Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Оценка условий сельскохозяйственного водоснабжения степной зоны Южного Урала на основе аэрокосмической гидроиндикации

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Оценка условий сельскохозяйственного водоснабжения степной зоны Южного Урала на основе аэрокосмической гидроиндикации"

г и

г зй

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР

Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

На правах рукописи УДК 556.3:550.814.06 (575.172),

ШИРОКОВ Михаил Юрьевич

Оценка условий сельскохозяйственного водоснабжения степной зоны Ккного Урала на основе аэрокосмической гидроиндикации

Специальность 04.00.06 Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 1989

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском" институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

доктор географических нг.ук С.В.Викторов

доктор геолого-минералогических наук Б.Н.Можаев

кандидат .геолого-минералогических наук М.А.Хордикайнен

Уральский региональный центр "Аэрокосмоэкология"

Защита диссертации состоится "М " г.

в 10 час. на засед£ чи специализированного совета Н.071.II.01 по присуждении ученой степени кандидата геолого-минералогических наук при Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) по адресу: 142452, Московская область,•Ногинский район, пос.Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСЕГИНГЕО. Просим Вас принять участие в работе спецсовета или направить Ваши отзывы в 2-х экз., заверенные печатью, по указанному адг--су ученому секретарю. _ ,

Автореферат разослан " ____1^90г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат геол.-мин.наук Ъ1,Ыпина—- И.М.Цыпина

Научный руководитель Официальные оппоненты: -

Ведущая организация

- ' J. !

0Би^Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальноеть работы. Продовольственная проблема на Южном СЮ) Урале не может быть решена без улучшения сельскохозяйственного водоснабжения.

В условиях распространения трещиноватых / закарстованных коллекторов это требует постановки комплекса поисковых исследований, включающих геофизические, буровые, опытные и другие работы. При' наличии множества рассредоточенных объектов с малыми потребностями, такой путь приводит к большим затратам и не может ра.ссматрива.ться как рациональный. Предполагается, что существенный вклад в повышение эффективности поисковых работ может внести аэрокосмическая гидроиндикация. Однако, методика поисков и оценки условий водоснабжения для мелких водопотребителей на основе аэрокосмической гидроинцика.ции разработана недостаточно и нуждается в усовершенствовании. '

Целью диссертационной работы является оценка.' условий сельскохозяйственного водоснабжения степных ра.йонов Ю.Урала, на. основе совершенствования теории и методики аорокосмической гидро-индика.ции.

Для достижения названной цели необходимо было решить следующие основные задачи: изучить состояние поисков подземных вод для целей сельскохозяйственного водоснабжения в массива.х трещинных и трещинно-карстовых пород и зонах тектонических нарушений, возможности и особенности использования аэрокосмической гидроиндика.ции в районах горно-складчатых поясов, природные факторы, определяющие распространение и формирование подземных вод Ю.Урала; установить индикаторы гидрогеологических условий; разработать методику аэрокосмпческой гидроинцикации позволяющую выполнить оценку условий сельскохозяйственного водоснабжения исследуемого района.

На.учная новизна, работы:

- установлено, что вероятностный количественный прогноз гидрогеологических условий с помощью материалов дистанционных съемок (ВДС) реализуется путем разработки функциональных геоиндикационных моделей. В качестве объекта, моделирования выступают

гидроиндикационные системы;

- усовершенствована, методика поисково-оценочных гидрогеологических работ для целей сельскохозяйственного водоснабжения районов В.Урала;

- разработаны системы гидроиндикаторов, позволяющие с'помощью гидроиндикационных моделей осуществлять вероятностное количественное прогнозирование минерализации подземных вод, дебитов ч удельных дебитов'скважин типовой конструкции;

- предложен оптимальный для условий распространения трещинных и трещинно-карстовых пород и зон тектонических нарушений тип гидроиндикационной модели;

- составлена карта районирования территории по условиям сельскохозяйственного водоснабжения.

- Практическое значение заключается в усовершенствовании методики поисково-оценочных работ для целей сельскохозяйственного водоснабжения объектов сельского хозяйства, выделении площадей и .участков, перспективных для разведки месторождений подземных вод, создании картографической основы позволяющей оптимизировать планирование народно-хозяйственных мероприятий с позиций рационального использован/л и охраны подземных вод.

