Разработка систем комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых

Орлов, Тимофей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка систем комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Разработка систем комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых"

005008085

На правах рукописи

ОРЛОВ Тимофей Владимирович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЛМАЗОВ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА)

Специальность 25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогинеских наук

Москва 2011

005008085

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН)

Научный руководитель: доктор географических наук

Викторов Алексей Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Чистяков Кирилл Валентинович

кандидат геолого-минералогических наук Молодых Иван Иннокентьевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт

экологических проблем Севера УрО РАН

Защита диссертации состоится 23.12.2011 в 14:00 на заседании диссертационного совета Д.002.048.01 при Учреждении Российской академии наук Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН) по адресу 109004, Москва, ул. Николоямская, д. 51.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Учреждения Российской академии наук Института геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН (ИГЭ РАН) по адресу 101000, Москва, Уланский пер. 13, стр. 2.

Автореферат разослан 22.11.2011. Ученый секретарь

диссертационного совета Д.002.048.01 кандидат

геолого-минералогических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Участки разработки месторождений твердых полезных ископаемых характеризуются высоким уровнем воздействия на окружающую среду. Горнодобывающая промышленность часто вызывает значительные изменения всех компонентов природной среды вследствие механического, геохимического и гидрогеологического воздействия, а также их нелинейного взаимовлияния.

Основной целью создания системы комплексного геоэкологического мониторинга является оперативная оценка определенных параметров, связанных с интенсивностью и характером взаимодействия технической системы и природной среды, в окрестности критических значений.

В настоящее время отсутствует целостная теория разработки систем комплексного геоэкологического мониторинга. Для ряда задач найдены определенные решения (Семенов, 2005; Королев, 1995, 2007; Степановских, 2001; Бондарик и др., 1990), в основном, применительно к мониторингу отдельных компонентов природной среды, но, к сожалению, их полнота не достаточна для разработки принципов универсальной локальной системы комплексного мониторинга.

Целью данной работы является разработка теоретико-методических основ создания системы комплексного геоэкологического мониторинга (КГМ) для территории отработки месторождений твердых полезных ископаемых в лесной зоне на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

- Развитие научных основ и методов определения структуры информационно-измерительной сети и размещения пунктов комплексного контроля;

- Обоснование подхода для определения оптимальной частоты контроля показателей при ведении КГМ;

- Разработка универсальной структуры базы данных системы КГМ;

- Развитие методов обработки дистанционных данных при ведении КГМ;

- Апробация и внедрение системы КГМ на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова.

Фактическим материалом проведенной работы являются данные, полученные автором в результате полевых и камеральных исследований 2004 - 2010 годах в процессе ведения дистанционного геоэкологического мониторинга на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова, а также при проектировании и обработке результатов функционирования локальной системы КГМ этого месторождения

Защищаемые положения.

1. Для определения мест размещения комплексных пунктов контроля системы мониторинга месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова необходимо использовать подход, базирующийся на учете трех факторов: дифференциации природных комплексов с исключенными свежими вырубками, миграционных потоков и их функционально-динамических зон, подтвержденных в результате геохимического опробования, а также антропогенно-очагового фактора. Участки расположения пунктов определяются на основе индикационного дешифрирования материалов аэрокосмической съемки путем выявления ландшафтной дифференциации территории, миграционных потоков, а также внутрикомплексного зонирования.

2. Для мониторинга геоэкологических показателей с квазипериодическим изменением на территории месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова целесообразно использовать адаптивную оптимальную частоту наблюдений: предлагается подход к разделению колебательного процесса и определению адаптивной оптимальной частоты для каждой фазы процесса.

3. При ведении комплексного геоэкологического мониторинга необходимо использовать универсальную, легко адаптируемую структуру базы данных, основой которой является подход, позволяющий оперировать данными, относящимися к иерархически соподчиненным геоэкологическим объектам. Структура БД реализована и апробирована в работе.

4. В системе комплексного геоэкологического мониторинга на территории месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова целесообразно использовать полуавтоматическую обработку данных дистанционных съемок, базирующуюся для анализа состояния природной среды на сочетании двух метрик оценки близости пикселей (метрика Евклида и Буняковского), а для анализа изменений -на интегральной обработке всей совокупности каналов разных сроков съемки на основе метода главных компонент.

Научная новизна работы обусловлена комплексом новых научных решений по научному обоснованию разработки системы комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых в лесной зоне.

Предложен подход разработки оптимальной структуры информационно-измерительной сети, основанный на совместном использовании пунктов контроля трех типов: комплексного, частного и индикаторного.

Для обоснования размещения комплексных пунктов контроля впервые предложен подход, базирующийся на учете (с помощью индикационного дешифрирования) трех факторов: дифференциации природных комплексов с

исключенными свежими вырубками, миграционных потоков и их функционально-динамических зон, а также антропогенно-очагового фактора.

Предложен новый подход к определению оптимальной частоты измерений на основе принципа адаптивной частоты. Частота определяется с помощью анализа допустимых вероятностей достижения критического уровня.

Впервые разработана и апробирована универсальная структура базы данных, применимая в системах комплексного геоэкологического мониторинга.

Предложены новые методические подходы интерпретации материалов космической съемки для оценки состояния и изменения природных и природно-техногенных систем.

Практическая ценность. Рассмотренные в диссертации подходы и решения могут быть применены в локальных системах мониторинга участков разработки твердых полезных ископаемых в лесной зоне, а также других типов месторождений. Локальная система комплексного геоэкологического мониторинга, основанная на разработанных в диссертации принципах и использующая разработанные методики, функционирует для месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова с 2004 г. Полученные результаты внедрены также в автоматизированной системе контроля оползневых процессов на объектах ОАО «Газпром Трансгаз Чайковский».

Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором лично и в соавторстве подготовлено 24 работы, в том числе 1 статья в рецензируемых журналах, 1 статья в зарубежном издании. Результаты и основные защищаемые положения работы докладывались на всероссийских и международных конференциях, в том числе: Сергеевские чтения 2004, 2007, 2008, 2009; Открытая встрече «Антропогенные причины и следствия глобального изменения окружающей среды», 2005; IX Международная ландшафтная конференция, 2006; «Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи», 2006; «Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем,» 2007; Международная конференция SGEM, 2008; Всероссийская конференция с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития», 2008; Геориск-2009; EngeoPro 2011.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю A.C. Викторову, директору ИГЭ РАН академику В.И. Осипову, сотрудникам лаборатории дистанционного мониторинга геологической среды ИГЭ РАН

О.Н. Трапезниковой, М.В. Архиповой, В.Н. Капраловой, A.A. Викторову, сотрудникам института Н. А. Румянцевой, К.И. Фесселю, П.В. Березину, а также руководству ОАО "Севералмаз» и главному экологу А.К. Иванову.

Структура н объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и четырех приложений. Объем работы составляет 230 страниц, включая 41 рисунок и 35 таблиц; библиографический список включает 145 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Состояние проблемы разработки теории локальных систем геоэкологического мониторинга. В главе приведен литературный обзор проблем, имеющих отношение к темам работы: кратко изложена история возникновения понятия «мониторинг», проанализированы представления о геоэкологическом мониторинге, используемые в отечественной и зарубежной литературе, разобраны отличия геоэкологического мониторинга от мониторинга эколого-геологических систем, литомониторинга и мониторинга геологической среды, проанализированы основные подходы к созданию систем геоэкологического мониторинга.

Развитие представлений о локальных системах комплексного геоэкологического мониторинга тесно связано с общим развитием воззрений на мониторинг окружающей среды. «Мониторинг - это система повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой» (Мипп, 1973).

В нашей стране мониторинг окружающей среды развивался в системе гидрометеослужбы. Ю.А. Израэль (1974) называл мониторингом информационную систему наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданную с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов. В этом раннем определении указаны основные свойства системы мониторинга - наблюдение, оценка и прогноз, куда не входят элементы управления. Мониторинг лишь поставляет информацию необходимую для принятия решений (Калинин, 2007; Котляков, 2001). В настоящее время мнения исследователей расходятся, по вопросу включения контролирующих мероприятий в систему мониторинга. Далее в российской науке разработкой концепции мониторинга занимались И.П. Герасимов, Ф.Я. Ровинский, В.Е. Соколов и другие исследователи.

Вслед за В.И. Осиповым (1993) можно определить геоэкологический мониторинг как экологический мониторинг состояния и изменения геологической среды. Основная задача геоэкологического мониторинга - слежение за состоянием и изменением геологической среды под действием техногенных объектов. При этом необходимо проводить оценку состояния и изменения, как геологической среды, так и биотических компонентов. Биотические компоненты рассматриваются как индикаторы изменений геологической среды, а также как наиболее уязвимые компоненты. Таким образом, при геоэкологическом мониторинге ведется контроль

природной среды в целом, при этом геологическая среда является основной, а биотические компоненты дополнительные и индикаторные.

