодические …, 1997; Методические …, 2000). В этом направлении ори-

гинальные материалы изложены в диссертационной работе А.О. Кру-

товского (2002). Проблемой мониторинга ЭГП в настоящее время зани-

маются многие организации и отдельные исследователи (Ольховатенко

и др., 2002). Основная задача на современном начальном этапе исследо-

ваний – правильно наметить стратегическое направление решения

этой

весьма сложной проблемы. Мониторинг ЭГП является составной ча-

стью мониторинга инженерно-геологических условий. Участки прояв-

лений экзогенных геологических процессов входят в состав наблюда-

тельных сетей различного уровня – государственные опорные сети фе-

дерального и территориального значения, локальные (объектные) сети

муниципального и ведомственного значения, что хорошо демонстриру-

ется на примере Томской

области по данным ТЦ Томскгеомониторинг

(рис.4.7.1).

163

Рис. 4.7.1. Схема наблюдательной сети за экзогенными геологическими процессами на территории Томской области

(по данным ФГУП ТЦ «Томскгеомониторинг»)

164

1 – опорная государственная наблюдательная сеть федеральная; 2 - опорная государственная наблюдательная сеть территориальная;

3 – ведомственная наблюдательная сеть; 4 – подписи пунктов наблюдения: цифра около знака – номер участка, буквы в скобках –

индексы генетических типов ЭГП (Оп – оползни, Эо – эрозия овражная, Эб – эрозия боковая, З – заболачивание).

165

Государственная опорная федеральная сеть включает объекты

мониторинга ЭГП, развитие которых оказывает существенное влияние

на состояние верхней части недр на значительных территориях. Резуль-

таты наблюдений по федеральной сети представляют собой информа-

ционную основу оперативного управления фондом недр и безопасного

недропользования на федеральном уровне. Объектами мониторинга по

федеральной сети являются в основном эрозионные

процессы, связан-

ные с деятельностью речных потоков. Развитие речной боковой эрозии

создает угрозу безопасности для крупной группы населенных пунктов.

Государственная опорная территориальная сеть объединяет уча-

стки наблюдения, на которых развитие геологических процессов оказы-

вает негативное воздействие на инженерно-хозяйственные объекты об-

ласти. Вместе с тем данные наблюдения по территориальной сети,

на-

ряду с данными федеральной сети, используются для региональной те-

кущей и прогнозной оценки состояния геологической среды в целях ра-

ционального управления фондом недр.

Локальные (муниципальные и ведомственные) наблюдательные

сети представлены единичными участками, где проводятся наблюдения

организациями, деятельность которых может оказать влияние на акти-

визацию ЭГП.

Основные задачи мониторинга ЭГП:

•

изучение режима ЭГП и факторов, в том числе техногенных, на спе-

циально организованной опорной наблюдательной сети;

• оценка активности ЭГП и их влияния на геологическую среду;

• изучение, оценка характера и степени влияния деятельности челове-

ка на активность ЭГП;

• составление различных видов прогноза ЭГП;

• проверка, оценка оправдываемости и

уточнение прогнозов;

• оценка степени подверженности народно-хозяйственных объектов

воздействию ЭГП;

• разработка рекомендаций по охране и рациональному использова-

нию геологической среды от ЭГП;

• усовершенствование и развитие опорной наблюдательной сети, в том

числе создание специальных наблюдательных сетей для решения

важных народнохозяйственных задач;

• разработка и ведение постоянно действующих моделей (ПДМ

) про-

гноза ЭГП.

Мониторинг предусматривает изучение режима ЭГП как в ре-

гиональном, так и в локальном аспектах. В связи с этим опорная наблю-

166

дательная сеть должна включать в себя участки наблюдений различных

категорий. Целесообразно для этой цели иметь участки трёх категорий.

Опорная наблюдательная сеть выбирается на основе анализа

специальных инженерно-геологических карт районирования по услови-

ям развития и по интенсивности проявления ЭГП. При её организации

на опорных участках выполняются специальные инженерно-

геологические исследования, характер

и детальность которых зависит

от категории участков.

Следует отметить, что в системе наблюдений на участках первой

и второй категории большое место должны занимать аэрометоды (аэро-

визуальные наблюдения, аэрофотосъёмка и др.). Для оценки активности

ЭГП на больших территориях могут быть использованы космические

методы.

В системе мониторинга ЭГП выполняются следующие виды про-

гнозов: региональные и локальные, долговременные и краткосрочные.

Неотъемлемой частью мониторинга в дальнейшем должны быть инже-

нерно-геологические постояннодействующие модели (ПДМ). ПДМ

предназначены для решения инженерно-геологических задач, связанных

с оценкой применения геологической среды и прогнозом экзогенных

геологических процессов. Использование ПДМ обеспечивает упорядо-

чение технологии сбора и обработки инженерно- геологической инфор-

мации

на основе современной вычислительной техники.