Реализация роботы. Результаты исследований используются в практике работ КкУралгипроводхоза и ПГ0"Ур.1Лгеология" при планировании и проведении поисково-разведочных гидрогеологических работ, опредс^'-"'^ ч'очек заложения водозаборнж скважин. Усовершенствованная в работа методика гидроиндика.ции послужила, обоснованием сети дозиметрического контроля подземных вод Свердловской ОблСЭС о районе Белоярской АЭС, была использована институтом "УрглНИИВХ" при разработке мероприятий |\!инзодхоза РСфСР по гражданской обороне.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы изложены в 7 публикациях, отражены в 6 производственных и тематических отчетах, а такие доложены на Научно-производственной конференции по использованию космо-аэрометодов при геологических

------и гидрогеологических~исследованиях в ~ПГО"Оренбурггеология"

IОренбург,1981), на. УП Уральской конференции молодых геологов и геофизиков Урала IСвердловск,1983), на 1,П и Ш Всеуральских совещаниях по рациональному использованию и охране подземных вод

Урала и сопредельных территорий vСвердловск,1?83; Оренбург, 1986; Челябинск,1989), на научно-техническом семинаре Мингго РСФСР го методике геоиндикационного дешифрирования (Свердловск, 1986), на республиканской конференции Тувинской АССР,посвящен -кой проблемам охраны окртжсв^ей среды чКызыл,19885, на территориальной научно-практической конференции по охрпне окружающей среш горнорудных районов Урала (.Свердловск, 1988).

Диссертационная работа является итогом научно-исслецовя-тсльской и производственной деятельности автора за период 19801989г. Исследования проводились в рагжах производственных и тематических работ ПГО"Уралгеология". Автором наряду с материалом личных исследований использованы фондовые и литературные материалы об особенностях природных условий ¡0.Урала, данные по бурению >1000 гидрогеологических скважин, результаты съемочных поисковэ-ра?ведсчнь:х и зэрофотогеологических работ 11ГО"Уралгеология".

Структура и объем -работы. Диссертация состоит из введения, cer.ni глав и заключения. Содержание работы изложено на 122 стр. машинописного текста., содержит 9 табл., 37 илл. Список литера-Т'дзк содержит 184 наименования.

В процессе исследований и написания работы автор пользовался советами и консультациями доктора г.-м.наук А.В.Садова, доктора г.-м.даук В.п.Островского, доктора геогр.наук A.C. Викторова, канд.г.-м.наук Л.А.Островского, А.И.Лыгинз, Л.Б.Бронникова. Перечисленным товарищам, а также сотрудникам Уральской гидрогеологической экспедиции и Лаборатории аэрокосмических методов ВСЕПШГьО, сказавшим поддержку и помощь в оформлении диссертации, автор выражает свою благодарность.

СОдЕРКАг РАБОТЫ

I. С0СТ0Ш1Е ПОИСКОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДЛЯ ЦЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В УСлОЬИЯХ РАСПРОСГР/ЖНИЯ ТРЕЩИНОВАТЫХ и ЗАКАРСТОВАгШХ КОЛЛЕКТОРОВ

Поиски и оценка условий водоснабжения опираются на изучение закономерностей распространения и формирования скоплений подземных вод. Для районов распространения трещиноватых и язкаретованных коллекторов, эти вопросы изучены и рассматрива

ются в трудах O.K. Ланге, Г.Н.Каменского, Ф.П.Саваренского, Б.В.Боревского, Г.А.Максимовичу, Н.И.Плотникова, Н.И.Толстихи-на, Л.С.Язвина и цр. На Урале им-посвятили свои работы Н.Д.Буданов, Н.И.Плотников, В.И.Аношина, А.С.Веретенникова,Б.Н.Герасименко и др.

Специально вопрвсами сельскохозяйственного водоснабжения занимался М.А.Хордикайнен. В его работах отмечается, что задачи поисковых гидрогеологических исследований для сельскохозяйственного водоснабжения не отличаются от таковых цля водоснабжения вообще и сводятся к разрешению вопросов, как и где, какого качества и сколько может быть получено подземных вод в заданной точке или на. некотором удалении от водопотребителя, определяемом соотношением потребности в воде с допустимым расстоянием её подвода.

В условиях пространственной неоднородности качества подземных вод и фильтрационных свойств трещиноватых и закарстован-ных коллекторов горно-складча.тых поясов потребности в воде сельскохозяйственных объектов не могут быть удовлетворены повсеместно. Решение вопросов сельскохозяйственного водоснабжения здесь требует, как правило, постановки комплекса, специальных поисково-разведочных работ.

