CC BY
16References
[1] Nazarenko G.I., Guliyev Ya.I., Ermakov D.E. Medical Information Systems: Theory and Practice. Moscow: FIZMATLIT, 2005, p.320.
[2] Gusev A.V. Overview of the market of integrated medical information systems. Physician and Information Technology, №6, 2009, p. 4-17.
[3] Gusev A.V. Medical Information Systems: State, Level of Use and Trends. Physician and Information Technology, №3, 2011. p. 6-14
[4] Gusev A.V. Medical Information Systems Market: Overview, Changes, Trends. Physician and Information Technology, №3, 2012 r. p. 6-5.
[5] Gusev A.V. Romanov F.A., Dudanov I.P., Voronin A.V. Information systems in healthcare. Petrozavodsk: Publishing House PetrSU, 2002. p.120.
[6] Safarov T.S., Turakulov, S.X., Nabiyeva, I.S., Nabiyeva, S.S. Efficiency medical information systems in diagnostics.®./ Theoretical & Applied Science, 11 (79), 301-305.Year: 2019 Issue: 11 Volume: 79, Published: 20.11.2019 http://T-Science.org.
[7] Safarov T.S., UrakovSh.U., Sobirov R.A. Automated control system for the movement of information flow in a unified information environment of the clinic. International scientific and technical conference Advanced Information Technologies. Collection of scientific papers, April, 2018, Samara. p.744-747.
[8] Safarov T.S., UrakovSh.U. A systematic approach to computer support of medical activities in a clinical setting. Magazine. Technique and Technology. No. 3. 2009. Moscow: Publishing House "Sputnik + Company" p. 43-45.
[9] Safarov T.S., Urakov Sh.U., Rustamov A.A., Turakulov Sh.Kh. The modular principle of developing a multifunctional expert system for the differential diagnosis of diseases. Electronic Journal: Questions of Science and Education. Moscow, №28,
2019, c.103-109.
https://scientificpublication.ru/h7arkhiv-zhurnala-
voprosy-nauki-i-obrazovaniya.html
[10] Simankov V.S., Halafyan A.A. System analysis and modern information technology in medical decision support systems. M.: BinomPress LLC, 2009. - 362 p.
[11] Podolnaya M.A., Taperova L.N. Features of the design of medical diagnostic system. Information technology in healthcare. 2002. No. 8-10. p.10-11.
[12] Saati T.L. Elements of queuing theory and its applications. -M.: Libracom. 2010. -520 pp.
[13] Pavsky V.A. Queuing theory. Kemerovo Technological Institute of Food Industry. Kemerov. 2008, p. 116
[14] Kartashevsky V.G. The basics of queuing theory. M.: Hotline-Telecom. 2013. p. 130
[15] Buslenko N.P. The method of statistical modeling. M.: Statistics, 1970. p. 112
Hakimjon Nasriddinovich Zayniddinov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Head ofthe Department of Information Technologyof the Tashkent University
ofInformation Technology named after Muhammadal-Khorezmi.
Gulnoza Toshpulatovna Safarova - Senior lecturer at the Department of Software Engineering of the Samarkand branch of TashkentUniversity of Information Technology namedafter Muhammad al-Khorezmi.
The paper has been received on 03/04/2020.
3D-моделирование для прогноза воздействия на окружающую среду Айдар-Арнасайской озерной системы при разлычных сценариях изменение водохозяйственной
обстановки
Ж.Х.Джуманов1, Н.А.Сайфуллаева1, Э.А.Анорбоев2, Н.М.Мирзанова1 1 Ташкентский университет информационных технологий, Ташкент, Узбекистан 2Государственное предприятие «Институт ГИДРОИНГЕО», Ташкент, Узбекистан
Аннотация. В работе изучены пространственного распределения фильтрационных характеристик территорий Айдар-Арнасайской озерной системе (ААОС) в пределах РУз. Обобщены данные природно-техногенных объектов, полученных в результате анализа и схематизации гидрогеологических условий рассчитаны гидрогеологические параметры водоносного горизонта. Разработаны принципы построения геоинформационной системы на основе современных ГИС-технологий, обоснованы граничные и начальные условия, разработана региональная математическая модель территории ААОС на основе современных моделирующих программ Visual Modflow для анализа и оценки динамики развития ААОС и ее связь с компонентами геологической среды. Приведены и оценены факторы формирования подземных вод с учетом изменения водохозяйственных условий, освещено их современное состояние и даны рекомендации по обоснованию задач мониторинга подземных вод на этих территориях.
Ключевые слова: Вода подземная, ГИС, моделирование математическое, краевые условия, влияние озерной системы, геофильтрационный процесс, банк данных, подпор подземных вод, мониторинг подземных вод, управление водными ресурсами.
Введение
Вода, как один из основных компонентов природной среды, имеет решающее значение для обеспечения жизни на Земле. Проблемы ресурсов и качества вод, их определяющей роли для экономики и функционирования экосистем в XXI веке приобрели особую актуальность, как в Среднеазиатских странах, так и мире в целом. Одна из двух основных рек бассейна Аральского моря река Сырдарья является как трансграничных рек ирригационно-питьевых водных ресурсов, так и ресурсом гидроэнергетикой [2, 7, 13]. Республики Кыргызстан и Таджикистан расположены в верхнем течении, Узбекистан в среднем и Казахстан в нижнем течении реки. Сток реки Сырдарья регулировался в основном для нужд орошения. Для этого было построено несколько водохранилищ в верхнем и среднем течении реки, также как Токтогульское, Кайраккумское и Чордарьинское и др., водохранилища [5].