Наиболее близким к комплексному геоэкологическому типу мониторинга в геологических науках является мониторинг эколого-геологических систем, понимаемый как система целенаправленных постоянных наблюдений за эколого-геологическими системами, оценки их состояния, прогноза развития и выработки геологически обоснованных управленческих решений для оптимизации экологического функционирования этих систем (Теория и методология..., 1997). Необходимо отметить, что при выполнении эколого-геологического мониторинга приходится использовать не только геологические (собственно литосферные) показатели, но и биотические (биоцентрические), биолого-медицинские (антропоцентрические) и социально-экономические (В.Т.Трофимов, 1995).

Теоретические вопросы по проблемам мониторинга геологической среды изложены в работах A.A. Бондаренко, Г.К. Бондарика, А. .Г. Гамбурцева, Г.А. Голодковской, В.К. Епишина, Ю.Ф. Захарова, И .С. Комарова, В.В. Кюнтцеля, В.А. Мироненко, Ю.Б. Осипова, А .Л. Ревзона, A.B. Садова, С.М. Семенова, В.Т. Трофимова, А.И. Шеко, М. А. Шубина, В.Н. Экзарьяна и др.

По мнению многих авторов (Котляков, 2001; Трифонова и др.,2007; Дмитриев и др., 2008 и др.) существуют универсальные принципы проектирования систем комплексного геоэкологического мониторинга.

Как показывает анализ литературы, одним из исследуемых вопросов проектирования локальных систем геоэкологического мониторинга является определение контролируемых параметров. A.C. Степановских (2003) предложил систему приоритетов выбора наблюдаемых параметров для процессов загрязнения. Г.В. Мотузова (2007) предложила подход определения наблюдаемых параметров для индикаторов почвенно-экологического мониторинга. В системе ГОСТ приведены разработанные системы наблюдаемых параметров для процессов загрязнения воздуха и поверхностных вод.

Немаловажную роль в проблеме играет выбор оптимальной частоты наблюдений. В документах ГОСТ и СанПин существуют нормативы частоты контроля для загрязнения воздуха и поверхностных вод. С.М. Семенов (2005) предложил три пути определения оптимальной частоты контроля для мониторинга подземных вод (теорема Котельникова, частота Найквиста, моделирование временного ряда).

Важной проблемой выбора размещения пунктов контроля является выбор репрезентативных точек наблюдения. Обоснованный выбор репрезентативных точек наблюдения очень сложен и редко проводится. По мнению В.И. Стурмана (2000),

цель выбора точек - «обеспечение типичности результатов». В.В. Дмитриев (Дмитриев и др. 2008) предлагают использовать в качества репрезентативных точек -характерные точки рельефа и ландшафта, предложенные А.Н. Ласточкиным (2002). В.А. Королев (2007) вслед за Г.К. Бондариком (1990, 2007) предлагает решать проблему выбора размещения пунктов контроля (СППИНФ - систему пунктов получения информации по Г.К. Бонадрику) сходно с выбором систем опробования при инженерно-геологических, гидрогеологических и геокриологических исследованиях.

Проведенный анализ литературных данных позволяет выделить следующие наиболее актуальные вопросы теории локальных систем комплексного геоэкологического мониторинга, требующие дополнительных исследований:

• Разработка оптимальной структуры систем КГМ;

• Определение набора контролируемых параметров;

• Разработка принципов размещения пунктов контроля;

• Определение оптимальной частоты наблюдений;

• Совершенствование способов обработки данных мониторинга;

• Развитие методов дистанционного контроля.

Глава II. Характеристика геологических, физико-географических и природно-технических условий месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова.

Район месторождения находится на севере Восточно-Европейской равнины в пределах западной части Беломоро-Кулойского плато. В административном плане месторождение находится на территории Приморского района Архангельской области в 90 км к северо-востоку от г. Архангельска. Климат района месторождения умеренно-континентальный, среднегодовая сумма осадков составляет 580 мм, поверхностный сток - 220 мм, подземный сток - 160 мм, испарение - 200 мм, средняя температура июля +13 — +15, января -10--12.

Геоморфологически изучаемый район находится в пределах волнистых флювиогляциальных равнин осташковского оледенения, окруженных плосковолнистыми плато на пологомоноклинально залегающих осадочных породах палеозоя и протерозоя.

В таблице 1 приведена сводная стратиграфическая схема четвертичных отложений (Геологическая карта..., 2001).

Ледниково-озерные отложения (Iglllos) достаточно широко распространенные на территории представлены песками тонко мелко зернистыми с гравием, галькой, алевритами, суглинками, глинами и супесями.

Ледниковые отложения ^Шоэ) представлены валунными песками, супесями и суглинками. Флювиогляциальные отложения (ЛПев) также широко развитые на территории представлены песками различной зернистости, гравелитовыми песками с прослоями и линзами галечников.

Таблица 1. Сводная стратиграфическая схема четвертичных отложений изучаемой территории.

надраздел раздел звено надгорнзонт горнзонт индекс мощи, (м)

Неоплейстоцен, верхнее звено -голоцен Осташковский горизонт -голоцен аШоБ-Н 3,3

ЦИОБ-Н 10

Плейстоцен Неопле йстоцен Верхи ее Валдайский горизонт Осташков ский горизонт ЫНоэ 25

йШоэ 50

ЯИов 20

^ШОБ 25

Озерно-аллювиальные отложения (ЫПоь) развиты фрагментарно, представлены песками мелко и средне зернистыми глинистыми с гравием и галькой. Озерные отложения (ПИов-Н) встречаются на локальных участках, представлены песками с прослоями и линзами суглинков супесей глин галечников. Долинные аллювиальные отложения (аШси-Н) распространены в долине р. Золотицы и представлены песками, песками с прослоями суглинков и валунно-гравийно-галечникового материала.

В таблице 2 приведена сводная стратиграфическая схема дочетвертичных отложений (Геологическая карта..., 2001).

Таблица 2. Сводная стратиграфическая схема дочетвертичных отложений.

система отдел ярус свита индекс мощи, (м)

Подольско-мячковский

-а ц о « « горизонт. Олмуго- С2о1-ок 10

и >, я I о окуневская свиты

о я ч (и о м нерасчлененные.

я о о, и о о Воереченская свита. С2угс 20

^ Урзугская свита. С2иг 20

о я Котлинский горизонт. У2ег >100

§ § и К п.« (У 3 Мезенская свита. Ергинская

И Я подсвита.

Олмуго-окуневскые нерасчлененные свиты подольско-мячковского горизонта (Сзо1-ок) представлена зернистыми и органогенными известняками, доломитизированными, желтовато-белыми, серовато-белыми, желтовато-серыми.

Воереченская свита (С2угс) представлена зеленоцветными и сероцветными песчаниками на глинисто-карбонатном цементе. Урзугская свита (С2иг) сложена пестроцветными песчаниками с редкими прослоями и линзами аргиллитов и глин.

Ергинская подсвита Мезенская свиты Котлинского горизонта (У2ег) представлена серовато-зелеными алевролитами с прослоями темно-зеленых аргиллитов и темно-красных алевропесчаников

Алмазоносные трубки сложены породами позднедевонского и раннекаменноугольного возраста, вулканогенно-осадочного происхождения (кимберлиты). Трубки имеют форму воронки взрыва с расширением кверху с глубиной залегания до 470 м. Минеральный состав основной массы кимберлитовых пород представлен сапонитом, серпентином, тальком, сепиолитом и другими вторичными силикатами, слагающими основную массу кимберлитовых брекчий тонкодисперсных минералов.

По условиям распространения и залегания, составу отложений, гидрогеологическим параметрам, химическому составу, особенностям питания и разгрузки подземных вод выделяется шесть водоносных комплексов (Гидрогеологическая карта..., 1996): комплекс отложений неоген-четвертичного возраста; среднекаменноугольных отложений; пород кратерной фации; пород жерловой фации, пород падунской свиты венда; пород мезенской и усть-пинежской свит венда. Подземные воды четвертичного, каменноугольного и падунского водоносных комплексов пригодны для питьевых целей. Ниже 110 м распространены соленые воды мезенского водоносного комплекса с минерализацией в интервале глубин 140 - 300 м - 14 г/дм3, ниже - до 20 г/дм3.

Рельеф района представляет собой заболоченную залесенную холмисто-грядовую равнину с общим уклоном на юго-восток с отметками 120-160 м.