Методические аспекты гидрогеологических исследований при поисках подземных вод в трещиноватых и закарстованных коллекторах и зонах тектонических нарушений рассматриваются в работах М.Г. Альтовского, Н.Н.Биндема.на, Б.В.Боревского.Ф.М.Бочевера, Н.Н.Веригина, Н.И.Плотникова, М.А.Хордикайнена, Л.С.Язвина и др.

Среди применяемых прямых tбуровые, аналитические, опытные работы) и косвенных (геофизические, геоботанические, гидролого-гидрометрические , биофизические, атмогеохимические, дистанционные) методов особый интерес представляет использование дистанционных методов. Их. преимущества: возможность одновременного изучения обширных' территорий, оперативность получения информа-

______ции, сравнительно-невысокие -затраты-труда,- и-материальных -средств"

становятся особенно привлекательными, когда возникает необходимость оценивать гидрогеологические услозия и опоисковывать большие площади для многих десятков водопотребителей.

2. СОСТОЯНИЕ АЭРОКОСМИЧЕСлОЙ ГЩРОИНДИКАЦИИ В УСЛОВИЯХ ГОРНО-СЮхАЛЧАШХ ПОЯСОВ

Аэрокосмическая гидроиндикация-направление исследований, основанное на изучение закономерностей распространения и формирования подземных вод с помощью индикационного анализа материалов дистанционных съемок (ВДС). При индикационном анализе используются как одиночные, так и комплексные индикаторы, что позволяет получать информацию о местоположении скоплений и направлении потоков грунтовых вод, границах распространения пресных вод, пространственном положении областей питании транзита и разгрузки. Практические аспекты использования тех или иных' индикаторов рассматриваются в работах Э.А.Акбальянца, М.И.Бур-лешина, С.В.Викторова, Е.А.Бостоновой, И.С.Гудилина,Р.Г.Джама-лова, И.С.Зекцсра, Е.К. Ивановой,А.В.Садова.

В условиях горно-складчатых поясов подземные зоды редко оказывают непосредственное влияние на внешний облик компонентов ландшафта и при дешифрировании используются промежуточные зренья: горные породы и тектонические структуры, которые являются одновременно и объектами индикации и индикаторами.

Вопросы геологического дешифрирования освещены в трудах: С.П.Альтера, Г.В.Гальперовэ, В.И.Гридина, Я.Г.Каца, В.П.Мирошниченко, А.В.Перцева, М.А.Петрусевича и др. На Урале они изучены А.Г.Жученко и учениками его школы.

Особенно велика роль при прогнозировании гидрогеологических условий в трещинных коллекторах элементов дизъюнктивной тектоники, диагностическими признаками гидрогеологической роли которых могут являться их морфология, степень выраженности в ландшафте и на ВДС, неотектоническая активность, генезис, наличие "гидрогенных" природно-территориальных комплексов (НТК) и т.д.

Информация, получаемая на основе ВДС, позволяет решать поисковые задачи в условиях распространения трещинных и трещин-но-карстовых пород и зон тектонических нарушений преимущественно на качественном уровне. Это делает многие выводы некорректными, затрудняет выбор тактики дальнейших исследований.

Синтез известных в практике reo- и гидроиндикации методических приемов и достижений в области анализа и обработки

'аэрокосмических фотоизображений должны позволить, по мнению автора, перейти к вероятностному количественному прогнозу гидрогеологических характеристик, определяющих условия водоснабжения объектов за счет подземных вод.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ

ВЕРОЯТНОСТНОГО КОЛИЧЕСТВЕННОГО ПРОГНОЗА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИШ МЕТОДАМИ

Дешифрирование по ВДС гидрогеологических условий опирается на достижение индикационного ландшафтоведения, изучающего вопросы вза.имосвязи видимых (физиономичных) и скрытых (деципиентяых по С.В.Викторову;, недоступных для наблюдения компонентов ландшафта. При поисках подземных вод аэрокосмическими методам лацц-шафтно-индикационный подход разработан в трудах И.К.Абросимова, Э.А.Акбальянца, С.В.Викторова, Е.А.Востоковой, И.С.Гудилина,И.С. Комарова, А.В.Садова, Н.П.Назаровой и др.

По А.В.Садову, МЛ.Бурлешину, А.С.Викторову основой для дешифрирования подземных вод выступают гидроиньикпллскные системы, образующие устойчивые пространственные, врзмеккие генетические связи подземных вод с геологической структурой и НТК различных иерархических уровней. В ландшафтоведении пркродше системы, выделяемые по системообразующему значению отдельных компонентов, известны как "частные" геосистемы СН.Д.Арманд, 1975).