В результате попусков воды из Токтогульского водохранилища в зимний период 1993-2019 гг. в количестве 37,61 км3 уровень воды в Айдар-Арнасайской озерной системе (ААОС) повысился на 10,9 м. с 236 м (1991 г.) до 245,9 (2006 г.), до 246,8 (2018 г.), длина ААОС увеличилось -250 км, ширина до 15 км. В зимний период, сработка водохранилища привела к затоплению части земель в среднем течении и сбросу воды в Арнасайское понижение. На сегодня в Арнасайском понижении накопилось более 40 км3 воды. Это водохранилище стало источником дестабилизации природной среды на значительной площади. В тоже время резко сократился объем
доступной воды для орошения
сельскохозяйственных культур. Отмечался дефицит оросительной воды в 2000- 2018 г. в Сырдарьинской и Джизакской областях, в Центральной Фергане Узбекистана и южном Казахстане [2, 5, 7]. ААОС является одним из самых важных мест зимовки водоплавающих в Узбекистане и Центральной Азии. В зимний период здесь концентрируется от 60 до 120 тысяч птиц. В последние годы, из-за недостаточного попуска воды, объем воды и площадь акватории значительно сокращается, на землях осушенной территории увеличилось содержание солей.
Правительством Узбекистана разработан реализуется план действий по обеспечению стабильности экологической обстановки и эффективному использованию ААОС на период 2008 - 2020 годы. Однако, дальнейшая судьба озерной системы, возможность стабилизации ситуации, целиком зависит от работы Токтогульского водохранилища. Напомню, что в 2008 году, ААОС, как важный природный объект, была включена в Рамсарский список водно-болотных угодий, имеющих международное значение.
1. Математические модели на основе
СОВРЕМЕННЫХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ (ГИС)
Из-за своих географических и климатических особенностей водные ресурсы и почвы Узбекистана сильно подвержены влиянию отрицательных экологических факторов. Деградация земель является наиболее важным фактором, приводящим к снижению продуктивности земель, падению
урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства. Деградация земель обусловлена и их подтоплением, что и вызвало необходимость проведения исследований влияния ААОС на гидрогеологические условия северной части Голодной степи. ААОС образовалась в северной части Голодной степи в многоводный 1969 году в результате сброса в озеро Айдар 21 км3 воды из Чардаринского водохранилища [2, 9]. Приведенные данные свидетельствуют о влиянии ААОС на гидрогеологические условия северной части Голодной степи и требуют своего изучения на основе 3D визуализаций современными геоинформационными системами (ГИС) и методом математического моделирования, и в дальнейшем разработки природоохранных мероприятий.
Целью данной роботы является разработка природоохранных мероприятий на основе оценки и прогноза воздействия ААОС на окружающую среду при различных сценариях изменения водохозяйственной обстановки в северной части Голодной степи методом 3D моделирования и на основе ГИС.
Для исследования процесса изменения гидродинамического (и гидрохимического) режима подземных вод ААОС и голодной степи необходимо предусмотреть следующих комплекс работ. Задачи исследования предлагаемой работы:
Сбор геоданных, анализ и оценка динамики развития ААОС и изменение компонентов геологической среды;
Создание геоинформационной системы ААОС на основе ArcGIS;
Разработка математической геофильтрационной модели ААОС при различных сценариях изменений водохозяйственной обстановки;
Разработка 3D моделирования и произведение многочисленных вычислительных экспериментов для расчета геометрических характеристик ААОС;
Разработка рекомендации по созданию автоматизированного мониторинга взаимосвязи поверхностных и подземных вод ААОС;
Разработка обшей концепции природоохранных мероприятий ААОС.
В сборе геоданных (рис. 1.), в геологическом строении ААОС принимают участие породы палеозоя, образующие крупный ассиметричный антиклиналий с рядом, прорванным многофазовым гранодиоритовым интрузивом на юге и юго-западе [9]. На остальной территории, на поверхности широко развиты континентальные неоген-четвертичные отложения значительной мощности, представляющие наибольший интерес и определяющие условия формирования современных гидрогеологических и инженерно-геологических процессов.
В настоящее время суммарная площадь водоема около 3400 км2, объем 40 км3. Исследованиями ГП «Институт ГИДРОИНГЕО [2, 14] установлено влияние ААОС подземные воды на прилегающие территории. После сброса воды из Чардаринского водохранилища в 1969 годы в оз. Айдар площадь озерной системы достигла 200 км2, а минерализация
воды изменялась от 2 до 4 г/л. С 1993 г в связи с эксплуатаций Чардаринского водохранилища попуски воды возобновились, причем наибольшие абсолютные отметки уровня прослеживались с марта до июня месяца и последующим спадом до конца года (энергетический режим эксплуатации водохранилища). Попуски воды в марте месяце составляли 1390 млн. м3, в апреле 242 млн. м3 в июне 1019 млн. м3, после чего до конца года они отсутствовали. В последующие годы происходил постоянный подъем уровня воды в системе озер со сбросом поверхностного стока в зимние месяцы и первые месяцы весны.
Арнасайская котловина является в целом региональной дреной для плиоцен- четвертичного водоносного комплекса Голодной степи [2, 14], но ААОС видоизменили гидродинамическую структуры за счет подпора верхней зоны ПВ на: а) для грунтовых вод -6-8 км, (ГидроХимКуст-77); б) для субнапорных -10-15 км (ГидроХимКуст -86);в) для напорных вод-35 км. (Гидро-сейсмическая скважина №3814, г. Сырдарья). Здесь уровень напорных вод поднялся на 1,7 м (+6,4 м -1993 г; +8,1 м-2016 г.). Расположенным в северной части объекта исследований Голодной степи в пределах РУз, где деградация водо-земельных ресурсов значительна ввиду изменение водохозяйственной обстановки в регионе.
На модели же часто удается получить характеристику процесса относительно с проведением вычислительного эксперимента, проконтролировав в то же время точность получаемых результатов. Более того, сейчас моделирование все шире используется и для исследования гидрологических и
гидрогеологических процессов, сама физическая сущность которых становится ясной лишь в результате геоинформационного моделирования [1, 3, 6].
