CC BY
34
относящихся к семейству альфеид (обычный вид - А]рЬеиз Ьеуюп^аШБ). Было показано, что сигналы этих животных представляют собой последовательность коротких (длительностью менее 1 мс без учета реверберации) импульсов со спектром, простирающимся до 12-15 кГц. Распределение интервалов между импульсами является пуассоновским, а распределение амплитуд близко к Гауссовскому для малых амплитуд, но отличается наличием резко выделенных по амплитуде значений, соответствующих сигналам, излучаемым животными в норах, расположенных близко к регистрирующему гидрофону. Максимальные уровни наблюдались при глубинах 4-8 м. На глубинах, больших 20 м, эти звуки не регистрировались. Было изучено распределение звуков по акватории и показано их ослабление в зонах со сниженной соленостью и быстрым течением. Изучение суточной изменчивости щелчков продемонстрировало лишь незначительное повышение уровня в вечернее время. В целом обращает на себя внимание сравнительно высокая стабильность сигнала, позволяющая уверенно выявлять присутствие и степень активности животных. Предварительные эксперименты дают нам основания говорить, что при любых резких нарушениях состояния акватории и, прежде всего, при загрязнении воды параметры звуков резко меняются. - наиболее типично при этом ослабление сигналов вследствие снижения иологиче-ской активности альфеид. Также предварительные данные позволяют нам утверждать, что, например, в акваториях Черного моря, основным источником ШБП могут являться мидиевые поля. Так же как и в Тихом океане регистрация ШБП может быть использована для неинназивного постоянного экологического мониторинга прибрежных водных районов.
КАСЭМА - КОМПЛЕКС АКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА АКВАТОРИЙ
Д.Ф.Такки (филиал ТРТУ, г.Геленджик)
The possibility of hydroacoustic sistems usage for solving problems of ocean environmental monitoring is discussed. A rational set of suitable devises is offered. The results of surveys carried out are given.
В 80-x - 90-х годах в НИПИокеангеофизика ГНЦ Южморгеология был разработан и внедрен в производство комплекс гидроакустических систем, предназначенных для поисков и разведки полезных ископаемых на морских акваториях. Многие составные части (системы) этого комплекса с успехом решают не только задачи геологоразведки, с не меньшим успехом они могут использоваться для выполнении экологического мониторинга на акваториях морей, озер и рек.
Основу комплекса составляют приборы, использующие для исследова-
ния подводных объектов принципы активной локации: эхолоты (ЭЛ), гидролокаторы бокового обзора (ГБО), акустические профилографы (АП). В зависимости от конструкции и назначения генераторы мощности этих приборов излучают колебания упругих волн в диапазоне частот от 2 до 500 кГц, а приемные устройства (акустические антенны) обеспечивают прием сигналов, отраженных от подводных объектов, которые после усиления проходят обработку и регистрацию. Результаты представляются в виде полутоновых изображений поверхности дна (или других объектов) и разреза донных осадков.
Исследование тонкой структуры поверхности дна основано на анализе характеристик интенсивности регистрируемых сигналов (амплитудные параметры, динамическая обработка) и дает возможность получения информации: о рельефе дна водоема, составе и мощности верхних слоев донных осадков, вещественном составе поверхности дна, наличии и характерных особенностях представителей ихтиофауны или других объектов, находящихся в толще воды, наличии и состоянии бентосных сообществ н растительности на дне водоема, структуре гидрологического разреза, глубинах и границах различающихся по плотности и температуре водных слоев от поверхности до дна и др.
Принцип действия, структурные и электрические схемы ГБО и АП подробно рассмотрены в соответствующих инструкциях, наставлениях, методических рекомендациях и т.п., поэтому остановимся только на основных проблемах, связанных с обработкой результатов измерений и получением информации для экологического мониторинга акватории. Основную часть информации для анализа представляют: изображение поверхности дна, получаемое гидролокатором бокового обзора, которое по своим характеристикам аналогично аэрофотоснимку земной поверхности. Разрез верхних слоев донных осадков дает акустический профилограф (рис. 1).
Как правило, системы ГБО и АП применяются в комплексе. Они устанавливаются на борту исследовательского судна (катера, лодки, понтона и т.п.), которое движется по намеченным маршрутам (профилям) и через заданный интервал времени производится зондирование поверхности дна в секторах, заданных диаграммой направленности акустических антенн. Таким образом, создается сплошное площадное изображение поверхности дна и разрез верхних слоев донных осадков вдоль линии движения судна.
Гидролокаторы бокового обзора и акустические профилографы для целей экологического мониторинга применяются в двух основных модификациях: высокой производительности (ГБО ВП и АП ВП) и высокого разрешения (ГБО ВР и АП ВР). Первые применяются при рекогносцировочных работах, вторые - при детальных исследованиях.