Представление об объекте изучения,как системе,позволяет использовать при его познании системный -подход, ориентирующий исследования на. выявление и анализ различных типов связей на. основе математического зппа.ра.та.. Направление природной индикации, объединившее в себе системный подход и методы математического анализа, изучающее взаимосвязи между геологическими объектами и

их индикаторами, под_термином^'гериндика.ционное-мсделирова.ние"----—■

"получило развитие в работах В.И.Астахова., Н.Ф.Афанасьева, В.А. Блинова, Б.Н.. Мока.ева, К.М.Петрова, А.В.Теосеева., По определению этих авторов под геоиндикационной моделью объекта понимается формализованное представление о составе природных индикаторов этого объекта и его связях с этими индикаторами.

В соответствии с существующими подходами пш исследовании структуры систем (Б.Я.Советов, С.Л.Яковлев,1985) наметились два основных типа разрабатываемых геоиндикационных моделей.

Модели пространственной структуры индицируют прострзнстве-ное распределение свойств геологических объектов, отражающихся в наблюдаемой части геосистем. Они представляются в форме графических изображений (карт), которые затем интерпретируются в отношении геологических объектов.

Модели функциональной структуры отражают с помощью математических функций существующие связи между элементами и компонентами систем. (Под элементами и компонентами понимаются понятия, закрепленные ГОСТом 17.8.1.OI-86/ст.СЭВ 5303-85/.),

В реальных условиях невозможно проследить и учесть абсолютно все взаимосвязи между природными компонентами, поэтому разработка функциональных reo-, гидроиндикоционных моделей может быть реализована, на основе вероятностных подходов.

4. ПРИРОДНЫЕ оАКТОРЫ ООРМИРОВАШЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЕОД СТЕПНОЙ ЗОНЫ ШНОГО УРАлА

Исследуемый район имеет типичные черты пенепленов горноскладчатых областей и представляет собой всхолмленную равнину с отметками рельефа, ¿50-б00м, осложненную разобщенными высотками, грядами и увалами. В геолого-структурном отношении эта равнина является частью Восточного тектонического пояса Уральской геосинклинали, сложенной вулканогенио-осадочнымп метаморфическими и интрузивными комплексами пород палеозойского возраста, иссеченными системами разломов. Подземные воды здесь сконцентрированы в зоне экзогенного разрушения. Ниже этой зоны вне локальных разломов и трещин породы практически безводны.

Положение областей питания, транзита и разгрузки определяют водоразделы, контролируемые ядрами антиклиналей и интрузивными породами.

Питание подземных вод осуществляется за счет атмосферных осадков, количество которых составляет 230-350 мм/год. Наилучшие условия восполнения наблюдаются на участках распространения

эроэионного рельефа, где покровные слабопроницаеше образования практически отс,утствуют.Скудное питание атмосферными осадками, высокая испаряемость предопределяют ограниченность ресурсов и наличие как пресных, так и слабосоленых вод. Модули подземного стока редко превышают 0,1-0,2 л/с км2 и лишь в рамках распространения карбонатных пород достигают 0,5 л/с км2.

В районах действующих горнорудных предприятий и промышленных центров, вблизи поселков и ферм на подземные воды сказывается воздействие антропогенного фактора.

Анализ природных условий показывает, что ведущими факторами контроля распространения и формирования подземных вод являются: зонально-климатический, литолого-петрогрэфический и оротектони-ческий. Связи подземных еод с влияющими на них факторами сложны; сами факторы взаимосвязаны и взаимозависимы и не могут рассматриваться изолированно друг от друга. При изучении гидрогеологических условий района водоконтролирующие факторы, подземные воды и их связи целесообразно рассматривать в единстве, как системы связанных между собой, компонентов.

Общая схема структуры этих систем иллюстрируется (смотри рисунок ).

В региональной гидрогеологии системная ориентация исследований получила развитие в трудах П.Ф.Швецова., А.А.Коноплянцева, З.М.Швеца 11976). Выделяемые этими авторами "водообменные геосистемы" представляют совокупность обменивающихся слоев, тслщ, массивов горных пород, почв и вод, свойственных определенной reoструктурной форме и литолого-петрографической формации и рассматриваются в качестве основы гидрогеологического районирования.

