0
0
0

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТОВОГО МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ БАЗЫ ДАННЫХ КРИВОРОЖСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО БАССЕЙНА

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТОВОГО  МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ БАЗЫ  ДАННЫХ КРИВОРОЖСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО БАССЕЙНА

                                                      ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТОВОГО

МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ БАЗЫ

ДАННЫХ КРИВОРОЖСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО БАССЕЙНА


Система гидроэкологического объектового мониторинга подземных вод является составной частью Государственной системы мониторинга окружающей среды, которая представляет собой комплекс наблюдений, сбора, обработки, хранения и анализа информации о состоянии окружающей среды, прогнозирования ее изменений и разработки научно обоснованных рекомендаций для принятия решений относительно предотвращение негативных изменений состояния окружающей среды и соблюдение требований экологической безопасности. Приоритетами функционирования системы является защита жизненно важных экологических интересов человека и общества, сохранение природных экосистем, воспроизводство кризисных изменений экологического состояния окружающей среды и предотвращение чрезвычайных экологических ситуаций [2].

Система мониторинга подземных вод базируется на следующих принципах:

- систематичности наблюдений за состоянием подземных вод и влияющими на него техногенными объектами;

- своевременности получения и обработки данных наблюдений на ведомственном объектовом и обобщающих (местном, региональном и государственном) уровнях;

- комплексность использования мониторинговой информации;

- объективности первичной, аналитической и прогнозной информации и согласованности нормативного, организационного и методического обеспечения на разных уровнях мониторинга подземных вод;

– совместимости технического, информационного и программного обеспечения системы;

- оперативности доведения мониторинговой информации до заинтересованных органов, предприятий, организаций и учреждений.

Уровни государственной системы мониторинга подземных вод определяются в соответствии с территориальным распределением общественных интересов в области охраны окружающей среды и делятся на:

- общегосударственный, распространяющийся на всю территорию Украины;

- региональный, охватывающий территорию в пределах двух или более областей и Автономной Республики Крым, или распространяющийся на территорию сопредельных государств и акваторию морской экономической зоны;

- местный, охватывающий территорию внутри Автономной Республики Крым, области, рай-она;

- объектовый, распространяющийся на территорию отдельного производственного объекта и зону его влияния.

Таким образом, объектовый уровень мониторинга занимает самую низкую строчку в государственной системе мониторинга подземных вод и окружающей среды в целом. Он охватывает интересы одного или группы объединенных производственных предприятий и жителей территорий, граничащих с указанными объектами и испытывающих их влияние.

Вместе с тем, объектовый уровень мониторинга особенно важен, поскольку он осуществляется, как правило, на территориях и участках с наибольшими изменениями природной среды. Данные объектового мониторинга определяют вероятность исходной информации, используемой для принятия оптимальных управленческих решений и проектирования мероприятий по сохранению природных экосистем и предотвращению кризисных изменений экологического состояния окружающей среды.

На территории Криворожского железорудного бассейна режимные наблюдения за состоянием подземных вод проводятся на двух уровнях: региональном и объектовом. На региональном уровне мониторинг ведется Криворожской комплексной гидрогеологической партией,

КП "Южукргеология". На объектовом уровне режимные наблюдения осуществляются службами горно-обогатительных комбинатов (ГОК).

В процессе объектового мониторинга исследуется главным образом нарушенный режим подземных вод в условиях техногенного воздействия. Материалы исследований ежегодно передаются Криворожской комплексной гидрогеологической партии, которая ведет мониторинг подземных вод по территории деятельности объекта и согласовывает наблюдение регионального уровня с наблюдениями на объекте исследований (объектовом уровне). На наиболее экологически опасных объектах, наряду с объектовыми исследованиями, проводят исследования с помощью региональной или государственной сети наблюдений. Результаты наблюдений обобщаются и передаются государственным геологическим предприятиям Министерства экологии и природных ресурсов Украины.

В пределах Кривбасса режимная наблюдательная сеть государственного уровня по состоянию на 01.01.2002 г. состоит из 30 скважин, на 7 скважинах изучают состояние подземных вод в естественных условиях формирования; на 23 – в нарушенных. Наблюдательные скважины оборудованы водоносными горизонтами: четвертинных (5), неогеновых (5), палеогеновых (2) и кристаллических пород докембрия (18 скважин).