Месторождение алмазов им. Ломоносова находится в подзоне северной тайги. Широко распространены лишайниковые, брусничные и черничные типы лесов для хорошо дренированных позиций; черничные влажные долгомомошные леса для средне дренированных позиций, а также сфагновые леса для плохо дренированных заболоченных позиций. Большая часть лесов входит в защитный пояс притундровых лесов и исключена из главного пользования.

Глава III. Общие особенности структуры систем комплексного геоэкологического мониторинга

Постановка задачи мониторинга

Локальным комплексным геоэкологическим мониторингом (КГМ) мы называем процесс контроля взаимодействия природно-технического объекта и окружающей среды, прежде всего геологической, который базируются на

периодических наблюдениях на основе комплекса установленных критериев. Из этого определения вытекает ряд особенностей КГМ:

- контролируется определенный набор воздействий;

контролируется определенная ограниченная область воздействия технического сооружения на окружающую среду;

- контролируются все компоненты природной среды;

- характер контроля определяется совокупностью установленных критериев.

Под системой КГМ понимается комплекс средств, методов и аппаратных

решений по контролю воздействий природно-технической системы на природную среду, а также изменения различных компонентов природной среды.

Основной критерий качества КГМ заключается в том, что состояние и изменение параметров природных и природно-антропогенных систем с достаточной точностью должны контролироваться с позиций близости к заранее определенным критическим уровням. Таким образом, система комплексного геоэкологического мониторинга не должна отвечать на всеобъемлющие вопросы динамики природно-антропогенных систем.

Анализ опыта создания систем КГМ (НПФ ДИЭМ, ИГЭ РАН и др.) и использование литературных данных (Петрулевич, 2002; Рывкин, 2005; Емельянов, 1994; Королев, 2007 и др.) позволяют считать рациональной, в частности, для локального мониторинга ГОК им. М.В. Ломоносова, структуру системы КГМ, включающую три подсистемы:

- информационно-измерительную сеть (ИИС);

- информационно-управляющую подсистема (ИУП);

- подсистему передачи данных (ППД).

Проведенный анализ показывает, что в связи со значительной сложностью природно-технических систем развитие структуры КГМ может проходить в несколько этапов. Основой проектирования системы КГМ является учет нескольких возможных сценариев развития ситуации.

При проектировании система мониторинга разделяется на две принципиальные части: непосредственно реализуемую (реальную) и планируемую (виртуальную). Реализуемая часть создается для первоочередных сценариев развития. Для сценариев развития второй очереди создаются индикаторные звенья контроля. При этом при создании звеньев системы учитывается необходимая этапность развития системы (фоновый, строительный, опытный, эксплуатационный, ликвидационный этапы).

Планируемая виртуальная часть системы мониторинга разрабатывается для сценариев, которые могут развиться в результате возникновения новых техногенных объектов, а также в результате реализации сценариев второй и следующих очередей

(взаимодействие измененной и неизмененной среды). Ее ввод в действие осуществляется при получении соответствующих сигналов от реализуемой части.

Глава IV. Методические подходы решения основных задач разработки систем комплексного геоэкологического мониторинга

4.1. Определение измеряемых параметров

Одной из ключевых задач разработки локальной системы комплексного геоэкологического мониторинга является определение необходимого и достаточного набора измеряемых параметров. Этот вопрос сводится к задаче определения типов измерительных звеньев. Основное требование к набору измеряемых параметров состоит в том, что они должны обеспечить контроль и оценку состояния природной среды на основе комплекса установленных критериев.

Одним из основных методов этой задачи может быть создание пунктов контроля разного назначения. На основе анализа были определены необходимые измерительные звенья, входящие в состав системы КГМ:

1) звенья комплексного контроля - предназначены для контроля изменений, происходящих в нескольких компонентах среды, в одной точке;

2) звенья частного контроля - предназначены для контроля изменений, происходящих в одном компоненте среды;

3) индикаторные звенья - предназначены для контроля определенных пороговых изменений, которые определяют реализацию адаптационной процедуры. Адаптационной процедурой мы называем алгоритм изменения структуры и функционирования системы мониторинга по причине изменения объектов ГОКа или природной среды.

4.2. Принципы определения пространственной структуры информационно-измерительной сети в системах комплексного геоэкологического мониторинга.

Одна из проблем разработки систем комплексного геоэкологического мониторинга - выявление принципов и методов размещения пунктов комплексного контроля. Задача размещения пунктов контроля рассматривалась для частных систем мониторинга, контролирующих отдельные компоненты природной среды (Королев, 1997, 2007; Семенов, 2005; Экологический мониторинг, 2003). Однако принципы размещения комплексных пунктов контроля, предназначенных для наблюдений за несколькими компонентами природной среды, разработаны недостаточно.

Проведенные исследования позволили обосновать подход к определению пространственной структуры информационно-измерительной сети в системах комплексного геоэкологического мониторинга для месторождений твердых полезных ископаемых, который заключается в совместном использовании трех принципов:

ландшафтного, миграционного, техногенно-очагового. Исследование было сосредоточено на двух первых, менее изученных.

Использование ландшафтного принципа для планирования сети ИИС

Проблема размещения пунктов комплексного контроля упирается в вопрос репрезентативности одних и тех же пунктов при наблюдении за растительностью и рельефом с одной стороны и геохимическими характеристиками почв и грунтовых вод - с другой; Следовательно, для обоснования размещения ИИС необходимо доказать адекватность природных комплексов, выделенных по дистанционным данным, геохимической дифференциации территории.

Для исследования были использованы результаты независимого отбора проб для геохимических анализов по регулярной сетке с шагом 200 м на территории месторождения (Малов, 1995). В разных вариантах анализа участвовали концентрации некоторых геохимических компонентов в следующих элементах природных комплексов и их сочетаниях: в мохово-лишайниковом покрове; в органогенном горизонте; в иллювиальном горизонте; сочетание мохово-лишайникового покрова и органогенного горизонта; сочетание мохово-лишайникового покрова и иллювиального горизонта. Таким образом, была получена классификация пунктов отбора по сходству состава геохимических компонентов (геохимическая дифференциация).

Природно-территориальные комплексы выделялись по космическому снимку Quick Bird (2.4 и 0.6 м/пикс). Таким образом, получалась своеобразная классификация пунктов отбора геохимических проб по природно-территориальной принадлежности.

С помощью дискриминантного анализа проверялось качество этих двух классификаций (Пузаченко, 2004; Тюрин, 1998; Халафян 2008).

Использовались следующие варианты классификаций природных комплексов:

- общая классификация природных комплексов, выявленных на территории;

- классификация только близких к естественным и естественных природных комплексов без антропогенных модификаций;

- классификация, разделяющая лесные и болотные комплексы (3 класса).

Из всех классификаций были исключены антропогенно-сильноизмененные варианты, такие как карьер, отвалы, насыпи дорог и дамб, поверхность хвостохранилища, территория поселка как нерепрезентативные.

Целью дискриминантного анализа было решение прямой и обратной задачи. Прямая задача состояла в поиске наилучшего сочетания ландшафтных элементов (охарактеризованных геохимическими характеристиками) для проверки классификации природных комплексов, выполненной по космическому снимку. Обратная задача состояла в проверке гипотезы о том, что ландшафтная

дифференциация отвечает геохимической дифференциации и может быть принята в качестве основы для размещения точек контроля, а также в поиске наилучшей классификации природных комплексов, наиболее адекватно отображающей геохимическое варьирование природной среды.

Проведенный анализ показал, что классификация с исключенными антропогенными модификациями (в основном вырубками) отвечает геохимической дифференциации, основанной на использовании сочетаний элементов природных комплексов, с точностью 0.96-1 и для отдельных элементов природных комплексов с точностью 0.72-0.79. Полученные значения оказались выше, чем при использовании общей классификации и классификации лес-болото.

Таким образом, на исследуемой территории удалось показать, что контуры, выделенные путем дешифрирования снимков, являются не только участками с однородным растительным покровом и рельефом, но и отвечают участкам с однородным сочетанием геохимических компонентов и условиям геохимической миграции, тот есть являются их индикаторами. Это означает, что выделяемые при ландшафтно-индикационном дешифрировании контуры следует считать одной из основ размещения пунктов комплексного контроля (растительного покрова, рельефа, геохимического состояния почв и, видимо, грунтовых вод).

Использование миграционного принципа для планирования сети ИИС

Дешифрирование космических снимков позволило выделить направления латеральных водных миграционных потоков. Профили независимого геохимического обследования были проложены внутри определенных природных комплексов вдоль предполагаемого направления миграции. В качестве основных параметров для анализа выбиралось содержание тяжелых металлов в органогенном горизонте и мохово-лишайниковом покрове.