В условиях относительного единства зонально-клима.тических условий степной зоны Ю.Урала, физиономичность ландшафта, как и гидрогеологические особенности, будет определяться двумя факторами: литолого-петрографическим и оротектоническим. Это позволяет рассматривать в качестве видов водообменных геосистем и объектов дешифрирования литоморфоструктуры, являющиеся закономерными про-"стра^твенньгшГ сочетаниями форм рельефа, обусловленных устойчивостью пород к экзогенным процессам и тектонической структурой.

■ч- Сьяэь Обратная воздействие пдного из них на другой

■;- »- Компоненты взаимосвязаны носит подчиненный характер

Структура связей между компонентами ландшафта и подземными водами в районе исследований

Ь. КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛИТОМОРФОСТРУШР КАК ОСНОВЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ И ГЕОКНДИКАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Картографирование литоморфоструктур производится на основе выделения отдельных форм и геоморфологичечких комплексов обусловленных влиянием структуры, определения роли складчатых и разрывных деформаций, а также литологического фактора в формировании рельефа. Задача решается методами камерального дешифрирования АФС и КФС регионального и локального уровней генерализации при ограниченном использовании дополнительного материала.

Для улучшения изобразительных возможностей ВДС использовалась оптико-электронная установка УАР-2, позволивиая в интерактивном режиме анализировать ландшафтные структуры на космофото-изображениях со слабо выраженными границами и переходами.

Основная часть информации для литоморфоструктурного райони-рова.ния получена, на основе морфоструктурно-индика.ционного анализа ВДС локального уровня генерализации. Отмечается высокая информативность ВДС масштаба 1:100000 - 1:500000 при изучении структурных элементов, генезиса рельефа, неотектоники. В работе иллюстрируются характерные для района исследований примеры ландшафтных индикаторов трещин и разломов, рассматривается их гео-и гидроиндика.ционное значение.

Комплексный анализ информации позволил выделить в рамках территории 15 типов литоморфоструктур с индивидуальными геоструктурными особенностями, рельефом и соответственно гидрогеологическими условиями.

Повышенными интегральньми значениями удельных дебитов характеризуются зоны экзогенного разрушения в рамках литоморфоструктур, представленных осадочными и вулканогенно-осадочными породами. Для таких районов типичен слабовсхолмленный денудационный, реже эрозионно-денудационный рельеф, занимающий пониженное гипсометрическое положение и, часто, осложненный суффозионньми западинами.________

Меньшие интегральные значения удельных дебитов свойственны районам распространения холмисто-увалистого расчлененного эрозионного и эрозионно-денудационного рельефа.. Данные области контролируются положительными тектоническими структурами,

-1о-

выполненными интрузиями разного состава и другими породами, обшей чертой которых является высокая степень метаморфизации.

По морфологическим особенностям рельефа, тектоническим позициям, гидрогеологическим условиям обособленное положение занимают литочорфострукт.уры, образованные гранитами, известняками, ультрэбазитачи.

Выполненное районирование,позволяет, в общих чертах характеризовать изменение гидрогеологических услозий по площади, но из-за неоднородности гидрогеологических характеристик в рамках каждой литоморфоструктуры не дает оценивать возможности водо-сна.бженил большинства конкретных объектов сельского хозяйства.

6. РАЗРАБОТКА И ПОСТРОЕНИЕ ЩЦРОИНДИКАЦПОШЬК МОДЕЛЕЙ

Постановка задачи: Потребности в воде большинства сельхоз-объектов не превышают в районе исследований 10 л/с и могут удовлетворяться па месте из одиночных скважин. Отклонение ка-иестг.." подземных год от норм ГОСТа связано преимущественно в районе с повышенной минерализацией. Сценка водообеспеченностк в тасс!.:зтркЕ2е:гых условиях реализуется традиционными методами. Таким образом, задачу моделирования целесообразно представить, как прогнозирование дебитов (.0.) или удельных дебитов ( с| ) одтючных скважин и минерализации (Ш.

Формулирование концептуальной модели. Ысжду элементами и компонентами выделенных геосистем и прогнозируемыми гидрогеологические характеристиками предполагается наличие следующих причинно-следственных связей.