Наблюдательная сеть объектового уровня на 01.01.2002 г. состоит из 732 скважин, из которых 582 – действующие, охватывающие территорию Северного (ПНГОК), Центрального (ЦГОКа), Южного (НКГОК), Новокриворожского Ингулецкого (ИнГОК), горно-обогатительных комбинатов.

Мониторинговые наблюдения на территории ГОКов осуществляются по режиму уровней и химическому составу подземных вод.

Приведенное свидетельствует о том, что в количественном отношении бассейн в целом и отдельные ГОК имеют обширную сеть наблюдательных скважин системы мониторинга подземных вод Кривбасса, однако существующая сеть скважин и методика мониторинга требуют определенной целевой оптимизации, особенно связи с закрытием горнодобывающих предприятий, шахт и разрезов.

Исходя из главных задач мониторинга подземных вод в бассейне и существующего состояния действующей локальной сети наблюдений, последовательность работ по оптимизации системы мониторинга подземных вод должна включать:

- детальный анализ состояния подземных вод в бассейне, его изменений за период эксплуатации горнодобывающих предприятий с определением размеров и направлений влияния отдельных объектов инженерной инфраструктуры;

- оценку соответствия существующей сети и методики мониторинга размерам и темпам изменений, происходящих в подземных водах бассейна в целом и отдельных его участках;

- проектирование и реализацию мероприятий по оптимизации системы мониторинга в соответствии с определенными тенденциями и интенсивностью процессов, происходящих в подземных водах, с учетом календарных планов развития горнодобывающих работ и закрытия нерентабельных предприятий.

Целевая оптимизация сети мониторинга подземных вод в бассейне должна осуществляться с соблюдением двух основных принципов:

- высокой результативности и достаточности для решения эколого-гидрогеологических проблем бассейна;

- экономической целесообразности ведения режимных наблюдений по тому или иному пункту (скважине, гидрометрическому посту) сети мониторинга с учетом его информативности для получения конечного результата мониторинговых работ – использование данных мониторинга для решения эколого-гидрогеологических проблем, которые возникают или могут возникнуть пределах территории бассейна и в зоне его воздействия, а также на отдельных участках с существенными техно-генными изменениями естественного состояния подземных вод.

Согласно этому дальнейшие работы по такой оптимизации рекомендуется выполнить в три этапа.

На первом этапе предлагается провести работы по приближению сети мониторинга к типовым схемам размещения пунктов наблюдений на 3 уровнях:

- уровень бассейна в целом с выделением пунктов наблюдений, характеризующих общую депрессионную воронку в подземных водах региона;

- уровень отдельных ГОКов с выделением пунктов наблюдений, характеризующих особенности режима подземных вод, присущи конкретным схемам размещения объектов их производственной инфраструктуры и соответствующему влиянию на подземные воды;

- уровень отдельных объектов производственной инфраструктуры, которые влияют или могут повлиять на состояние подземных вод.

Второй этап оптимизации сети мониторинга подземных вод в бассейне рекомендуется проводить с использованием автоматизированной базы данных (АБД) мониторинга подземных вод путем соответствующего количественного анализа режима с применением методов статистической обработки данных наблюдений за изменениями уровней и химического состава подземных вод во времени и в пространстве. При этом целесообразно использовать методы анализа временных рядов, анализа и сравнения карт, включая тренд – анализ и методы взаимной корреляции. Применение методов статистического анализа с использованием АБД мониторинга подземных вод позволит в сжатые сроки осуществить дополнительную оптимизацию сети и методики мониторинга подземных вод в бассейне с использованием количественных статистических (параметрических или непараметрических) критериев.