Была проведена типизация зон болотных систем в зависимости от предполагаемого направления и предполагаемой интенсивности внутригрунтового стока и химического состава. В рамках этой типизации были выделены следующие зоны:

- узкая и глубокая (по глубине залегания минерального ложа) болотная систем,: характеризуется конвергенцией миграционных потоков и накоплением химических веществ в единичном объеме;

- широкая и мелкая болотная система, характеризуется дивергенцией миграционных потоков, химических веществ в единичном объеме меньше, чем в первом случае;

- широкая, но разделенная на мелкие протоки болотная система, характеризуется дивергенцией миграционных потоков и активным выносом;

- относительно широкая принимающая система, но уже чем система-источник, характеризуется конвергенцией потоков и накоплением химических веществ.

Отмеченные закономерности проверялись на конкретных болотных системах, они не являются региональными и требуют дополнительного исследования и объяснения.

Приведенный аналкз показывает целесообразность учета функционально-динамических зон потоков при определении пространственной структуры сети КГМ месторождения алмазов им. М.В.Ломоносова и вероятно других подобных территорий.

Исследования показывают, что решение задачи определения пространственной структуры информационно-измерительной сети для комплексных пунктов контроля систем комплексного геоэкологического мониторинга должно базироваться на анализе материалов аэро и космической съемки с учетом сочетания следующих элементов:

1. Выявление ландшафтной дифференциации территории на основе ландшафтно-индикационного метода;

2. Выявление направления миграции и зонирование водных миграционных потоков на территории, определяемых на основе дешифрирования и анализа ЦМР;

3. Выявление расположения очагов техногенного воздействия.

4. 3. Оптимизация частоты наблюдений при КГМ

Взаимодействие разноскоростных природно-технических и природных процессов обуславливает проблему определения частоты измерения параметров.

Одной из главных задач функционирования системы КГМ часто является контроль близости значений отслеживаемого параметра к заранее определенному критическому уровню, заданному производственными требованиями (ПДК, уровень поверхностных или грунтовых вод и др.). Это позволяет сформулировать основное требование к оптимальной частоте наблюдений - контроль измеряемого параметра должен производиться с частотой достаточной для заблаговременного определения близости значений параметра к критическому уровню.

Проведенный нами анализ показывает, что решение этой задачи может быть достигнуто при использовании принципа адаптивной (а не постоянной) частоты контроля. Задача исследована для случая мониторинга квазипериодического процесса. Суть такого подхода состоит в том, что частота наблюдений целенаправленно меняется в зависимости от типа колебательного процесса в конкретный момент времени и конкретных значений наблюдаемого параметра. Это позволяет, с одной стороны, точно контролировать близость критического уровня, с другой стороны - минимизировать затраты на систему мониторинга.

В рамках этого подхода предлагается следующая схема определения оптимальной адаптивной частоты контроля:

1. Разделение колебательного процесса измеряемого параметра на характерные отрезки со сходным типом колебания;

2. Определение на основе фонового мониторинга распределения скоростей изменения контролируемого параметра в выделенном отрезке времени;

3. Расчет оптимальной частоты контроля в зависимости от принятого допустимого значения уровня вероятности (0.95, 0.99 и др.); переопределение частоты контроля каждый раз после очередного отсчета в зависимости от полученных результатов по формуле:

/ = —-—, где / частота контроля, V - скорость изменения определенная с И-х

конкретным уровнем вероятности, А - критический уровень, х текущий уровень. Покажем реализацию предложенного подхода на примере непрерывного ряда наблюдений за уровнями воды (р. Золотица, пост 112 км от устья, 1994-2005 гг.), измеренных с частотой 1 раз в день для мониторинга возможности подтопления технического сооружения поверхностными водами.

Разбиение колебательного процесса на характерные интервалы осуществляется на основе дендритовой классификации среднемноголетних уровней с шестидневной окрестностью и анализа дистанции связи (Пузаченко Ю.Г, 2004).

Было выделено 6 независимых классов сходных типов изменения уровня:

1. - 9.05-20.05 пик половодья; 95 см (макс, скорость (см/день) подъема уровня).

2.-24.04-08.05 и 21.05-02.06 начало и окончание половодья; 71 см.

3.- 03.06-12.06, 11.10-21.10, 28.10-27.11 высокий уровень после половодья и в период осенних паводков; 35 см.

4. - 14.06-23.06, 21.09 - 10.10, 23.10-27.10 плавное окончание половодья, начало и окончание осенних паводков; 21 см.

5. - 23.08-09.19 и 04.12-23.12 переходный период между зимней и летней меженью и осенними паводками; 12 см.

6. - 29.06-22.08 и 24.12-16.04 зимняя и летняя межень; 5 см.

Далее было построено распределение скоростей подъемов ежедневных неосредненных уровней для каждого выделенного класса. На основе этих распределений были определены скорости подъема уровней, отвечающие 95% обеспеченности и посчитаны по приведенному выше выражению частоты контроля подтопления технического сооружения, находящегося на высоте 3 м от текущего уровня (табл. 3).

Таблица 3. Возможные частоты контроля для интервалов года.

Класс уровня Период Частота контроля

Класс 1 9.05-20.05 0.31 (1 раз в 3 дня)

Класс 2 24.04-08.05 0.24 (1 раз в 4 дня)

Класс 3 11.10-21.10,28.10-27.11 0.12(1 раз в 8 дней)

Класс 4 21.09- 10.10, 23.10-27.10 0.07 (1 раз в 14 дней)

Класс 5 23.08-09.19 и 04.12-23.12 0.04(1 раз в 25 дней)

Класс 6 29.06-22.08 24.12-16.04 0.02 (1 раз в 60 дней)

После каждого измерения проводится оценка близости полученного значения к критическому уровню. В случае необходимости частота адаптируется в зависимости от периода наблюдений и полученного результата.

Отметим недостатки вероятностного подхода:

- некорректное применение вероятностного подхода для процессов (характерных периодов), находящихся в нестационарном состоянии;

- возможные ошибки, связанные с тем, что при учете вероятностей не используется информация о предыдущем измерении, и возможны пропуски выбросов.

Несмотря на указанные недостатки, применение вероятностного подхода при определении частоты контроля в целом является оправданным. Приведенный подход может быть использован для широкого набора сетей КГМ, в т.ч. автоматизированных измерений. Кроме того, использование подхода адаптивной частоты очень перспективно для пунктов контроля труднодостижимых в режиме посещения.

4. 4. Использование ГИС технологий в локальных системах КГМ

В рамках исследования была разработана оптимальная структура базь! данных для ведения мониторинга, которая была реализована в виде программного средства. Проведенный анализ показал, что наиболее рациональной является следующая структура информационно-управляющей подсистемы:

картографическая геоинформационная система (ГИС) вместе со специализированными программными модулями;

- блок (система) управления базой данных (СУБД);

- блок управления звеньями ИИС.

Структура базы данных, как показывает рассмотрение, должна удовлетворять следующим требованиям:

- быть пригодной для ведения мониторинга соподчиненных объектов,

- быть достаточно универсальной для хранения и обеспечения доступа к данным разного типа

- быть достаточно жесткой для предотвращения возникновения неправильной идентификации данных.

В основу разработанной базы данных положена иерархическая структура, отвечающая соподчинению природных объектов (природно-территориальные комплексы, почвенные горизонты и др.). Такой подход позволяет не терять связи между соподчиненными объектами при анализе. Измеряемые параметры могут относиться к контролируемым объектам любого уровня (напр. измерения могут проводиться как для всего природного комплекса, так и для гидрогеологической скважины и почвенного горизонта на его площади). С другой стороны разработанная структура обладает достаточной жесткостью и исключает ошибки неправильной идентификации измерений. Приведенная в диссертации структура базы данных является достаточно универсальной для хранения данных любого типа.

В рамках опробования теоретических положений была разработана (с помощью П.В. Березина, К.В. Фесселя, A.A. Викторова) серия программных продуктов, позволяющая отработать функционирование основных процедур, необходимых для реализации программной части системы мониторинга (грант РФФИ №08-05- 12037-офи). На их базе были созданы геоинформационная система КГМ месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова и программный комплекс автоматического мониторинга оползневых процессов на объектах ОАО «Газпром Трансгаз Чайковский».

4.5. Методы дистанционного контроля в локальных системах комплексного геоэкологического мониторинга.

Многоканальное дистанционное изображение несет информацию о современном состоянии и структуре природных и природно-техногенных комплексов. В результате проведенного анализа были определены следующие функции дистанционных средств контроля в локальных системах КГМ:

• дистанционный площадной контроль состояния и изменения природной среды (в том числе, как основа для интерполяции между звеньями ИИС);

• выявление новых очагов процессов для осуществления адаптации системы к изменившимся условиям.