В первом случае имеется ввиду взаимосвязь поверхностных и подземных вод, а во втором об геофильтрационной моделировании, которое может считаться разновидностью математического моделирования, т.е., численное моделирование -исследование дифференциальных уравнений процесса на ЭВМ (в этом последнем варианте моделирование сводится, в конечном счете, к решению систем алгебраических квазилинейных уравнений параболического типа с изучаемым процессом), к последнему относится геоинформационное моделирования, т.е., учет данных с территориально распре-деленный геометрических характеристик исследуемого явления с учетом географических координат [3, 4, 6].
Эффективность моделирования будет, конечно, решающим образом зависеть от того, насколько глубоки и обоснованы упомянутые представления. В настоящее работе для решения гидролого-гидрогеологических задач применяются следующие методы: гидродинамические, гидравлические, балансовые, автоматизированный мониторинг, гидрогеологических и экспертных оценок. Выбор метода зависит от сложности геолого-
гидрогеологических условии оцениваемого месторождения или района, степени их изученности, целевого назначения расчетов и наличия опыта [4, 8, 10]. При гидрогеологических расчетах оценка отдельных элементов выполнялся как каким-либо одним, так и различными методами, а также с использованием комбинированных методов. Это зависело как от теоретической разработанности методики, оценки отдельных элементов подземных вод так и от требуемой достоверности и детальности, которые для этих элементов могут быть существенно различными.
Массив водонасыщенных горных пород представляет собой весьма сложную физическую систему; т.е. мерой внутренних сил, действующих в горной породе, служат напор и уровень подземных вод. Используемая математическая модель основана на системе уравнений, которые описывает нестационарный плановый поток грунтовых вод в связанных между собой водоносных горизонтах. Геофильтрации грунтовых вод в водоносном горизонте описывается системой дифференциальных уравнений нестационарной плановой фильтрации в частных производных параболического типа, имеющей следующий вид [1, .15]:
дк д (,, дк) д(,,дк ] , Н - к , г
и— = —I кк— 1 + — I кк— I- к0-+ / ,1Ч
дг дх | дх | ду у ду) 0 Н (1)
и* д-Н = ^(г дН ]+А(г дН ]+ко Н^ - бскв
дп дх У дх) ду у ду) Н
с начальными и граничными условиями,
8 —
Ц Лх2
x — х0,
о,
x * X/
0
У = Уо У * Уо
h(x,y, t) = ф,у); (x,y) е G, t — to H(x,y,t) — g\(x,y), (x,y) е G, t — to ^ h(x,y,t) = y(x,y); (x,y)e Г, t > t0
H(x,y,t) — Wi(x,y), (x,y)е Гх, t > too, dh
, (2)
, (3)
- кк— = цг(г), (х,у) е Г2, t > го (4) дп
дк
- кк— = у(ка - Н), (х, у) е А з, г > ^ (5) дп
где и и Д* - коэффициент свободного и упругая водоотдачи водоносного и напорного горизонта (безразмерная величина); h=h(x, у, 0 и Н=Н(х, у, ^ -уровень грунтовых вод от водоупора до свободной поверхности и напорном горизонте, м; к и Т -коэффициенты фильтрации и водопроводимости, м/сут; /(х, у, t)=Q<гQд-Qисп-инфильтрационное питание грунтовых вод, складывается из части атмосферных осадков и поливных вод (фильтрации из реки, каналов), просачивающихся в водоносный горизонт. Здесь: Qисп - испарение с уровня грунтовых вод, имеет площадной характер и является функцией пространственных и временных координат; Qв - в случае канала, реки, питающей подземные воды; Qд - в случае дрены, дренирует подземные воды; Qскв -расход скважин; Qскв=Q(t) 5(х-хо, у-уо) г>г0; 5-функция Дирака;
(р(х,у), Фл(х,у)
•л и/ ■> тц -заданная и достаточно гладкая
функция в в; У(х,у), -заданные функции на
границе Г -Г3; Уг (г) -известные функции, если участок границы непроницаем или проходит через линии тока; х, у - пространственная и г - временная координаты, го - начальное время расчета.
Исследуем изменение УГВ, т. е. решим уравнение (1)-(5) в области G; эту область назовем областью фильтрации и предположим, что она ограничена достаточно гладкой кривой Г,-, в разрезе это непрерывная линия. Водообмен водотоков в водоносном горизонте можно пред-ставить в следующем виде [16]): при питании из реки, или
Q = к(кр - к/Ф); канала: р р ' при дренировании
Qд = к(кд - к/Ф); „ грунтовых вод: д д ' Qр -
фильтрационные потери из реки; Qд - величина
дренирования грунтовых вод; Ф - фильтрационное
сопротивление водотоков; кр - уровень воды в реке
или уровень воды в канале; кд - уровень воды в
дрене; напорные подземные воды питаются в
основном за счет подземного притока, разгружаются
путем восходящей фильтрации в верхний слой и
подземным оттоком в пролювиальную равнину или в
отложения речных долин.
Уравнения (1)-(5) составляют основу математической модели фильтрации подземных вод в межгорных речных долинах. В настоящее время широкое развитие получило геоинформационная система с внедрением в нее моделировании и автоматизации - помощью которой на современном этапе решаются многие задачи. С начала ГИС использовался для сбора, проверки, интеграции и анализа информации, с большим числом групп операций, необходимого для систематизации и схематизации геоданных [3, 6]. Некоторые операции характеризовался взаимосвязанностью ручных и компьютерных методов анализа карт, схем и другие. Важнейшую функцию ГИС как инструмент анализа информации, решение задачи сбор и подготовки, разработки структуры (рис. 2-3), построения базовых и тематических карт, а также задачи, связанные с пространственным анализом геоданных и моделированием. В процессе подготовки исходных данных для математической модели, произведены работы по преобразованию различных типов пространственных
гидрогеологических данных (например, от изолиний топографической карты к модели рельефа ГИС, местоположение скважин, гидрологический сеть и др.); хранению и выборке фактического материала, эксплуатационные запасы подземных вод и их использование (табл. 1) водный баланс ААОС, организации пространственных данные для их анализа, редактированию манипуляции данными и их оценки (Рис. 4-5).