Порфометрические признаки: эрозионная расчлененность, уклоны рельефа, положение базиса эрозии характеризуют режим водообмена, направленность гидрогеохимических процессов, обнаруживая, таким образом, связь с составом и минерализацией подземных вод. Как показатели слабо, но проявляющейся вертикальной геохимической зональности могут рассматриваться абсолютные отметки рельефа. Потенциальную возможность обогащаться минеральными к органическими соединениями, по-видимому, будет определять положение

точки относительно областей питания и разгрузки. Возвышенные участки рельефа контролируются преимущественно стойкими к процессам выветривания массивам горных пород, где и без того маломощная зона экзогенного разрушения во многих случаях спренирова-на. Наоборот, в долинах рек и тальвегах логов трещиноватость пород обычно выше. Как водоконтролир.ующий фактор должна выступать неотектоника, фиксируемая в наблюдаемой части ландшафта особенностями эрозионного расчленения. Предполагается, что индикаторами динамики подземных потоков и путей движения могут оказаться морфологические особенности мезо - и микрорельефа, сформированного просадочными и суффозионными процессами. Историю геологического развития, устойчивость пород к экзогенному воздействию, состав и мощность покровных комплексов отражает генезис рельефа. От данных факторов зависят мощность и состзе зоны экзогенного разрушения, степень её кальматации глинистым материалом, условия водообмена.

Очевидно, что важное значение для прогноза подземных вод имеют структурно-тектонические признаки. Мо.рфология линеаыента, особенности проявления его в ландшафте и на ЦЦС позволяют наметить. кинематический тип, степень неотектонической активности дизъюнктива, определяющие его гидрогеологическую позицию. Степень тектонической раздробленности, положение зон крупных разломов, где ожидается повышенная водосбильность пород и замечет химического состава могут наблюдаться отклонения качества подземных вод от норм ГОСТ, должны фиксировать поля плотностей линеа-ментов.

Ассоциации растительности по отношению к водному и солевому питанию, типы растительности, аспект непосредственно связаны с положением, условиями питания и минерализацией подземных вод, определяют интенсивность- транспирационных расходов и воздействуют на соотношение величин поверхностного и подземного стока. Для построения^моделей_целесообразно привлечь дополнительно некоторые геофизические показатели. Как отражающие вещественный'"состав~ пород, наиболее тектогенные, доступные и легко преобразуемые возможно использовать аэромагнитное поле и его производные Лдифферанцированность, амплитуду поля).

Интегральные особенности емкостных и фильтрационных свойств

■зон экзогенной трещиноватости характеризуют литоморфоструктуры, как геосистемы с относительной общностью генезиса, состава, степени литификации пород, тектонического режима.

Формулирование множества переменных. При выборе и формировании переменных в модели автор руководствовался рекомендациями, изложенными в работах Р.М.Константинова, Э.Б.шовшовича, М.Н.Книпнеля, М.С.Черкашина, В.Н.Полканова, посвященными геологическому прогнозированию и геоморфологическому моделированию.

Учитывая информационные возможности ВДС были приняты и использованы следующие признаки: вертикальная, горизонтальная, общая эрозионная расчлененность, абсолютные отметки рельефа, превышение нэд базисом, расстояние до дрены, генезис рельефа, процентное соотношение различных генетических типов рельефа, в расчетной ячейке, путь транзита подземных вод, профиль поверхности, тип и плотность мезоформ, морфология линеаментов, наличие региональных и трансрегиональных линеаментов, приуроченность к границам литоморфостр.уктур, плотность линеаментов, тип растительности по условиям водного питания, аспект, наличие га-лофитов, а также уровень, дифференцированность и амплитуда магнитного поля. Информация считывалась с топографических и аналитических карт (типов рельефа, растительности и т.д) и Г/ЩС масштаба. 1:100000 - 1:200000. Отнесение скважины к линейной зоне или границе определялось конкретным положением точки. Для других переменных принималось значение признака в ячейке с радиусом 0,5 и 1 км.

Анализ исходных данных, исследование их структуры, выбор типа модели. Анализ исходных данных базирующийся на рассмотрении особенностей а.эрокосмической информации, имеющегося фактического материала, графиков распределения переменных, диаграмм вычисления коэффициентов парной линейной и ранговой корреляции позволяют констатировать: данные, получаемые на. основе дешифрирования ВДС, имеют преимущественно качественный характер; показатели прогнозируемых свойств, а также свойства, элементов и компонентов ландшафта имеют широкий интервал изменения при распределении, часто отличающейся от нормального, переменные в гидроиндикационных системах сложно и нелинейно взаимосвязаны.

-Ю-

Вышеизложенное, а. также рисунок, иллюстрирующий структуру связей элементов и компонентов ландшафта с подземными водами, позволяют сделать вывод о предпочтительности использования ло-гикоинформационннх (эвристических) функциональных моделей.