Для дешифрования снимков при ведении мониторинга особую роль играет выбор адекватного разрешения снимка. Оно должно отвечать контролируемым природным системам, их элементам и размерам проявления протекающих процессов.

Для определения иерархической организации территории был использован подход, предложенный Ю.Г. Пузаченко и К.Н. Дьяконовым (2002). Данный подход предполагает оценку фрактальную размерность для двухмерного спектра изображения. Это позволяет определить количество и линейные размеры иерархических уровней организации территории.

В рамках указанного подхода используется модификация двухмерного спектра, предложенная Д.Л. Туркотгом (1997). Данная модификация позволяет перейти от двухмерного спектра, довольно сложного для интерпретации, к двум одномерным, ортогональным друг другу (Гагаева, Пузаченко и др. 2003, 2004; Пузаченко, 1995).

Неслучайные и регулярные по волновому числу отклонения остатков от линии регрессии отображают существование различных иерархических уровней организации территории или существование нескольких независимых и разномасштабных факторов, определяющих пространственную структуру спектра (Гагаева, 2003; Пузаченко, 2002). Если распределение остатков по координате «частота колебаний» чисто случайно, то структура территории описывается только фрактальной геометрией с соответствующей размерностью (Кроновер, 2000; Пузаченко, 2004). Можно использовать линейные величины структур, характерные для различных иерархических уровней, для определения оптимального разрешения дистанционных данных.

В ходе работы было проанализировано изменение спектра изображения на примере территории ГОК месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова (на основе космического снимка QuickBird, 2,4 м/пикс). Были выделены следующие характерные размеры природных систем в пределах территории: 9.6, 13.2, 18, 31.2 ,38.4, 60, 88.8, 156, 240 метров. Наименьшие элементарные структуры имеют характерные размеры около 10 метров, что и определяет разрешение снимка.

Методы анализа дистанционных данных

Для геоэкологического мониторинга представляется обоснованным использовать сочетание двух взаимодополняющих подходов. Эти подходы можно кратко обозначить как: 1. автоматизированная и объективизированная классификация пикселей в соответствии с принятыми критериями; 2. экспертное объединение классифицированных пикселей в обоснованные контура (природные системы).

Автоматизированная классификация выполняется с помощью последовательной дихотомической классификацией методом К-средних. При мониторинговых исследованиях такой подход позволяет находить и определять новые свойства природной среды, которые могут индицировать изменения.

Недостаток данного подхода состоит в наличии нелинейной связи между разными каналами изображения и в необходимости нормального распределения спектральных яркостей канала, которое часто не наблюдается. Результат классификации будет в существенной степени зависеть от принятой метрики измерения дистанций между векторами спектральных яркостей разных пикселей.

Для задач мониторинга нами была доработана процедура решения задачи классификации изображения приведенная Ю.Г. Пузаченко (2002). Предлагаемая

процедура состоит из следующих этапов: на первом этапе строятся две независимые классификации с метрикой Евклида и метрикой на основе нормированного скалярного произведения векторов (Буняковского). На заключительном этапе проводится прямое объединение с помощью маски на природные и технические объекты; граница маски проходит по комплексам со сведенным почвенным покровом.

Использование методов количественной обработки данных для построения карт состояния и изменения природной среды

Как показали проведенные исследования, при дистанционном мониторинге природной среды наиболее оптимальными результирующими материалами являются карта состояния и карта изменений природной среды

Карта состояния природной среды строилась на основе следующих данных:

- сводной полуавтоматической классификации материалов космосъемок (в которой учитываются результаты по разным метрикам);

- экспертного дешифрирования с использованием эталонов;

-данных полевых обследований.

На рис. 1 приведена сводная классификация состояния природной среды территории ГОК для относительно неизменных ландшафтов (с помощью метрики Буняковского) и классификация состояния природной среды для сильноизмененных антропогенным воздействием ландшафтов (метрика Евклида).

Рис. 1. Результат обработки материалов территории ГОКа с использованием сводной классификации по двум метрикам.

Классификация (рис. 1) на основе объединения двух метрик одновременно хорошо раскрывает особенности как природных, так и антропогенно-трансформированных комплексов.

Карта изменений природной среды строилась на основе следующих данных:

- сводные полуавтоматические классификации материалов космосъемок разных лет

- карты состояния природной среды разных лет

- данных полевых обследований

На карте изменения природной среды выделяются природные комплексы, изменившие свой статус с момента прошлого срока картирования, а также все современные процессы.

В работе предложен способ построения карт изменения природной среды на основе использования сочетания факторного анализа и дихотомической классификации для выделения измененных и неизменных комплексов. В рамках этого была проведена совместная классификация по всей совокупности данных ДДЗ, трансформированной методом главных компонент.

Дистанционные данные за 2004, 2006, 2009 гг. (спутники 0>шскВ1гс1 и 1К0Ы08) были объединены в единый массив данных. Далее был применен метод главных компонент для уменьшения размерности и скоррелированности данных. Данные анализировались предложенным методом отдельно для трех интервалов исследования: изменения за 2004-2006 гг., изменения за 2006-2009 гг., изменения за весь период наблюдений 2004-2009 гг.

Рис. 2. Классификация изменений природной среды за 2004-2009 гг.

В результате обработки получены изменения природно-антропогенных комплексов территории месторождения. Так, на рис. 2 оттенками зеленого показаны изменения природно-антропогенных комплексов, произошедшие в период 04-09гг.

Черным показаны участки, претерпевшие наиболее сильное антропогенное воздействие и изменившиеся сильнее всего (расширение основного отвала, карьера, зеркала воды на хвостохранилище). Также, в эту категорию попадают участки наиболее сильного подтопления на поле поверхностной фильтрации. Оттенками серого показаны изменения, произошедшие в период 04-06 гг. Белым показаны участки, не изменившиеся или слабо изменившиеся в период 04-09 гг.

Наиболее заметные изменения связаны с механическим перемещением грунта и подтоплением. Глубокий анализ изменения комплексов, в первую очередь, природных, возможен как следующий этап анализа изменений природной среды.

Анализ изменения природных комплексов возможен с использованием базовых полученных результатов - факторов различающих изменения и выделов классификации, отражающих измененные комплексы.

Окончательные карта состояния и карта изменения природной среды оставляются на основе использования наземного фактического материала, результатов автоматизированных классификаций материалов дистанционных съемок и классического экспертного дешифрирования (рис.3).

а) 2004-2006 б) 2006-2007

Рис. 3 (а,б) Фрагмент карты изменения природной среды за 2004-2006 и 2006-2007 гг. Цветом показаны площадные изменения природно-антропогенных и природао-техногенных систем; точками - участки развития экзогенных геологических процессов. Полностью карты за период 2004-2009 гг. приведены в диссертации

Глава V. Результаты проектирования системы локального комплексного мониторинга месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова 5.1 Структура локальной системы комплексного мониторинга

В соответствии с принципами и подходами, приведенными в главах 3 и 4, была разработана система мониторинга для ГОК на месторождении алмазов им. М.В.

Ломоносова. Система была реализована и ее функционирование началась в 2004 г. и в настоящее время система прошла апробацию в течение 7 лет.

Общая структура системы включает ИИС, охватывающую пункты контроля разных типов и ИУП.

Проведенный анализ текущих и прогнозируемых процессов на территории ГОК в соответствии с принципами, изложенными в главе 3 и разделе 4.1, позволил определить наиболее рациональный состав ИИС. В состав ИИС вошли пункты следующих типов:

- Комплексные: пункты (тип 1, 2 и 3) и профили комплексного контроля состояния природной среды; пункты комплексного контроля поверхностных вод.

- Частные пункты контроля: выбросов; загрязнения воздушной среды; сбросных вод карьера и фабрики; сбросных вод полей фильтрации; дренажных вод; сточных вод; животного мира суши; водной биоты.

- Многозадачные средства контроля: автомашина экологического контроля, средства дистанционного контроля.

- Индикаторные (адаптационные) пункты контроля.

Пункты комплексного контроля состояния природной среды предназначены для комплексного контроля в режиме посещения состояния природной среды, прежде всего под влиянием изменения уровня грунтовых вод. В состав пункта контроля первого типа входят: геоботаническая площадка, площадки детального учета изменения лесной растительности, площадка контроля почвенного покрова, скважина контроля уровня и химического состава грунтовых вод.

Задачи контроля подземных вод (за исключением грунтовых) в силу специфики геоэкологических работ на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова не вощли в задачи диссертационной работы, хотя при этом эти данные активно использовались.