тТ ArcCatalog Arclnfo E:\Project_AAOS\Project_AAOS.gdb
Fie Ed* View Go Geoçrocessng Customize Windows Help
о в x йвиа Q ш Î3 ® П 5» ; â -
Location: E:\Ptc^_AAOS\Piotect_AAOS gdb
Catalog Tree ' x] I Contents Review Description L
S £j Project_AA0S £ □ AAOS S £] Dem S Ш ASTGTM_N40E067_dem.tf ft Ш ASTGTM_N4Œ068_deffl.tf S. Ш ASTGTM_N40E069_dem.tif S G Project.AAOS.gdb S & Adm_data S & Geology Name Type
ÇpAdn_data Q3 Geology ÇpHydogeobgy Çp Hydrology ^Meteorology Q3 Morphology ÇpTopoyaphy Fie Geodatabase Feature Datas» Fie Geodatabase Feature Data» Fie Geodatabase Feature Datas» Fie Geodatabase Feature Datas» Fie Geodatabase Feature Datas» Fie Geodatabase Feature Datas» Fie Geodatabase Feature Datas»
S Çp Hydogedogy S Ö Hydotogy S & Meteorology S Çp Morphology ffi Çp Topography Q obzor_393.mxd
ft Ш Oteor_AydarAm_2.jpg v < >
1
Рис. 2. Структуры геобазы данных
Анализ и картографирование рельефа в крупном масштабе показал, что в рассматриваемом районе по генетическим и геометрическим признакам, таким как покатость, бессточное руслообразное понижение, выделяются Арнасай и озерная равнина Тузкан. Горные возвышенности достигают 220-1100 м над уровнем моря, относительные превышения водоразделов над руслами долин обычно не превышают 100-200 м и редко достигают 400 м. Крутые и скалистые водоразделы и склоны развиты здесь так же, как и в среднегорье, в области распространения известняков метаморфических сланцев верхнего силура, среднего девона и карбона. Здесь выделяются следующие формы рельефа [2, 14]:
а) Низкогорье, резко расчаленное со скалистыми крутыми склонами;
J AAOC 0 Hydro_geo_map_all l.jgw 1KB Файл JGW
> Engine jeo_map ^ Hydro_geo_map_al l.pg 4 039 КБ Рисунок JPEG
> Geo_map * Hydro_geo_map_aBl.jpg.aux... 8КБ Документ XML
CJ Geomorfology_map Hydro_geo_map_all l.jpg.ovr 2 219 КБ Файл "OVR*
<i> Gran_us_UGV ^ Hydro_geo_map_a6.jpg 20 929 КБ Рисунок JPEG
Hydro_geo_map * Hydro_geo_map_al.jpg.aux.xml 1КБ Документ XML
> KFM.AOOC Hydro_geo_map_al.jpg.ovr 2296 КБ Файл "OVR"
Plazstjeiefa Гидрогео_карта l.jgw 1КБ Файл "JGW"
Vodoprov_t Гидрогео_карта l.jpg 10 475 КБ Рисунок JPEG
CJ Vzaenosvyaz " Гилporeo_Kapial.jpg.aux. xml 7КБ Документ XML
AAOS Гидрогео_карта l.jpg.ovr 3903 КБ Файл "OVR"
AAOS_model_2017 Гидрогео_карта.]рд 19 030 КБ Рисунок JPEG
О AAOS_model_2019 * Гидрогео_карта.рд.аих.хт1 1КБ Документ XML
AAOS_NewGeodatabase_14. Гидрогео_карта. jpg. ovr 4 275 КБ Файл "OVR'
а с-> агйк
а Ч^ Дгпаиу.тоБ.Оуегуюул И О Сору_АА05_М ок1уаЬг 9 ¿1 Copy.AAOS.M_2015 а О Copy.A40S_model.2018 а Сору.Ьле.ААСК.тосИ.го а > Сет В с; Сеокчу.АДОС
Рис. 3. Фрагмент гидрогеологических данных
б) Низкогорье со сглаженными крутыми склонами;
в) Слабо расчлененное с крутыми склонами;
г) Со сглаженными пологими склонами. Низкогорный резко расчлененный рельеф
развит в южной и юго-западной частях Нуратинского хребта. Максимальное абсолютные отметки составляют 1000-1100м.
Гидрогеологические условия района. Описываемый район включает в себя Северо-Нуратинское предгорное месторождение подземных вод, которое расположено на сочленении Сырдарьинского артезианского бассейна и Нурата-Туркестанской группы бассейнов трещинных вод, а также частично Дустликское и Восточно-Кызылкумское месторождение подземных вод. [9]. Водоносный комплекс аллювиально-пролювиальных
верхнечетвертичных отложений (apQШ) распространен на севере описываемой территории, занимая значительную площадь предгорной равнины. Он является первым от поверхности. Водовмещающие породи представлены чередующейся толщей галечников, песков, щебня, перекрытых с поверхности суглинками и супесями. Мощность суглинков и
супесей увеличивается с юга на север и составляет 0,5-20 м. Подстилаются отложения описываемого комплекса, в центральной части площади, средне четвертичными, а на, западе - миоценовыми на востоке - плиоценовыми отложениями. По мере удаления от гор в разрезе начинают преобладать суглинки, супеси, а галечники и щебни постепенно сменяются песками, дресвой и гравием [2, 9, 14].