Идентификация геоицдикационных моделей. Идентификация моделей заключается в определении решающего правила, на основе которого возможна, индикация прогнозируемых свойств системы, а именно: удельных дебитов (дебитов) скважин , минерализации подземных вод. Исходя из существующих природных условий, требова,-ний к качеству подземных вод, сложившейся водохозяйственной практики, автором предложено выделять следующие прогнозируемые градации: минерализации - до I г/л, 1-1,5 г/л, 1,5-3 г/л, >■ 3 г/л; производительности одиночных скважин - до 0,3 л/с, 0,31,0 л/с, 1,0-2,5 л/с, 2,5-5 л/с, > 5 л/с; при понижении уровня 20м, соответствующие значениям удельных дебитов - до 0,01,' 0,01-0,05, 0,05-0,1, 0,1-0,5, >0,5.

Прогнозирование осуществляется на основе программ автоматизированной системы прогнозирования (АСПРОГ), разработанной е УПГО "Уралгеология". Информация представляется в виде кодов. Используемая программа реализует вычисление информационного показателя сопряженности, в качестве которого выступает коэффициент коллигации Юла., Он изменяется от 0 (отсутствие связи) до ±1 (связь функциональная) и позволяет оценивать силу связи между количественными и качественными признаками независимо от вида распределения и формы зависимости (М.Д.Кендал, А.Стюарт).

Прогноз заданной градации целевого свойства производится на основе определения суммарного (аддитивного) веса, значений показателей сопряженности состояний признаков индиквтов и их сочетаний. Первоначально задача распознавания решается для эталонных объектов, участвующих в обучении. Затем для проверки производится распознавание объектов не состоявших в эталонной выборке. Удовлетворительным считается решение, обеспечивающее правильность распознавания не менее7 чем~85-90% случаёвгВ" противном случае определяются ошибки и осуществляется корректировка моделей (в том числе и за счет изменения значений показателей сопряженности из содержательных представлений).

Гидроиндикационные модели, позволяющие осуществлять вероятностное прогнозирование С|, 0. и М, составлены для 70% территории.

Анализ результатов моделирования свидетельствует о преобладании слабых (до 0,4-0,5) связей подземных вод с' используемыми при прогнозировании признаками и о возможности пол,учения положительного результата только при использовании систем признаков индикаторов. Наиболее значимыми при прогнозировании 0. и с^ скважин являются: превышение над дреной, наличие и морфология линеаментов, профиль поверхности, эрозионная расчлененность,тип мезорельефа, дифференцированность магнитного поля; для прогнозирования М - генезис рельефа, геоботанические признаки, абсолютные отметки и превышение участка над дреной, вертикальная эрозионная расчлененность, путь транзита.

8. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ И ОЦЕНКА

ТЕРРИТОРИИ ПО УСЛОВИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Задача решается путем построения в масштабе 1:20С000 пространственных моделей прогнозных значений минерализации подземных вод и дебитов Iудельных дебитов) скважин, способных удовлетворять дефицит в воде разные по величине потребностей объекты сельского хозяйства. Для этого строятся карты градации признаков индикаторов и их сочетаний, каждому контуру присваивается свой информационный вес, контуры последовательно накладываются друг на друга и информационные веса в каждой ячейке образовавшейся мозаики суммируются. Величина отклонения суммарного информационного веса от нуля б обла.сть положительных или отрицательных решений является показателем надежности распознавания заданной градации гидрогеологического признака. Пол,ученные пространственные модели из содержательных представлений корректируется и сводятся в общую карту, которую можно рассматривать как карту районирования территории по условиям сельскохозяйственного водоснабжения. Таким образом, отнесение участка к тому или иному району по условиям водоснабжения определяется аддитивным весом гидроиндикаторов. При выделении площадей и участков, где

позможнс водоснабжение с производительностью >10 л/с, учитыва,-атся величинн модулей эксплуатационных ресурсов, рассчитанные работами А.Н.Аношиной,

lia основе составленной карты гидрогеологического районирования производится оценка условий водоснабжения объектов, испытывающих дефицит в хозпитьевой воде, выделяются участки и площади, подлежащие охране при планировании различных народнохозяйственных мероприятий.

Исследования, выполненные в рамках>19 тыс.км2 показывают, что положительно задача водоснабжения решается для 28 из 33 объектов, испытывающих дефицит на 2005 год.

Фактический экономический эффект работы составил 109 тыс.