Третий этап оптимизации и методики мониторинга подземных вод в Кривбассе рекомендуется осуществить путем имитационного моделирования гидрогеологических условий бассейна в целом и отдельных его участков на базе соответствующей математической модели бассейна. Имитационное моделирование гидрогеологических условий бассейна с многовариантными схемами мониторинга позволит окончательно оптимизировать сеть и методику мониторинга подземных вод в соответствии с процессами, происходящими в подземных водах бассейна под влиянием современного этапа горнодобывающих работ, а также планов разработки руд на перспективу. , шахт и разрезов

В сложных горно-геологических и гидрогеологических условиях бассейна оптимальным путем достижения конечной цели мониторинговых работ является создание геоинформационной системы на базе существующих компьютерных технологий накопления, хранения, обработки и анализа информации о состоянии подземных вод. Создание такой системы позволит решить следующие важные вопросы:

- сбор и накопление существующей информации относительно геологического строения, гидрогеологических условий бассейна и факторов воздействия на подземные в оды;

- упорядочение и систематизацию имеющейся геолого-гидрогеологической и горной информации, накопленной за период разведки и добычи железных руд в бассейне, ее комплексную обработку и анализ пространственных изменений, которые происходили и происходят в подземных водах под влиянием горнодобывающих работ за весь период эксплуатации бассейна;

- разработку многоуровневой (от бассейна в целом до отдельных его участков) постоянно действующей гидрогеологической модели бассейна с целью прогнозирования дальнейших изменений в подземных водах и определения (путем имитационного моделирования) экономически и экологически обоснованных мер по оптимизации системы мониторинга подземных вод и предотвращению кризисным и чрезвычайным ситуациям, которые могут возникнуть в связи с техногенными изменениями в подземной водоносной системе;

- совместимость системы локального мониторинга подземных вод в Кривбассе с другими уровнями системы государственного мониторинга вод и государственной системы мониторинга окружающей среды в целом.

В системе мониторинга подземных вод геоинформационная система предоставляет возможность вводить и накапливать информацию, составлять запросы, проводить анализ данных наблюдений за подземными водами путем автоматизированного построения графиков режима подземных вод по отдельным пунктам наблюдений, их сравнительного визуального и количественного анализа, компьютерной. построения настенные карты уровней и химического состава подземных вод, осуществлять статистическими методами сравнения карт с целью объективного количественного анализа изменений, происходящих в подземных водах бассейна в целом и на отдельных его участках.

Разработка и создание геоинформационной системы мониторинга подземных вод должна производиться в два этапа.

На первом этапе должно быть создано АБД мониторинга подземных вод. Структура базы должна включать следующие главные составные части:

- классификаторы;

- комплекс технических и программных средств для ввода, накопления, хранения и обработки информации;

- фактографическую информацию;

– картографическую информацию.

Содержание каждой из указанных составных частей АБД в значительной степени было разработано при разработке и создании автоматизированной информационной системы государственного водного кадастра (АИС УИК) по разделу "Подземные воды" в геологических предприятиях и учреждениях Минэкоре-сурсов Украины.

Последовательность работ по созданию информационного, программного и технического обеспечения ИБД по условиям бассейна включала:

- уточнение структуры и объема имеющейся геолого-гидрогеологической и эксплуатационной информации;

- создание комплекса технических и программных средств для ввода, накопления, хранения и обработки информации;

- Информационное насыщение, опытно-промышленное испытание и ввод системы в эксплуатацию.

В системе мониторинга подземных вод АБД дает возможность проводить анализ данных наблюдений за подземными водами путем автоматизированного построения графиков режима подземных вод по отдельным пунктам наблюдений, их сравнительного визуального и количественного анализа, компьютерного построения карт уровней и химического состава подземных вод, осуществлять статистическими методами сравнения настенную карту с целью объективного количественного анализа изменений, происходящих в подземных водах бассейна в целом и на отдельных его участках.

На втором этапе создания геоинформационной системы мониторинга подземных вод необходимо разработать многоуровневую гидрогеологическую модель Кривбасса, которая должна включать модель бассейна в целом, модели отдельных гидрогеологически и хозяйственно обусловленных частей бассейна и локальные модели отдельных, выделенных по направлениям и интенсивности воздействия на подземные воды участков бассейна. (зоны влияния отдельных шахт, карьеров, хвостохранилищ, прудов-накопителей, терриконов и т.п.).