Рис 4. Трехмерная модель рельефа ААСО на основе ГИС
Мощность водоносного комплекса колеблется 30-80 м. Общее направление движения потоков грунтовых вод с юга на север, по направлению к разливу Айдар. Уклоны зеркала грунтовых вод уменьшаются от предгорий к равнине от 0,008 до 0,002. Глубина залегания уровня грунтовых вод от предгорий по направлению к разливу Айдар от 83 м до 1,0м. Глубина залегания уровня подземных вод изменяется от 116 м вблизи гор до 1-2 м у разлива Айдар [2, 14].
Уровни подземных вод среднечетвертичных отложений слабо подвержены сезонным колебаниям. Амплитуда колебания уровня не превышает 0,7м. максимум отмечается в июне-июле, минимум ноябре-январе. Подземные воды комплекса вскрыты большим количеством скважин, которые рассредоточены по всей предгорной равнине хр. Нуратау от поднятия Писталитау (на востоке) до поднятия Дарбаза (на западе). Расходы скважин колеблются от единиц литров до 22,5 л/сек, а удельные дебиты от десятых долей л/сек до 6 л/сек. Коэффициенты фильтрации изменяются от 6 до 24 м/сутки. При этом следует отметить, что наилучшими фильтрационными свойствами и высокой водообильностью плиоценовые отложения характеризуются в центральной части территории, (в то время как в юго-восточная часть месторождения,
плиоценовый водоносный комплекс
характеризуется низкой водообильностью) [2,10, 14]. В пределах моделируемой площади работ находятся 40 действующих колодцев, 2 одиночных скважины один групповой водозабор в пос. Янгикишлак и грунтовые водозаборы на семи участках бывших совхозов «Нурата» и «Кызылча». Колодцы рассредоточены по всей предгорной равнине, но наибольшее количество их находится в прибрежной полосе Айдара шириной 10 км. Глубина колодцев в зависимости от глубины залегания уровня грунтовых вод колеблется от 5 до 90 м. При таких глубинах, они вскрывают водоносные комплексы как верхнечетвертичных отложений, так и верхнего плиоцена. Водовмещающие породы, которые вскрываются колодцами, представлены конгломератами в предгорьях и щебнем галькой, песками, супесями на равнине. В модели для отбора воды из колодцев примненялся насос по производительности в зависимости от глубины залегания извлекаемой воды колеблется от 0,3 до 1 л/сек. В среднем по площади она составляет 0,7 л.сек. По режимным данным колодцы с апреля месяца по ноябрь, в среднем, в сутки эксплуатируются 2 часа, а с декабря по март месяцы работают 0,5 часа. Общий объем
извлекаемой всеми колодцами воды в разрезе года составляет не более 0,5 л/сек. [2, 5, 14].
Рис. 5. Пространственный анализа геоданных на основе ГИС
Предварительный коэффициент водо проводимости (Т=Кт м2/сут) определялся по приближенной зависимости Т=аg, предложенной П.П. Нагевичом [10], где g - удельный дебит л/с; а эмпирический коэффициент, равный для пластов напорного: 125-150; квазинапорного 100-125; безнапорного полуограниченного 75-100, (питающая граница) 50-75. Это величина представляет минимальное значение Кт, которое принималось в качестве предварительного, характеризующего водопроводимость
опробуемого пласта только при использовании удельного дебита совершенной скважины. В случае несовершенной по степени вскрытия пласта скважины полученная величина водопроводимости характеризовал часть пласта в пределах длины фильтра скважин [5, 14].
Вышеописанной данной проведены геофильтрационная схематизация
гидрогеологических условий и создана типовая базовая модель нестационарной геофильтрации на основе программы Ыой¥1оч>. (Рис. 6.)
Водный баланс на 2009 г. м3/сут отрицательный расходные статьи превышают приходные -1360226 м3/сут. На основе оценки площадей водной поверхности ААОС по космическим снимкам и других фактических материалов составлена многолетняя
морфометрическая характеристика ААОС за
период с 1994 по 2016 год включительно (см. Рис. 7).
Из анализа таблицы №2, следует, что за рассматриваемый период горизонты воды в ААОС на 1 января каждого года непрерывно росли и к 01.01.2006 года находились на отметке 246,82 м, пролив 237,58 м на 01.01.2012 года составляли 245,81 м. При этом, средне годовой уровень в системе составлял от 238,34 м в 1993 году и 246,79 м в 2009 году, а в 2016 году 248,07 м. В это же время площадь ААОС к 2006 году по сравнению с 1993 увеличилась на 1556,2 км2 и составляла 3601,2 км2 пролив 2045 км2 в 1993 году, а к 2012 году сократилась до 3345,4 км2 т.е. на 255,8 км2. С 2013 года наблюдается минусовые годовые изменение горизонта воды в системе на: -0,37; -0,17; -0,37; -0,16 м.
Динамика уровня зеркала озерной системы за период с 2000 по 2013 год собрана по материалам Джизакского БУОС и Госкомприроды представлена на рис. 7., а объем попусков из Чардаринского водохранилища по месяцам в млн.м3 полученных по тем же источникам на графике. По полученным материалам составлена зависимость объема воды от уровня воды в Айдар-Арнасайской водной системе рис. 7.
Таблица 1
Эксплуатационные запасы подземных вод и их использование по Северо-предгорному месторождению
Местоположение Запасы Сведения об В том числе по
Наименование МПВ, администра- тыс. м3/сут эксплуатации фактический отбор тыс. м3/сут использованию
участков ториальная единица - район Всего по категориям А+В+С ХПВ ПТВ ОДЗ В ОП
По состоянию на 01.01.2014 г.
Джизакская область
Предгорное Северо-Нура-тинское месторождение, в том числе Узункудук Фаришский 48,20 48,20 7,5 5,5 2,0
Навоийская область
Предгорное месторождение,
в том числе участки: Балтасаудыр, Ташкенбай, Джунай 3я ферма, Талдык 2я ферма, Баши, Мечет 1-2я ферма, Арбаб Нуратинский 191,8 78,8 1,26 0,16 1,1
Колхоз Нурата Нуратинский 0,951 0,951 0,61 0,18 0,43
Кызылча Нуратинский 2,446 2,446 2,4 2,4
ИТОГО 11,77 8,24 2,0 1,53
По состоянию на 01.01.2016 г.
