CC BY
55
ИНФОРМАЦИОННАЯ СРЕДА ДЛЯ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЫ
Елена Петровна Янкович
Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина 30, старший преподаватель кафедры геологии и разведки полезных ископаемых, тел.(3822)42-14-64, email: yankovich@tpu.ru
Антон Станиславович Янкович
Томский политехнический университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина 30, студент кафедры геологии и разведки полезных ископаемых, e-mail: ayan@sibmail.com
В статье предложена методико-технологическая схема создания информационной среды для эколого-геохимической оценки состояния подземной гидросферы, на основе определения геохимических типов подземных вод с использованием геоинформационных технологий.
Ключевые слова: информационная среда, эколого-геохимическая оценка, подземные
воды.
INFORMATION ENVIRONMENT FOR ECOGEOCHEMICAL ASSESSMENT OF THE UNDERGROUND HYDROSPHERE
Elena P. Yankovich
Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, senior teacher, Department of Geology and Prospecting, tel. (3822)42-14-64, e-mail: yankovich@tpu.ru
Anton S. Yankovich
Tomsk Polytechnic University, 30 Lenin Avenue, Tomsk, 634050, student, Department of Geology and Prospecting, e-mail: ayan@sibmail.com
Methodological and technological scheme of creating an information environment for ecogeochemical assessment of the underground hydrosphere based on determination of the geochemical types of groundwater using GIS technologies is proposed in the article.
Key words: information environment, ecogeochemical assessment, ground water.
Информационная среда - это ресурс, который включает набор условий для технологической переработки и эффективного использования данных, при решении различных задач и принятии обоснованных решений. Информационная среда состоит из организованных определенным образом данных, методов и технологий работы с данными, программного и аппаратного обеспечения. Реализация конкретной информационной системы происходит с учетом методологических и технологических требований необходимых для выполнения поставленной задачи [3].
Государственный мониторинг подземных вод является частью государственного мониторинга состояния недр (ГМСН) и одной из составных
частей государственного геологического изучения недр Российской Федерации, (ст. 36.1 Закона «О недрах»). Мониторинг подземных вод изучает их состояние в природном (естественном) или нарушенном состоянии, обусловленном воздействием различных техногенных источников. Одна из составляющих мониторинга подземных вод это оценка состояния вод, выявление техногенных загрязнений. Система мониторинга имеет дело с пространственно-распределенными и географически привязанными данными, для работы с такими данными во всем мире применяются современные геоинформационные технологии [4]. Реализацией и возможностью использования таких технологий являются геоинформационные системы.
Современные достижения в исследованиях геологической эволюции системы вода-порода-органическое вещество [1] позволяют по-новому подойти к решению проблемы эколого-геохимического состояния подземных вод. Интегральной характеристикой состава вод, как следствия одной из стадий геологической эволюции системы вода-порода является геохимический тип воды, выделяемый по составу формирующихся вторичных продуктов выветривания и являющийся стабильной компонентой геологической среды [1,6]. На принципах выделения геохимических типов вод на основе их равновесия с вторичными минералами и изучения закономерностей распространенности элементов в водах разных геохимических типов возможно проведение эколого-геохимической оценки состояния подземных вод с выявлением природной и техногенной составляющей избыточного содержания элементов.
Цель создания системы - объединение на единой информационной основе данных наблюдений по скважинам, с возможностью их дополнительной обработки, осуществления различных выборок данных, пространственного моделирования, представления информации в виде карт. Прикладное значение геоинформационной системы (ГИС) заключается в использовании данных с целью обеспечения информацией для эколого-геохимической оценки состояния гидросферы. Концептуальной основой ГИС является изучение равновесия в системе вода-порода для определения геохимических типов вод в целях разделения данных на однородные совокупности и выявления повышенных содержаний компонентов разной степени аномальности, выделение участков, где происходит изменение качественного состава подземных вод, но концентрации веществ еще не превышают ПДК.
Технология формирования информационной среды зависит от состава, качества и формы представления информационных ресурсов.
Нами в качестве инструмента исследований было использовано программное обеспечение ЛгсОТБ, которое включает в себя интегрированный набор ГИС приложений. ЛгсОТБ является масштабируемой системой для создания, управления, интеграции и анализа географических данных. Приложениями ЛгсОТБ являются ЛгсМар, ЛгсСа1а^ и ЛгсТоо1Ьох. ЛгсМар используется для работы с пространственными данными и создания картографического продукта. ЛгсСа1а^ предназначен для поиска и управления пространственными данными. ЛгсТоо1Ьох обеспечивает средства конвертации и
геообработки данных. Для хранения данных в ГИС была выбрана модель данных база геоданных [2]. Выбор данной модели был определен решаемыми задачами и преимуществами модели данных базы геоданных. База геоданных (БГД) создается с помощью приложения ArcCatalog и включает классы пространственных объектов, наборы растровых данных, таблицы с результатами анализов проб воды. БГД составляет основу геоинформационной системы, но данные хранящиеся в информационной системе будут приносить практическую пользу при условии, что к ним применяются адекватные методы обработки, определенные из прикладных задач. Т.е. нам необходимо определить инструменты для построения поверхностей, способы объединения
пространственной и атрибутивной информации, приемы визуализации полученных результатов.