Система инженерно-геологических ПДМ включает три уровня

моделирования. ПДМ первого уровня контролирует всю территорию и

обеспечивает выявление площадей и периодов активизации всех, ос-

новных ЭГП с их ежегодной корректировкой.

ПДМ второго уровня создаются для участников наиболее интен-

сивного развития отдельных ЭГП.

ПДМ третьего уровня характеризуют

отдельные локальные уча-

стки проявления ЭГП с целью контроля и оперативного прогноза их

развития.

4.7.2. Наблюдательная сеть в системе мониторинга

экзогенных геологических процессов

1. Основными задачами наблюдений за режимом ЭГП в системе

их мониторинга являются получения исходной информации, необходи-

мой и достаточной для контроля за состоянием ЭГП, их прогноза, и вы

дача рекомендаций по предотвращению опасного воздействия ЭГП на

народнохозяйственные объекты.

167

2. Объектами режимных наблюдений становятся не столько при-

родные, сколько природно-техногенные геосистемы (ПТГ), изучаемые

на нескольких уровнях исследований. В настоящее время режимные на-

блюдения осуществляются на региональном и локальном уровнях.

3. В зависимости от масштаба исследований, интенсивности про-

явлений ЭГП и границ ПТГ устанавливаются наблюдательные участки

различных категорий. При этом на

региональном уровне (участки пер-

вой и второй категорий) в качестве основного наблюдаемого параметра

выступает активность проявления ЭГП, выраженная как соотношение

качеств или площадей элементарных проявлений, либо в виде обобщён-

ных комплексных показателей (например, в виде геодинамического по-

тенциала). На локальном уровне (участки третьей категории) основны-

ми наблюдаемыми параметрами, характеризующими режим

ЭГП, явля-

ются значения величин и скоростей деформирования грунтов. Кроме

того, на всех уровнях, но с разной степенью детальности ведутся на-

блюдения за факторами, влияющими на развитие ЭГП.

По задачам и составу наблюдений целесообразно выделять уча-

стки нескольких видов:

• опорные, на которых выявляются основные закономерности и меха-

низм ЭГП, проводится

наиболее полный комплекс видов наблюде-

ний;

• специальные, на которых ведутся наблюдения за режимом ЭГП, не-

посредственно угрожающих конкретным народнохозяйственным

объектам;

• изыскательские, где ведутся кратковременные (на период изысканий)

режимные наблюдения в соответствии с действующими норматив-

ными документами;

• опытно-методические полигоны, на которых в отличие от опорных

участков проводятся проверка и отработка методов изучения и про-

гноза ЭГП, натурные эксперименты по искусственной активизации

процессов, а также оценка эффективности по инженерной защите

территории.

4. Инженерно-геологическим обоснованием размещения наблю-

дательной сети являются карты проявлений и условий развития ЭГП. В

качестве критериев выбора наблюдательных участков выступают тре-

бования представительности, т.е. отражения

наиболее типичных усло-

вий развития процессов, их активности, практической значимости уча-

стков с учётом имеющихся материальных и финансовых ресурсов.

5. При региональных исследованиях для получения обобщённых

показателей особое значение имеет применение аэрокосмических мето-

168

дов наблюдений, при локальных – стационарных наземных наблюдений

с увеличением роли автоматизированных измерений основных изучае-

мых параметров.

6. Основным требованием к информации, получаемой на наблю-

дательных участках, является её оперативное использование для состав-

ления прогнозов ЭГП.

4.7.3. Сбор, обработка, анализ информации об экзогенных

геологических процессах и основных изменяющихся факто-

рах

В системе

мониторинга ЭГП важнейшую роль играют система-

тические данные об активности проявления ЭГП и факторах, их опреде-

ляющих.

Прежде всего, необходимо получать информацию о динамике

показателей активности ЭГП, отличающихся в зависимости от катего-

рии наблюдательных участков характером и частотой наблюдения.

Комплекс изменяющихся факторов проявления ЭГП определяет-

ся механизмом развития и типом

ЭГП. Важнейшими из них являются

метеорологические и гидрологические (атмосферные осадки, темпера-

тура воздуха, волнение и уровни морей и водохранилищ, расходы водо-

токов и т.п.)