Джизакская область
Предгорное Северо-Нуратинское месторождение, в том числе Узункудук Фаришский 48,2 48,2 5 3 2
Навоийская область
Предгорное месторождение,
в том числе участки: Балтасаудыр, Ташкенбай, Джунай 3я ферма, Талдык 2я ферма, Баши, Мечет 1 -2я ферма, Арбаб Нуратинский 191,8 78,8 1,74 0,17 0,53 1,04
Колхоз Нурата Нуратинский 0,95 0,95 4,12 0,5 3,62
Кызылча Нуратинский 1 1 Нет сведений
ИТОГО 10,86 3,67 2 0,53 4,66
По состоянию на 01.01.2018 г.
Джизакская область
Предгорное Северо-Нуратинское месторождение, в том числе Узункудук Фаришский 48,2 48,2 5 3 2
Навоийская область
Предгорное месторождение,
в том числе участки: Балтасаудыр, Ташкенбай, Джунай 3я ферма, Талдык 2я ферма, Баши, Мечет 1 -2я ферма, Арбаб Нуратинский 191,8 78,8 4,12 0,5 3,62
Колхоз Нурата Нуратинский 0,95 0,95 Нет сведений
Кызылча Нуратинский 1,74 0,17 0,53 1,04
ИТОГО 10,86 3,67 2 0,53 3,62 1,04
При рассмотрении материалов наблюдений за уровнем подземных вод Джизакской ГГС авторы исходили из строительного СН и П согласно которого выделяются при зоны подтопления: -сильно подтоплен-ная с глубиной уровня подземных вод от 0 до 1 м; - подтопленная с глубиной уровня подземных вод от 1 до 3 м; -слабо подтопленная с глубиной уровня подземных вод от 3 до 5 м. Зоны подтопления выделены с учетом того, что при глубине до 0,6 м
использовании таких земель для сельского хозяйства мало эффективно, древесные нахождения развивается. При УГВ не ниже 1,2 м, на этих же глубинах располагается фундаменты в поисках городского типа. На глубинах от 1 до 3 м расположены все подземные коммуникации и основания фундаментов ирригационно-технических сооружений, на которые подземные воды оказывают негативное влияния.
925 узлы сетки Рис. 6. Сеточная модель ААОС на основе Modflow
Общий водный баланс ААОС
Таблица 2
№ Приходные статьи, м3/сут
Статьи баланса на 1994 г. на 2009 г. на 2016 г.
1 Сброс по КДС 6288392 6943104 6539616
Акбулак 951264 287712 514080
Пограничный 303264 266976 237600
Клы 1325576 986688 772416
ЦГК 3708288 5401728 5015520
2 Сброс Чардаринского водохранилища 25187123 580000 4495616
3 Атмосферные осадки метеостанции Янгикишлак 2197786 3951912 2621327
4 Приток подземных вод со стороны Северного Нурата 203040 203040 203040
5 Приток подземных вод со стороны Голодной степи 112320 112320 112320
Итого 33988661 11790372 13971919
Расходные статьи, м3/сут
1 Испарение с зеркала ААОС (по данным ОАО «Узсувлойиха») 7892603 12232210 11915123
2 Суммарный водоотбор 8760 10860 10860
3 Потери на фильтрацию (по данным ОАО «Узсувлойиха») 185523 287528 280077
4 Использование воды на орошения 620000 620000
Итого 8086886 13150598 12826060
2. Визуализация результатов
МОДЕЛИРОВАНИЯ
На основе ГИС по космическим снимкам определены площадь водоемов и площади
ветленда на сентябрь 2011 года приведены на Рис.7 и в Таблице 3. Оценены площадей водной поверхности водоемов ААОС (табл. №4). В ААОС помимо сброса поверхностных вод из Чардаринского водохранилища имеет место
дренажный сток из коллекторно-дренажной сети территорий Сырдарьинской и Джизакской областей, причем сброс по ЦГК, Пограничному, Акбулакскими коллекторами и коллектору (реки) Клы составляет 97% дренажного стока [2, 14].
Эти величины составляют одну из приходных статьей баланса, по которой рассчитаны параметры модели. Средние годы расходы коллекторов м3/сек за период с 2000 по 2016 г. и внутригодовые распределение стока по коллекторам питающим ААОС. В оценке естественных ресурсов подземных вод,
рассмотренные материалы свидетельствуют о том (рис. 8-9), что подтопление имеет место вдоль южного берега ААОС т.е. в северо-восточным районам озера Тузкан и Айдар, что хорошо соотноситься с результатами имитационной модели (рис. 8-11) баланса попусков из Чардаринского водохранилища и наблюдениями автоматизированными устройствами
разработанной авторами по скважине №3Н заданной в северо-восточной части озера Тузкан.
3500
3000
2500
2000 2
|500 1000 500
Многолетний ход уровня воды в ААСО(на 1-е число каждого месяца) и объемы сбросов из Чардаринского
водохранилища
л
250 248 246 244 242
240Ю
I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
230
238 236 234 232
(О
IW млн.м куб. -Н,м.абс
Рис. 7. Сравнительный график объемов площади водоемов и ветленда
Оценка площадей водной поверхности водоемов ААОС
Таблица 4
Водоем Площадь водной поверхности, га Площадь ветланда, га
Чардаринское водохранилище 26186,31 4630,32
Арнасайская система озер 19724,04 10739,34
Система озер Айдаркуль и Тузкан 314817,48 28196,37
Итого 360727,83 43566,03
Из хронологического графика по этой скважине видно, что в течении второй половине 2014 г. и первой половине 2015 г. здесь была равнина в основном зона среднего подтопления а с 07.09.2014 по 07.09.2015 г. подтопления подтверждает результатов моделирования.