руО.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты выполненных исследований заключаются в усовершенствовании методики поисков подземных вод на основе аэрокосмической гидроиндикации и геоиндикационного моделирования, выделении систем гидроиндикаторов, позволяющих осуществлять вероятностный количественный прогноз гидрогеологических условий степной части Ю.Урала, районирования этой территории по условиям сельскохозяйственного водоснабжения.

Автор выносит на защиту следующие положения:

1. Одним из приоритетных направлений совершенствования методики аэрокосмической гидроиндикации при поисках подземных вод является геоиндика.ционное моделирование, позволяющее осуществлять вероятностный количественный прогноз гидрогеологичес-— ких условий. Теоретической-предпосылкой"возможности реализации

----------количественного прогноза служит представление о гидроиндика.ци-

онной системе как объекте изучения и моделирования.

2. 3 качестве объектов моделирования и основы гидрогеологического районирования в степной зоне Урала, могут рассматриваться литоморфоструктуры.

3. Оптимальными для условий распространения трещиноватых и за.карстованных коллекторов Ю.Урала являются логико-информационные (эвристические) гидроиндикационные модели. Для прогнозирования (1 и С[ наиболее значимыми в моделях являются: превышение над дреной, наличие и морфология линеаментов, профиль поверхности, эрозионная ра.счлененность,тип мезорельефа, дифферен-цирова.нность магнитного поля; при прогнозировании микерализа-ции подземных вод - генезис рельефа., геобота.нические признаки, абсолютные отметки и превышение.участка над дреной, вертикаль-на.я эрозионна.я расчлененность, путь транзита. Вопросы вероятностного количественного прогнозирования решаются при использовании систем этих индикаторов.

4. Методика, гидроиндикации в конкретных условиях предусматривает: изучение и анализ литоморфоструктуры; построение функциональных моделей связи индикаторов с удельными дебитами (дебитами) скважин и минерализацией подземных вод; построение пространственных гидроиндикационных моделей распределения удельных дебитов (дебитов) скважин и минерализации подземных вод; преобразования пространственных моделей в карты районирования территории по условиям сельскохозяйственного водоснабжения.

5. Основой районирования площади исследований по условиям сельскохозяйственного водоснабжения является выделение классов

ВС-

территорий по минерализации подземных4'!! характеристикам 0.(ср скважин соответствующих производительности водозаборных сооружений, создаваемых в районе исследований. Отнесение участка, к тому или иному району определяется аддитивным весом гидроиндикаторов.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Использование азрокосмической информации для охраны пресных подземных вод от загрязнения (на примере засушливых районов Урала). В сб.: охрана окружающей среды и человек. Материалы 2-й Республиканской научно-практической конференции.Кызыл, 1988, с.62-63.

2. Использование космофотогеологического метода при гидрогеологических работах на. Урале. В сб.: Вклад молодых специалистов ПГО"Уралгеология" в расширении минерально-сырьевой балы Урала, в XI пятилетке. Материалы территориальной на.учно-практи-ческой конференции. Свердловск, 1985, с.38-40

3. Использование метода, геоиндикационного дешифрирования при гидрогеологических исследованиях. В сб.: Геология и полезные ископаемые Урала. Материалы УШ Уральской конференции молодых геологов и геофизике,.' Урала. Свердловск,1983,с.53

4. Картографирование техногенных воздействий на геосферу с использованием оптико-механического и оптико-электронного анализа материалов дистанционных съемок (ВДС). В сб.: Проблемы охраны окружающей среды горнорудных районов Урала., Материалы территориальной научно-технической конференции. Свердловск, 1988, с .14.

5. Опыт использования аэрофотогеологического метода при гидрогеологических работах по оценке перспектив водоснабжения.В сб.: Проблемы гидрогеологии Урала.. Материалы Всеуральского совещания по использованию и охране подземных вод Урала и сопредельных регламентов. Свердловск,1983,с.83-85.

6. Опьгг комплексного использования ИК тепловой аэросъемки при разведке подземных вод Болыде-Кизильского месторождения (Йкный Урал). В сб.: Методика и технические средства геоиндикационного дешифрирования. Материалы Всероссийской школы семинара. Свердловск,1986,с.96-98 ^соавторы: Ю.А.Афанасьев, С.И.Поляков).

7. Опьгг оценки естественной дренируемости территории по результатам дешифрирования аэро- и космофотоснимков.М.ВИЭМС,: сер. гидрогеология и инж.геология, 1987,вып',№ 4с.8(соавтор Сабуров В.И.).

¡/ш

НС 17248 Уралаэрогеодезнн Зак.1007 т. 100 экз.