Пункты контроля типа 1 были созданы как опорные пункты для максимально глубокого контроля изменений, пункты контроля типа 2 и 3 как дополнительные.

Профили комплексного контроля состояния природной среды предназначены для комплексного контроля состояния природной среды между пунктами в режиме посещения на основе индикационных признаков. Основными целями функционирования профилей являются: контроль изменения границ и компонентов природной среды, прежде всего связанного с изменением степени увлажнения или химического состава почв и грунтовых вод в разных позициях рельефа и на разном удалении от объектов воздействия.

Пункты контроля выбросов предназначены для контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и представляют собой точки контроля, размещаемые на источниках выбросов (котельная и дизельные электростанции).

Пункты комплексного контроля состояния поверхностных вод предназначены для контроля состояния поверхностных вод под влиянием изменения гидрологического режима на территории месторождения. На каждом пункте проводится контроль гидрологических и гидрохимических параметров, а также геохимических параметров донных отложений.

Средства дистанционных наблюдений в штатных ситуациях предназначены для регулярного контроля выявленных и обнарудения новых областей геоэкологического воздействия. Контролируемыми параметрами являются: очертания и размещение очагов геоэкологических процессов и участков техногенных воздействий. Данные, получаемые в результате космической съемки, обрабатываются и выдаются в виде тематических карт.

Автомашина экологического контроля (АЭК) предназначена для проведения экологических наблюдений, выполняемых в режиме посещения и для периодического контроля оборудования пунктов мониторинга. АЭК функционирует на базе гусеничной транспортной машины, оснащенной освещением и отоплением, комплектуется радиотелефоном, средствами точного позиционирования GPS, цифровым фотоаппаратом, прибором для измерения уровня грунтовых вод, карманным компьютером типа КПК со специальным программным обеспечением.

Размещение пунктов комплексного контроля состояния природной среды базируется на принципах, рассмотренных в разделе 4.2. Фрагмент схемы размещения звеньев ИИС приведено на рис 4.

5.2 Функционирование локальной системы комплексного мониторинга

Основным фактором, определяющим частоту измерений, характер изменчивости наблюдаемых параметров. Минимальная частота наблюдений определяется регламентирующими нормативно-методическими документами.

Период контроля разных параметров для рассматриваемой системы мониторинга составляет для наиболее изменчивых параметров 1 раз в день (для гидрологических параметров, особенно в период паводка) и до 1 раз в 5 лет для медленно меняющихся параметров почвенного покрова. Полный разработанный регламент для системы мониторинга приведен в приложениях к диссертации.

При разработке системы КГМ были предусмотрены адаптационные процедуры, предназначенные для реализации адаптации системы экологического мониторинга к изменяющимся условиям функционирования. Основными видами подобной адаптации системы к изменяющимся условиям функционирования являются:

- изменение регламента системы,

- изменение структуры информационно-измерительной сети (в первую очередь количества и положения измерительных звеньев),

- изменение средств или процедуры обработки данных.

Рис. 4. Пример размещения пунктов и профилей комплексного контроля для месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова.

Зеленые и красные точки комплексные пункты контроля 1 и 2 типа; голубые и синие -пункты контроля дренажных, сбросных и сточных вод; фиолетовые - пункты контроля выбросов в атмосферу; флажок - пункт контроля поверхностных вод и донных отложений,.

Данные процедуры реализуются после появления заранее определенного события, зафиксированного индикаторными пунктами контроля. Необходимость адаптационных процедур в рассматриваемой системе локального комплексного мониторинга связана со следующими основными факторами:

• Вскрытие на позднейших этапах отработки месторождения подземных вод высокой минерализации в составе карьерного водоотлива;

• Появление новых источников воздействия на окружающую среду или изменения конфигурации существующих источников.

Примеры некоторых адаптационных процедур системы мониторинга:

Индикаторное событие: увеличение концентрации загрязняющих веществ в пунктах К-87, 90 при возможной активной фильтрации вод хвостохранилища. Адаптационная процедура: новый пункт контроля поверхностных вод В-11 ниже впадения в р. Золотицу руч. Кондратьев с регламентом аналогичным пункту В-1.

Индикаторное событие: постоянное увеличение сухого остатка на пункте Д-1 более 1 мг/л при увеличении минерализации в сбросных водах. Адаптационная процедура: изменить регламент пункта Д-1, включив в состав контролируемых параметров для дренажных вод макрокомпоненты, стронций, лантан, титан.

Основные результаты и выводы:

1. Для территории отработки месторождения твердых полезных ископаемых в лесной зоне на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова решен комплекс базовых научных задач разработки системы комплексного геоэкологического мониторинга:

• Определены основные принципы разработки локальных систем комплексного геоэкологического мониторинга, определены основные структурные элементы системы мониторинга, предложена схема учета сценариев развития процессов взаимодействия природных и техногенных комплексов;

• Предложены классификация и состав пунктов контроля для локальных систем комплексного геоэкологического мониторинга, достаточный для полного контроля геоэкологической обстановки;

• Предложен и обоснован подход к решению задачи определения пространственной структуры информационно-измерительной сети для комплексных пунктов контроля, основанный на учете трех факторов: ландшафтной дифференциации территории (сетка границ природно-территориальных комплексов), направления миграционных потоков на территории (прежде всего водных) и их функционально-динамических зон, расположения очагов техногенного воздействия.

• Предложен и обоснован принцип адаптивной частоты при ведении комплексного геоэкологического мониторинга, выполнена его разработка и апробация на основе вероятностного подхода. Определены недостатки и ограничения применения вероятностного подхода.

• Разработана универсальная структура базы данных для ведения комплексного геоэкологического мониторинга базирующаяся на иерархии элементов природной среды, и рациональная структура ГИС. Разработанные решения апробированы на практике и показали свою достаточность.

• Предложены и опробованы методики обработки дистанционных данных для получения карт состояния и изменения природной среды. Предложенные методики показали свою состоятельность в процессе проведения дистанционного мониторинга в период 2004-2009 гг.

2. Разработанные в диссертации подходы и методики использованы при проектировании и реализации локальной системы комплексного геоэкологического мониторинга для ГОК на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Викторов А.С., Орлов Т.В., Капралова В.Н. Основные результаты и проблемы разработки локальных систем геомониторинга // Опасные природные и техноприродные экзогенные процессы: закономерности развития, мониторинг и инженерная защита территорий. Сергеевские чтения. Вып. 9. М.: ГЕОС, 2007, с. .276280.

2. Орлов Т.В. Место пунктов комплексного контроля в локальных системах комплексного геоэкологического мониторинга (на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова) // Материалы IV Международной конференции «Современные проблемы ландшафтоведения и геоэкологии», «Издательский центр БГУ», Минск, 2008, с. 120-123.

3. Орлов Т.В, Количественное обоснование выбора пространственного разрешения изображения для целей дистанционного мониторинга// Международный год планеты Земля: задачи геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения. Выпуск -10. М.: Геос, 2008, с. 465-469 .

4. Орлов Т.В. Принципы определения пространственной структуры информационно-измерительной сети в системах комплексного экологического мониторинга.//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2008, №2, с.183-192.

5. Орлов Т.В., Березин П.В., Фессель К.В., Викторов А.А., Викторов А.С. Разработка программного комплекса ведения автоматизированного геоэкологического мониторинга для обеспечения безопасности инженерных сооружений// Материалы международной научно-практической конференции "Геориск-2009" "Проблемы снижения природных опасностей и рисков". Т.1, 2009, с.88-92.

6. Орлов Т.В., Березин П.В., Фесель К.И., Викторов А.А.. Применение ГИС-технологий при геоэкологическом мониторинге // Моделирование при решении геоэкологических задач. Сергеевские чтения. Выпуск -11. М.: Геос, 2009, с. 74-78.

7. Орлов Т.В. Дистанционный мониторинг как часть комплексного экологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых (на примере месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова)// Мониторинг геологических, литотехпических и эколого-геологических систем. Труды Международной научной конференции. Изд-во Московского университета, 2007 с. 185-187.

8. Иванов А. К., Викторов А. С., Орлов Т. В. Система производственного экологического мониторинга месторождения алмазов им. М. В. Ломоносова. Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции. Выпуск 3. «Развитие минерачьно-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи». Североонежск - Архангельск, 2006. с. 60-69

9. Orlov T.V. Integrated remote sensing monitoring for environmental changes of a solid mineral deposit area (Diamond deposit. Arkhangelsk district. Russia)//Bunce, R.G.H., Jongman, R.H.G, Hojas L. and Weel S. (Eds). 25 years of Landscape Ecology: Scientific Principles in Practice. Proceedings of he 7th IALE World Congress. Wageningen, The Netherlands, July 2007.