Для оптимизации работы с данными объединение пространственной и атрибутивной информации происходит в документе ArcMap. С помощью инструмента «Соединить» устанавливается связь по ключевому полю между пространственными объектами и таблицей, содержащей результаты химических анализов.
Для построения поверхностей распределения элементов в подземных водах выбраны методы обратно взвешенных расстояний и кригинга. Метод ОВР предполагает, что по мере увеличения расстояния от точки замера уменьшается влияние значения измеренной переменной. Кригинг - геостатистический метод, использующий статистические модели с автокорреляцией (учет статистических зависимостей между измеренными точками). Для получения оптимальных результатов методы используются в зависимости от плотности и распределения данных.
Таким образом, на базе ArcGIS создается геоинформационная система, представляющая систематизированный свод сведений, качественно и количественно характеризующий состояние подземных вод.
Методико-технологический подход к созданию информационной среды для эколого-геохимической оценки состояния подземных вод нами опробовался на данных характеризующих качественный состав подземных вод полигона «Томский».
Полигон «Томский» располагается, в основном, на междуречье рек Оби и Томи, административно входит в состав Томского района, на западе незначительная часть принадлежит Шегарскому и Кожевниковскому районам Томской области. На территории полигона «Томский» расположен один из крупнейших в России подземный водозабор, снабжающий питьевой водой г. Томск.
Стационарные наблюдения за режимом подземных вод мезо-кайнозойских отложений и палеозойских образований на рассматриваемой территории были начаты в 1962 году Томской режимной гидрогеологической станцией ТКГРЭ (с 1980 года ТГРЭ). Начиная с 1994 года и по сегодняшний день, наблюдением за подземными водами и обработкой данных мониторинга занимается Территориальный Центр «Томскгеомониторинг» (ОАО «Томскгеомониторинг»).
Вся информация о состоянии подземных вод ретроспективная и новые сведения подземных вод заносится в информационно-аналитическую систему (ИАС).
Из ИАС были отобраны данные по всем скважинам, расположенным в пределах полигона «Томский», которые включали себя характеристики химического состав вод, координаты скважин, глубину, дату бурения, дату ввода в эксплуатацию, водоносный горизонт и т.д. Вся информация была разбита на несколько таблиц, которые были импортированы в БГД. Благодаря возможности ArcMap формировать слой «событий» по таблице с координатами скважин, создается класс пространственных объектов «Скважины». Данные по результатам химического анализа воды по скважинам с помощью инструмента «Соединить» связываются с пространственными объектами. По ним можно делать различные выборки, выносить на карту интересующую информацию, строить поверхности распределения элементов, создавать обобщенные схемы районирования территории.
Исследование равновесия вод с вторичными минералами и выделение геохимических типов вод выполняется в MS Excel, затем по ключевому полю также устанавливается связь между пространственными объектами и таблицей, содержащей результаты. Это позволяет строить карты геохимических типов воды, выделять зоны однородности по геохимическим типам и выявлять тенденции.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Геологическая эволюция и самоорганизация системы вода-порода: в 5томах. Т.2: Система вода порода в условиях зоны гипергенеза/С.Л. Шварцев; отв. редактор Б.Н. Рыженко. - Изд-во СО РАН, 2007. - 389
2. Зейлер М. Моделирование нашего мира. Руководство ESRI по проектированию базы геоданных.- ESRI, 1999. - 254 с. (про форматы и бгд).
3. Методические рекомендации по использованию компьютерных технологий при построении гидрогеологических карт./ Сост. В.В.Куренной, З.А.Веселова и др., М. МПР РФ - 2001 г. - 61 с.
4. Королёв В. А. Мониторинг геологических, литотехнических и экологогеологических систем. / Уч. пособие / Под ред. В. Т. Трофимова. - М., КДУ, 2007. - 416 с.
5. Лурье И. К. Основы геоинформатики и создание ГИС. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. Часть 1. Под ред. А. М. Берлянта. - М.:Издательство ООО "ИНЭКС-92", 2002. - 140 с.
6. Шварцев С. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. Изд. 2-е, испр. и доп. - М.: Недра, 1998. - 366с.
© Е.П. Янкович, А.С. Янкович, 2012