Из рассмотренного материала следует, что на территории где расположена ААОС уже к 1992
году сформировалась устойчивая зона подтопления, размеры и глубина залегания подземных вод в которой меняется в зависимости от размеров затопленных площадей (рис. 10-11). Подтопленные зоны представлены грунтовыми и напорными водами с небольшой разницей в отметках, обусловленной конкретными причинами.
0
O
Puc. 8. 06^ee 3D Bug AAOC Ha Mogeju
o
Puc. 9. 3D Bug c $HJKтpaцнoннLIMн napaMeTpaMH
mum
Puc. 10. npoBegeHHe BtHHcnHTentHtix экспepнмeнтов Ha 3D MogempoBaHHe
Puc. 11. 3D MogernpoBaHHe c oTMeTKoft ragporooranca
з. Заключение
Создана информационно-справочная система ААОС на основе ГИС и разработана локальная база данных (ЛБД) по результатам ранее выполненных исследований. Разработана математическая геофильтрационная модель потока подземных вод на основе прилегающих к территории
влияния ААОС. Формированы цифровых картографических пространственно-временных качественных и количественных показателей подземных вод, обработку космоснимков, картосоставительские работы, численные и аналитические расчеты.
ГИС используются также для выборки и формирования распределенных по водосбору данных измерений, используемых затем в качестве входных данных в цифровых гидрологических моделях. В будущем интеграция гидрологических моделей в ГИС-программы вместе с обработкой материалов наблюдений на станциях и постах в реальном времени может решить многие проблемы гидрологического прогнозирования.
По отдельным территориям имеет место перераспределение напоров и уровня подземных вод во времени. Так по кусту 61ар в 1992 году уровни грунтовых вод превышал уровень напорных вод, а в 2003 г. после возобновившихся сбросов из Чардаринского водохранилища в озерную систему напорные воды поднялись выше грунтовых вод. Уровни воды в ЦГК чуть ниже, чем в водохранилище;
- следовательно, ни потерь, ни подпитки минерализованной водой быть не должно.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Агасандян Г.А. Эколого-экономические аспекты моделирования водохозяйственных систем. М.: Изд-во ВЦ РАН, 1994. - 32 с.
[2] Гайназаров Х.Э. Ведение Государ-ственного мониторинга подземных вод на территории Джизакской области" (отчет Джизакской ГГС за 20072010 гг.). -Ташкент. Фонды ГП "Институт ГИДРОИНГЕО"
[3] Гусев И.А., Ивлиева Н.Г. Об опыте интеграции трехмерного компьютерного моделирования и ГИС// Картография и геодезия в современном мире: Мат-лы 2-й Всерос.науч.-практ.конф. -Саранск: Изд-во Мордов. Ун- та. - 2014. - С. 193-197.
[4] Джуманов Ж.Х., Расулов Б.Т., Девяткин Е.Л. Социально - экономическое значение подземных вод Чирчикского бассейна и проблемы охраны их ресурсов. Т. Проблемы питьевого водоснабжения и экологии. «Университет» 2002. стр. 241-246
[5] Джуманов Ж.Х., Хабибуллаев И.Х. Маленин О.В., Факторы формирование техногенного объекта в Айдар-Арнасайском понижении предгорного месторождения подземных вод. Интеграция науки и практики как механизм эффективного развития геологической отрасли РУз/ Мат-лы междунар. науч.-тех. конф. -Т.: ГП «НИИМР», 2014. С. 415-418
[6] Джуманов Ж.Х., Адылоа А.А., Бегимкулов Д.К., Рахмонов Т.Н. К созданию 3х-мерной модели
- по данным службе эксплуатации изменение уровня воды в водохранилище в октябре-январе, когда нет притока и забора воды из чаши, составляет около 1 см/месяц (при уровне Д246,5-247 м). Если принять что при наполненном водохранилище потери возрастут даже вдвое, сумма потер на фильтрацию, с учетом дополнительной емкости составит 3840 млн. м3/год
- площадь зеркала Арнасайского водохранилища, емкостью 950 млн. м3 на отметке А249,5 м составит 231,8 км2, на отметке А245 м (мертвый объем): составляет 168,32 км2.
- фактические потери на испарение будут зависеть от режима опорожнения водохранилища, который в свою очередь зависит от фактической водообеспеченности орошаемых земель и дефицитов воды на орошение.
- за вычетом всех потерь, для целей орошения может быть использовано в среднем 437440 млн. м3/год.
Результаты исследований будут использованы для улучшения экологической, в частности, гидрогеологической обстановки в северной части Голодной степи Узбекистана. Широко использоваться организациями Госкомприроды РУз, Гидромет РУз, Зем.Кадастр и Министерством СВХ Узбекистана (Обл. Водхозами), частными фермерами АВП, научно-исследовательскими институты и Сырьдарьинской, Джиззакской и Наваинской гидрогеологическими режимными станциями, научно-исследовательские и проектные институты РУз, а также Южно-Казахстанской Гидргогеолого-Мелиоративной Экспедицией.
месторождений подземных вод // Проблемы, развитие и инновационные направления геологических наук в Узбекистане// Матер.-ли Респуб. науч.-тех. конф. ТашГТУ. 2013. С. 229-232
[7] Karimov A, Giordano M., Borisov V., Djumanov J. Of trans boundary basins, integrated water resources management (IWRM) and second best solutions: the case of groundwater banking in Central Asia//IWA Water Policy. London, UK. 2012, Volume 14 (1); p.9-111
[8] Майоров А.А., Соловьёв И.В., Дубов С., Цветков В.Я., Шкуров Ф.Ф. Мониторинг инфраструктуры пространственных данных. -М.: Изд. МИИГАиК 2012. -198с.