ГБО ВП работает на частоте 60 - 130 кГц и обеспечивает дальность обзора на каждый борт от 200 до 500 м. Его разрешающая способность составляет 0,5 - 2,0 м, что обеспечивает надежный контроль положения и состояния подводных кабелей, трубопроводов, позволяет выявлять имеющиеся утечки и участки, находящиеся в аварийном состоянии (провисания, разрывы, смещения и т.п.). ГБО ВП применяются при поисках затонувших объ-
36
ектов, контроле добычи полезных ископаемых: россыпей алмазов, ценных металлов, стройматериалов (песка, гравия) и затопленной древесины, а также при выборе места под гидротехнические сооружения (основания буровых платформ, опоры мостов) и трассы прокладки трубопроводов и кабелей. Наиболее эффективно применение ГБО ВП для проведения режимных наблюдений за состоянием прибрежных участков морского дна, подверженных волновому воздействию, и мелководных районов с глубинами до 100 м.
ГБО ВР работают на частотах 200 - 500 кГц. Они менее производительны по сравнению с ГБО ВП, но имеют более высокую разрешающую способность (5-10 см) и применятся для выполнения детальных исследований. Изображение объектов, получаемое ГБО ВР, приближается по качеству к телевизионному.
Акустические профилографы имеют различные модификации и принципы действия. Для целей экологического мониторинга наиболее приемлемы высокочастотные системы - АП ВР (10 - 30 кГц). Особую категорию этих приборов составляют АП ВР с узколучевыми параметрическими антеннами, обеспечивающими работу на мелководье с разрешающей способностью 0,05 -0,1 м.
Все рассмотренные типы систем могут комплексироваться в любых сочетаниях и могут работать одновременно с одного судна, а при необходимости - практически с любого плавсредства. Выбор оптимального комплекса зависит от поставленных задач по экологическому мониторингу. Для выполнения периодических режимных наблюдений заданного района с целью контроля состояния подводных сооружений (например, канализационных коллекторов) и выявления основных закономерностей литодинамики прибрежной зоны (размыва и направления переноса обломочного материала) целесообразно применять комплекс ГБО ВП + АП ВП + АП ВР. Для определения активного придонного слоя и контроля за загрязнением при добычных работах рекомендуется приме)шъ комплекс ГБО ВП + ГБО ВР + АП В Р.
Начиная с 1975 года, в НИПИокеангеофизика в процессе разработки новой гидроакустической аппаратуры и методики в рамках отраслевых научных программ, выполнявшихся под руководством и при непосредственном участии автора, проводились комплексные площадные исследования (гидрология, гидрография, гидролокация, геоморфология, экология) прибрежных и глубоководных участков дна в районах, прилегающих к г.г.Геленджик, Анапа, Новороссийск. При помощи разработанной и изготовленной оригинальной аппаратуры (ГБО, ЭЛ и АП) велись специальные и режимные наблюдения за состоянием подводных кабелей, трубопроводов глубоководного выпуска городской канализации, изучалось волновое воздействие на донные осадки и фиксировалось их перемещение, составлялись детальные карты глубин района, распределения донных осадков и растительности, осуществлялся контроль за объемами выемк_е8 и свалки грунта и песка, перемещенного из центра Геленджикской бухты на городской пляж и др.
На рис. 2, 3, 4, 5, 6 представлены фрагменты гидролокационной съемки в районах мысов Тарханкут и Пицунда, Цемесской и Геленджикской бухт
37
(Черное море).
На рис. 2 четко просматриваются следы донных рыболовных тралов и нарушения состояния донной растительности и бентосных сообществ, возникшие в результате воздействия этих тралов.
На рис. 3 показан фрагмент гидролокационного изображения каньона «Акула» (район мыса Пицунда, Черное море), хорошо видны масштабы эрозионной деятельности в прибрежной зоне и потоки обломочного материала, стекающие по континентальному склону в глубоководную впадину.
На рис. 4 и 5 наглядно представлены последствия разрыва трубы городского канализационного коллектора. Концентрические круги показывают распространение загрязнений на дне моря и в придонных слоях воды.
Рис. 6 Участки свалки и выемки грунта на дне Геленджикской бухты.
Рис. 7 Демонстрирует эффективность комплексирования методов бокового обзора и акустического профилирования.
Разработанные акустические системы и методика их применения широко использовались на Черном, Балтийском, Белом и Баренцевом морях при картировании участков, связанных с месторождениями полезных ископаемых и участков находящихся в зонах интенсивного воздействия приливо-отливных течений. Эти системы показали высокую эффективность при использовании экологическими патрулями, в частности, при поисках отравляющих веществ затопленных в Балтийском море после окончания второй мировой войны.
Разработанные акустические системы и методика их применения широко использовались на Черном, Балтийском, Белом и Баренцевом морях при картировании участков, связанных с месторождениями полезных ископаемых и участков, находящихся в зонах интенсивного воздействия приливо-отливных течений. Эти системы показали высокую эффективность при использовании экологическими патрулями, в частности, при поисках отравляющих веществ, затопленных в Балтийском море после окончания второй мировой войны.
ЧУ • .
А» (і і«***ч.г.иі* гччк}» л р.гЬ
У
Рис.1
Рис. 2
Рнс. 4
40