Разработка многоуровневой гидрогеологической модели Кривбасса начата одновременно с разработкой АБД, рекомендованной на первом этапе работ. Это обеспечит создание геоинформационной системы (ГИС) мониторинга подземных вод бассейна в относительно сжатые сроки. Кроме того, разработка и ввод в эксплуатацию отдельных составляющих ГИС может осуществляться отдельными блоками, что ускорит получение экологического и экономического эффекта от внедрения рекомендуемой автоматизированной системы.

Согласно разработанной специалистами Национальной академии наук Украины, Министерства промышленной политики Украины, Государственного комитета Украины по геологии и использованию недр и Министерства охраны окружающей природной среды и ядерной безопасности Украины концепции системы геоэкологического мониторинга Криворожского железорудного бассейна [3] в Межотраслевой лаборатории геоэкологических проблем Криворожского бассейна Министерства промышленной политики Украины и НАН Украины разработана система компьютерной обработки геолого-гидрогеологических данных Криворожского железорудного бассейна, начиная от накопления информации на машинных носителях и первичной обработки до решения различных прикладных задач [ 1]. Эта система включает два блока – фактографический и картографический и обслуживается разработанной нами компьютерной программой.

Фактографический блок гЭоинформационная система представляет собой базу данных геологической, гидрогеологической и гидрохимической информации. Указанная база состоит из ряда отдельных таблиц, содержащих разнообразную геолого-гидрогеологическую информацию, позволяющую накапливать и обрабатывать данные о режиме уровней и химическом составе природных (подземных и поверхностных) вод Кривбасса. Подавляющее большинство информации ГИС "Гидрорежим Кривбасса" хранится в численном и символьном виде, однако часть ее кодируется с помощью классификаторов. Классификаторы и структура таблиц геоинформационной системы "Гидрорежим Кривбасса" максимально унифицированы с классификаторами и таблицами АИС УИК, что позволяет экспортировать результаты объектового гидрогеоэкологического мониторинга в общегосударственный.

Картографический блок состоит из комплекта векторных и растровых карт.

Введенные в базу данные картографически привязаны к топографической основе, что позволяет быстро и эффективно анализировать разноплановую геоэкологическую информацию и строить настенные карты, наглядно отражающие результаты этого анализа.

Благодаря обработке и анализу фондовых материалов в базу заложены данные о конструкции и геологическом разрезе скважин, оборудованных на водоносные горизонты в кристаллических и покровных отложениях, в том числе: 30 скважин государственной сети наблюдений и 732 скважин объектового уровня. В базу введено около 10000 результатов химических анализов природных вод, около 33000 скважино-лет замеров уровней подземных вод.

Система компьютерной обработки геолого-гидрогеологической информации по территории Криво-Режского железорудного бассейна позволит оптимизировать работы по сбору, обработке, хранению и анализу информации о состоянии окружающей природной среды, а в комплексе с постоянно действующей моделью гидрогеологических условий - прогнозировать его изменения и разрабатывать научно обоснованные рекомендации по выработке эффективных управленческих решений.

Применение компьютерных технологий позволяет осуществлять многовариантное моделирование мероприятий по оптимизации системы наблюдений и проектных решений по защите горных выработок, инженерных сооружений и окружающей среды в целом. Отдельно следует отметить, что в существенно измененных длительной добычей руд гидрогеологических условиях Кривбасса, оптимально построенная система мониторинга подземных вод обеспечивает получение наиболее достоверной информации о современном эколого-гидрогеологическом состоянии территории бассейна и возможных его изменениях под влиянием дальнейшего развития горнодобывающих работ. шахт.


1. Аксём С.Д., Багрий И.Д., Мамышев И.Е. Компьютерная система геоэкологического мониторинга Кривбасса // Геол. Журнал – № 1 – 1999. – С. 63–65.

2. Методические рекомендации по выполнению работ по оптимизации системы объектового мониторинга подземных вод на территории ГОК Криворожского железорудного бассейна / Багрий И.Д., Пышная Н.Г., Кузьменко О.Б., Ак-сем С.Д. и т.д. – К.: Институт геологических наук НАН Украины. – 2002. – 72 с.

3. Система геоэкологического мониторинга Криворожского железорудного бассейна: обоснование и концепции / Багрий И.Д., Белоус А.Н., Гожик П.Ф., Гопкало Н.В. и др. // Геол. Журнал – № 3–4. – 1998. – С. 139–146.