10. Orlov T.V. Indication and estimation of under flooding and swamping using remote sensing data for solid mineral deposit development (case study of Lomonosov diamond deposit)// Environmental Geoscienses and Engineering Survey for Territory Protection and Population Safety (EngeoPro-2011)/Abstracts to Proceedings - Moscow ИП Киселева H.B. (Kiseleva N.V.), 2011, pp. 268.

11. Orlov T. Kapralova V. Estimation of possibility for sustainable raised bog's use in region of exploration of solid mineral deposits // international Scientific Conference SGEM 2008. v. II. Sofia, Bulgaria, 2008, pp. 413-419.

Подписано в печать:

17.11.2011

Заказ № 6290 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Объем: 1 усл.п.л. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Орлов, Тимофей Владимирович

Введение

Глава I. Состояние проблемы разработки теории локальных систем геоэкологического мониторинга.

1.1 Понятие геоэкологического мониторинга

1.2 Принципиальные подходы к разработке систем 14 геоэкологического мониторинга

2.1 Общая характеристика природных условий

2.2. Основные технические особенности ГОК

2.3. Процессы взаимодействия ГОК и природной среды 35 Выводы

Глава III. Общие особенности структуры систем комплексного геоэкологического мониторинга.

3.1 Постановка задачи мониторинга

3.2 Принципы построения систем комплексного 46 геоэкологического мониторинга

3.3 Структура систем комплексного геоэкологического 53 мониторинга

3.4 Этапность развития системы КГМ 55 Выводы

Глава IV. Методические подходы к решению основных задач разработки систем комплексного геоэкологического мониторинга.

4.1 Определение измеряемых параметров

4.2 Принципы определения пространственной структуры 68 информационно-измерительной сети в системах комплексного геоэкологического мониторинга

4.3 Оптимизация частоты наблюдений при 91 геоэкологическом мониторинге.

4.4 Использование ГИС технологий в локальных системах 105 комплексного геоэкологического мониторинга

4.5 Методы дистанционного контроля в локальных системах 130 комплексного геоэкологического мониторинга

Глава V. Результаты проектирования локальной системы локального мониторинга месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова

5.1 Структура локальной системы комплексного 174 мониторинга

5.2 Функционирование локальной системы комплексного 189 мониторинга

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка систем комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых"

Участки разработки месторождений твердых полезных ископаемых характеризуются высоким уровнем воздействия на окружающую среду. Горнодобывающая промышленность вызывает часто значительные изменения всех компонентов природной среды вследствие механического, геохимического, гидрогеологического воздействия, а также их нелинейного взаимовлияния.

Основной целью создания системы комплексного геоэкологического мониторинга является оперативная оценка интенсивности и характера взаимодействия природно-технической системы и природной среды для определенных параметров и их критических значений.

В настоящее время отсутствует глубоко разработанная теория разработки систем комплексного геоэкологического мониторинга. Универсальные принципы создания систем комплексного геоэкологического мониторинга до конца не разработаны. Для ряда задач найдены определенные решения (Семенов, 2005, Королев, 1995, 2007 Степановских, 2001, Бондарик и др., 1990) в основном применительно к мониторингу отдельных компонентов природной среды, но, к сожалению их полнота не достаточна для разработки принципов универсальной локальной системы комплексного мониторинга.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

- Развитие научных основ и методов определения структуры информационно-измерительной сети и размещения пунктов комплексного контроля

- Обоснование подхода для определения оптимальной частоты контроля показателей при ведении комплексного геоэкологического мониторинга

- Разработка универсальной структуры базы данных системы комплексного геоэкологического мониторинга

- Развитие новых методов обработки дистанционных данных при ведении комплексного геоэкологического мониторинга

- Апробация и внедрение системы комплексного мониторинга на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова.

Задачи контроля подземных вод (за исключением грунтовых) в силу специфики геоэкологических работ на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова не вошли в задачи диссертационной работы, хотя при этом эти данные активно использовались.

Фактический материал.

Фактическим материалом проведенной работы является материал, полученный автором в результате полевых и камеральных исследований 2004 - 2010 годах в процессе ведения дистанционного геоэкологического мониторинга на месторождении алмазов им. М.В. Ломоносова, а также в процессе камеральных исследований при проектировании и обработке результатов функционирования локальной системы комплексного геоэкологического мониторинга этого месторождения

Защищаемые положения:

1. Для определения мест размещения комплексных пунктов контроля системы мониторинга месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова необходимо использовать подход, базирующийся на учете трех факторов: дифференциации природных комплексов с исключенными свежими вырубками, миграционных потоков и их функционально-динамических зон, подтвержденных в результате геохимического опробования, а также антропогенно-очагового фактора; участки расположения пунктов определяются на основе индикационного дешифрирования материалов аэрокосмической съемки путем выявления ландшафтной дифференциации территории, миграционных потоков, а также внутрикомплексного зонирования.

3. При ведении комплексного геоэкологического мониторинга необходимо использовать универсальную легко адаптируемую структуру базы данных, основой которой является подход, позволяющий оперировать данными, относящимися к иерархически соподчиненным геоэкологическим объектам; структура реализована и апробирована в работе.

4. В системе комплексного геоэкологического мониторинга на территории месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова целесообразно использовать полуавтоматическую обработку данных дистанционных съемок для анализа состояния природной среды, базирующуюся на сочетании двух метрик оценки близости пикселей (метрика Евклида и Буняковского), а также для анализа изменений, базирующуюся на интегральной обработке всей совокупности каналов разных сроков съемки на базе метода главных компонент;

Научная новизна: новизна работы обусловлена комплексом новых научных решений по научному обоснованию разработки системы комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых в лесной зоне:

Предложен подход к разработке разработки оптимальной структуры информационно-измерительной сети, основанной на совместном использовании трех типов пунктов контроля (комплексного, частного и индикаторного).

Для обоснования размещения комплексных пунктов контроля впервые предложен подход, базирующийся на учете с помощью индикационного дешифрирования трех факторов дифференциации природных комплексов с исключенными свежими вырубками, миграционных потоков и их функционально-динамических зон, а также антропогенно-очагового фактора.

Предложен новый подход к определению оптимальной частоты измерений на основе принципа адаптивной частоты, основанной на анализе допустимых вероятностей достижения критического уровня.

Впервые разработана и апробирована универсальная структура базы данных, применимой в системах комплексного геоэкологического мониторинга.

Практическая ценность.

Рассмотренные в диссертации подходы и решения могут быть применены в локальных системах мониторинга участков разработки твердых полезных ископаемых в лесной зоне, а также других типов месторождений. Локальная система комплексного геоэкологического мониторинга, основанная на разработанных в диссертации принципах и использующая разработанные методики функционирует для месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова с 2004 г.

Публикации и апробация работы. По теме диссертации автором лично и в соавторстве подготовлено 24 работы, в том числе 1 статья в рецензируемых журналах, 1 статья в зарубежном издании. Результаты и основные защищаемые положения работы докладывались на всероссийских и международных конференциях, в том числе: Сергеевские чтения 2004, 2007, 2008, 2009; Открытой встрече «Антропогенные причины и следствия глобального изменения окружающей среды, 2005; IX Международной ландшафтной конференции, 2006; Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи, 2006; Мониторинг геологических, литотехнических и эколого-геологических систем, 2007; Международная конференция SGEM, 2008; Всероссийская конференция с международным участием «Северные территории России: проблемы и перспективы развития», 2008; Геориск-2009; EngeoPro 2011.

ГЭ РАН О.Н.

Трапезниковой, М.В. Архиповой, В.Н. Капраловой, А.А. Викторову! сотрудникам института Н. А. Румянцевой, К.И. Фесселю, П.В. Березину, а также руководству ОАО "Севералмаз» и главному экологу А.К. Иванову.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Орлов, Тимофей Владимирович

Основные результаты и выводы:

• Предложен и обоснован принцип адаптивной частоты при ведении комплексного геоэкологического мониторинга, выполнена его разработка и апробация на основе вероятностного подхода, определены недостатки и ограничения применения вероятностного подхода.

• Разработана универсальная структура базы данных для ведения комплексного геоэкологического мониторинга, базирующаяся на иерархии элементов природной среды, и рациональная структура ГИС, разработанные решения апробированы на практике и показали свою достаточность.

2. Разработанные в диссертации проектировании и реализации локальной мониторинга для ГОК на месторождении подходы и методики использованы при системы комплексного геоэкологического алмазов им. М.В. Ломоносова.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Орлов, Тимофей Владимирович, Москва

1. Андронников В. JI. Аэрокосмические методы изучения почв. М.: Колос,1 1979. 280 с.