Для характеристики многолетнего режима ЭГП необходимы

данные по следующим показателям метеорологических и гидрологиче-

ских факторов:

-количество осадков (в мм) за год, за тёплый и холодный

перио-

ды года, за определённый сезон;

-число дней с осадками различной величины (облачными и лив-

невыми, и т.д.), их интенсивность;

-средняя температура воздуха за год, за тёплый и холодный пе-

риоды года, по сезонам, за период снеготаяния, число дней с переходом

средней температуры воздуха через 0° и т.д

;

-число дней с различными циркуляционными процессами в се-

верном полушарии, классифицируемыми по типизации атмосферной

циркуляции.

Информация по метеорологическим и гидрологическим показа-

телям содержится в специальных метеорологических справочниках и

ежемесячниках, выпускаемых территориальными подразделениями

Госкомгидромета и при составлении временных рядов в основном не

требует специальной обработки.

169

При прогнозировании оползневого и некоторых других ЭГП из

изменяющихся факторов важнейшими являются гидрогеологические

условия, показателем для которых служит уровень грунтовых вод.

Для анализа информации об ЭГП и факторах, их обуславливаю-

щих, применяется широкий комплекс методов, включающий как про-

стые качественные, так и сложные математические методы. Сложные

методы реализуются на ЭВМ с

помощью специальных программ.

Оценка тесноты связи процессов и факторов осуществляется ко-

личественными и качественными методами. Качественная оценка про-

изводится по отношению к норме, количественная – преимущественно

на основании корреляционно – регрессионного анализа.

4.7.4. Автоматизированная информационная система для ве-

дения мониторинга экзогенных геологических процессов

Взаимосвязь автоматизированных информационных систем

(АИС) и мониторинга ЭГП

наглядно демонстрируется при рассмотре-

нии функциональной и компонентной структур литомониторинга (Оси-

пов, 1986).

В компонентном аспекте литомониторинг делится на четыре

подсистемы 1-го порядка: мониторинг горных пород; мониторинг под-

земных вод; мониторинг недр; мониторинг ЭГП. Следовательно, мони-

торинг ЭГП является подсистемой 1-го порядка литомониторинга. В

функциональном аспекте литомониторинг делится на три подсистемы:

получение

информации о структуре и свойствах геологической среды;

наблюдение и контроль за изменением геологической среды; оценка и

прогноз изменений геологической среды. Третья подсистема представ-

ляет собой АИС.

Таким образом, мониторинг ЭГП и инженерно-геологические

АИС являются одноуровенными подсистемами литомониторинга.

Реализация АИС в системе мониторинга ЭГП позволяет решать

следующие задачи:

• стандартизировать

формы сбора и хранения первичной ре-

жимной информации;

• перманентно корректировать сеть режимных наблюдений за

изучаемым ЭГП;

• автоматизировать трудоёмкие речные расчёты характеристик

процесса и факторов, его обуславливающих;

170

• уточнять методику проведения режимных наблюдений и пе-

речень показателей, определённых в процесс сбора и обработки мате-

риалов;

• разрабатывать прогнозно-диагностические модели, аппрок-

симирующие изучаемый процесс и на основе расчётов по этим моделям

прогнозировать ЭГП. Прогнозирование осуществлять перманентно, то

есть по ходу поступления новой режимной информации уточнять моде-

ли и

пересчитывать прогнозные параметры.

Реализация мониторинга ЭГП позволит: пересмотреть сущест-

вующую структуру организации стационарных режимных наблюдений;

увязать в единую систему все материалы режимных наблюдений; кон-

кретизировать цели и методику проведения наблюдений; создать еди-

ную методологическую базу для прогнозирования ЭГП; составлять и

перманентно вести прогнозно-диагностические модели, как отдельных

процессов, так и

комплексов, парагенетически связанных ЭГП.

4.7.5. Основные требования к региональной службе контро-

ля и прогноза опасных геологических процессов

Крупномасштабная хозяйственная деятельность, как правило,

активизирует или вызывает к жизни новые, ранее не известные на ис-

следуемой территории, самые разнообразные современные геологиче-

ские процессы, наиболее распространёнными и опасными среди кото-

рых являются загрязнение

подземных вод, подтопление населённых

пунктов, оползни, эрозия, термокарст, землетрясения и прочее.

С целью обеспечения необходимой информацией о современных

геологических процессах различных отраслей промышленности и сель-

ского хозяйства, рационального использования и охраны геологической

среды необходимо создать научно-производственную службу контроля

и прогноза опасных геологических процессов (службу геопрогноза или

литомониторинга).

Структура службы геопрогноза

должна включать:

- наземные и, при необходимости, аэрокосмические наблюда-

тельные сети, регистрирующие в автоматизированном режиме измене-

ния основных параметров, характеризующих современные геологиче-

ские процессы и внешние факторы, определяющие их развитие;

- лабораторно-экспериментальную и аналитическую базу;

- современные средства передачи, хранения и обработки инфор-

мации;