[9] Мирзаев С.Ш. Запасы подземных вод Узбекистана. -Ташкент. ФАН 1974 г.
[10] Нагевич П.П. Формирование и распределение фильтрационных свойств аллювиальных водоносных горизонтов: основные факторы, процессы и признаки. -Т. ГП «Институт ГИДРОИНГЕО», 2013. 136 с.
[11] «Об организационных мерах по обеспечению рационального использования биологических ресурсов Айдар-Арнасайской системы озер» Постановление Кабинета Министров Республики Узбекистан №124 7.03.17
[12] «О воде и водопользовании» Закон Республики Узбекистан. -Т. 1.05.1993
[13] Rakhmatullayev Sh., Frederic H, Kazbekov J, Philippe C. Djumanov J. Groundwater resources of Uzbekistan: an environmental and operational overview// Central
European Journal of Geosciences//SPRINGER-Versita. Germany. 2012. №4 (1) P. 67-80. [14] Cаидoва C.A., Вoвлeнкo Л. Вeдeниe Гocyдаpcтвeннoгo моииториига пoдзeмиыx вод иа тeppитopии РУз" (oтчeт
Джуманов Жамолжон
Худайкулович - Зав. кафeдpoй «Компьютернью системы» Tашкeитcкoгo Уиивepcитeта Информационных тexиoлoгий им«ии Мухаммада ал-Xopeзми, д.т.и., проф«ссор
к i
Сайфуллаева Акрамовна
пpeпoдаватeль «Компьютернью Tашкeнтcкoгo Информационных
Наргиза
-Cтаpший кафeдpы cиcтeмы» Уиивepcитeта тexпoлoгий
имeии Мухаммада ал-Xopeзми
за 2001-2010 гг.). -Tашкeит. Фонды ГП "Институт ГИДРОИИГЕО 2009 г.
Анорбоев Эркин Анварович -
научный сотрудник лаборатории «ГИC-тexнoлoгии» Гocyдаpcтвeннoгo пpeдпpиятиe «Институт ГИДРОИИГЕО»
Мирзанова Нозима Маратовна
-AcOTcrenr кафeдpы
«Компьютернью системы» Tашкeитcкoгo Унивepcитeта Информационных технологий им«ии Мухаммада ал-Xopeзми
Cтатья поступила 05.02.2020
3d Modeling for Predicting the Environmental Impact of The Aydar-Arnasay Lake System Under Different Scenarios, Changes in
the Water Management Situation
J.X. Djumanov1, N.A. Saifullaeva1, E.A. Anorboev2, N.M. Mirzanova1 1 Tashkent University of Information Technologies, Tashkent, Uzbekistan 2 State Enterprise "Institute HYDROINGEO", Tashkent, Uzbekistan
Abstrsact. The research is studied spatial distribution of the filtration characteristics of the territories of the Aidar-Arnasay Lake System (AALS) within the Republic of Uzbekistan. The data of natural-technogenic objects obtained as a result of analysis and schematization of hydrogeological conditions are generalized, and the hydrogeological parameters of the aquifer are calculated. The principles of constructing a geo-information system based on modern GIS technologies are developed, the boundary and initial conditions are justified, a regional mathematical model of the AALS territory is developed based on modern modeling programs Vizual Modflow for analyzing and assessing the dynamics of the development of AALS and its relationship with the components of the geological environment. The factors of groundwater formation are given and evaluated taking into account changes in water management conditions, their current state is highlighted, and recommendations are given for substantiating the tasks of groundwater monitoring in these territories.
Key words: Underground water, GIS, mathematical modeling, boundary conditions, the influence of the lake system, geofiltration process, data base, groundwater abatement, groundwater monitoring, water resource management.
References
[1] Agasandyan G.A. Ecological and economic aspects of modeling water management systems. M.: Publishing House of the VTs RAS, 1994. - 32 p.
[2] Gainazarov H.E. Conducting State monitoring of groundwater in the Jizzakh region" (report of the Jizzakh GHS for 2007-2010). -Tashkent. Funds of the State Enterprise "Institute of HYDROINGEO"
[3] Gusev I.A., Ivlieva N.G. On the experience of integrating three-dimensional computer modeling and GIS // Cartography and geodesy in the modern world: Materials of the 2nd All-Russian Scientific-Practical Conference. -Saransk: Publishing House of Mordov. Unta. - 2014. - S. 193-197.
[4] Djumanov J.X., Rasulov B.T., Devyatkin E.L. Socio -economic significance of the underground waters of the Chirchik basin and problems of protecting their resources. T. Problems of drinking water supply and ecology. "University" 2002. pp. 241-246
[5] Djumanov J.X., Khabibullaev I.Kh. Malenin OV, Factors formation of a technogenic object in the Aydar-Arnasaysky lowering of the piedmont underground water field. Integration of science and practice as a mechanism for the effective development of the geological industry of the Republic of Uzbekistan / Mat-intern. scientific conf. -T.: SE NIIMR, 2014. P. 415-418
[6] Djumanov J.X., Adylov A.A., Begimkulov D.K., Rakhmonov T.N. To the creation of a 3-dimensional model of groundwater deposits // Problems, Development and Innovative Directions of Geological Sciences in Uzbekistan // Mater.-Li Repub. scientific conf. Tashkent State Technical University. 2013.S. 229-232
[7] Karimov A, Giordano M., Borisov V., Djumanov J.X. Of trans boundary basins, integrated water resources management (IWRM) and second best solutions: the case of groundwater banking in Central Asia // IWA Water Policy. London, UK. 2012, Volume 14 (1); p.9-111
[8] Mayorov A.A., Soloviev I.V., Dubov S., Tsvetkov V.Ya., Shkurov F.F. Monitoring Spatial Data Infrastructure. - M.: MIIGAiK Publishing House, 2012.- 198 p.