2. Аполлонов В Н., Вержак В.В., Гаранин К.В., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Шлыков В.Г. Сапонит из месторождения алмазов им. М.В.

3. Ломоносова. Геология и разведка. 2003. № 3. С. 20-37.

4. Аэрокосмические методы геологических исследований / Под. Ред A.B.

5. Перцова. Спб.: изд-ов СПб. Картфабрики "ВСЕГЕИ", 2000. - 316 с.

6. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. М.: 1997

7. Берлянт A.M., Кошкарев A.B., Тикунов B.C. Картография и геонформатика.

8. Итоги науки и техники. Картография. М.: ВНИИТИ, 1991 Биомониторинг Инфо,6 http://www.biomonitoringinfo.org/glossary/glossary.html

9. Богатиков O.A., Гаранин В.К., Вержак В.В. и др. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия).7 М.: МГУ. 1999. 524 с.

10. Бондаренко A.A. Об одном классе моделей оценки инженерно-геологических условий территории // В сб.; Оценка инженерно-геологических условий и расчет устойчивости склонов и откосов при проектировании земляного полотна в сильнопересеченной местности.

11. Труды СоюздорНИИ. М., 1980, с. 28—33.

12. Бондарик Г. К., Ярг Л. А. Природно-технические системы и их мониторинг g // Инженерная геология, 1990, № 5, с. 3—9.

13. Бондарик Г.К. Новый этап инженерной геологии // Инж. геология. 1989. № 10 4. С. 115-119.

14. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. М.: ^ Недра, 1981.-256 с.

15. Бондарик Г.К. Современная инженерная геология. Содержание, структура, задачи // Инженерная геология сегодня и завтра. М: Изд-во МГУ, 1996. С. 12 11-21.

16. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Природно-технические системы и их мониторинг//

17. Инженерная геология, 1990. № 5. С. 3-9.

18. В.М. Калинин. Мониторинг природных сред. Учебное пособие. Тюмень.

19. Издательство Тюменского государственного университета, 2007. 208 с.

20. Валуев Е.П., Иванов А.К., Фортыгин B.C., Юдахин Ф.Н., Губайдуллин М.Г. Результаты опытно-промышленных работ на месторождении алмазов им. М.В.Ломоносова. Сб. научных трудов "Север: экология". Уральское15 отделение РАН, Екатеринбург. 2000 С. 163-169.

21. Вержак Д.В., Гаранин К.В. Экологические проблемы освоения месторождений алмаза Архангельской алмазоносной провинции и некоторые пути их решения // Геология алмаза настоящее и будущее.

22. Воронеж: изд-во ВГУ, 2005. 1663 с.

23. Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере. Успехи современной17 биологии, 1944, т. 18, вып. 2.

24. Викторов A.C., Викторов C.B., Садов A.B. Аэрокосмический мониторинг18 геологической среды. Обзор. М.: ВИЭМС. 1990. 42 с.

25. Викторов A.C., Шеко А.И. Мониторинг природных опасностей. Глава 4 в кн. Природные опасности России, т.1. Природные опасности и общество,19 М., 2002 С.110-135.

26. Виноградов Б. В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука,20 1984

27. Виноградов Б. В. Аэрометоды изучения растительности аридных зон. М.;:21 Л.: Наука, 1966. 361 с.

28. Виноградов Б. В. Дистанционное изучение биосферы.— В кн.: Итоги наукш и техники. Сер. Теоретические и общие вопросы географии. М.: ВИНИТИ,.22 1977, т. 3,С. 58—146.

29. Виноградов Б. В. Космические методы изучения природной среды. М.:23 Мысль, 1976. 286 с.

30. Виноградов Б. В. Преобразованная Земля: Аэрокосмическне исследования.24 М.: Мысль, 1981. 296 с.

31. Геоэкология. 1994. N 4. С. 12-19.

32. Геоинформационные системы. Обзорная информация. М.: ЦНИИГАиК,27 1992.

33. Герасимов И. П. Научные основы современного мониторинга окружающей 2g среды". Известия АН. Сер. геогр. 1978. № 3, с.13-25.

34. Герасимов И.П. Мониторинг окружающей среды // Общие проблемы географии и моделирование геосистем: Тр. XXII Международного географического конгресса. М., Наука, 1976. С. 15-34.29

35. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей30 среды // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1975. № 3. С. 13-25.

36. Герасимов И.П.Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей31 географии мира. Изд. Наука М. 1985 с. 246.

37. Гидрогеологическая карта дочетвертичных пород Архангельской и

38. Вологодской области. Масштаб 1:2 500 000. Ленинград, 1968 Голодковская Г.А., Елисеев Ю.В. Геологическая среда промышленных33 регионов. М., Недра, 1989, 218 с.

39. Голодковская Г.А., Куринов М.Б. Опыт функционального анализа экологогеологических систем промышленных регионов //Геоэкология. №5, 1999. Сос 399-407. оо

40. Голубев Г.Н. Геоэкология. Учебник для студентов высших учебных36 заведений. М.: Изд-во ГЕОС, 1999. - 338с .

41. Гонин Г. Б. Космическая фотосъемка для изучения природных ресурсов. Л.:37 Недра, 1980. 319 с.

42. ГОСТ 17.1.3.07 82. Охрана природы. Гидросфера. Привила контроля качества воды, водоемов и водотоков // Охрана природы. Гидросфера / Сборник. Государственные стандарты. — М.: ИПК Изд во стандартов, 1998оо

43. ГОСТ 17.1.3.07 82. Охрана природы. Гидросфера. Привила контроля качества воды, водоемов и водотоков // Охрана природы. Гидросфера / Сборник. Государственные стандарты. — М.: ИПК Изд во стандартов, 199839

44. ГОСТ 17.2.3.07 86. Правила контроля воздуха населенных пунктов // Охрана природы. Атмосфера / Сборник. Государственные стандарты. —

45. М.: ИПК Изд во стандартов, 1998

46. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Карта четвертичных отложений. Масштаб 1 : 1 ООО ООО (новая серия) Лист Q41 (35)-37 (Кировск). Санкт-Петербург 2001

47. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Карта четвертичных отложений. Масштаб 1 : 200 000. Лист Q-37-XXEX, ХХХХ42 (Ижма). Санкт-Петербург, 1996.

48. Государственная геологическая карта. Карта дочетвертичных отложений. Российской Федерации. Карта четвертичных отложений. Масштаб 1 : 1 00043 000 (новая серия) Лист Q-(35)-37 (Кировск). Санкт-Петербург, 2001.

49. Государственная геологическая карта. Карта дочетвертичных отложений. Российской Федерации. Карта четвертичных отложений. Масштаб 1 : 20044 000. Лист Q-37-XXIX, ХХХХ (Ижма). Санкт-Петербург, 1996.

50. Губайдуллин М.Г. Геоэкологические условия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России: Архангельск: Поморский45 государственный университет, 2002, 310 с.

51. Дмитриев В.В., Жиров А.И., Ласточкин А.Н. Прикладная экология: учебник для студ. высш. учеб.заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2008,46 608 с.

52. Дуда Р., Харт. Распознавание образов и анализ сцен. М.: Мир. 1976. 511 с. Емельянов А.Г. Комплексный геоэкологический мониторинг. Твер. Гос.48 Ун-т. Тверь, 1994, 88с.

53. Епишин В.К., Трофимов В.Т. Литомониторинг система контроля и управления геологической средой // Теоретические основы инж. Геол. Социально-экономические аспекты / Под ред. акад. Е.М. Сергеева. -М.:Недра, 1985. - С. 243-250.49

54. Епишин В.К., Экзарьян В. Н. Прогноз процесса формирования берегов50 водохранилищ. М.: Энергия, 1979. 113 с.

55. Захаров Ю. Ф. Проблемы изучения и предотвращения оседания земной поверхности и их последствий при эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Сибири // Междунар. геол. конгр., 25-я сессия. Докл. сов. геологов. -М.: Наука, 1976, с. 190-198.51

56. Иванов К.Е. Водообмен в болотных ландшафтах. Л.: Гидрометеоиздат,52 1975.280 с.

57. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.:

58. Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

59. Израэль Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. Л.:

60. Гидрометеоиздат, 1984. 560 с.

61. Израэль Ю.А. Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изменений состояния окружающей природной среды. Основы мониторингасс // Метеорология и гидрология. 1974. № 7. С. 3-8.55

62. КАЛИНИН В.М. МОНИТОРИНГ ПРИРОДНЫХ СРЕД: Учебное пособие. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2007.56 208 с.

63. Камышев А.П. Методы и технологии мониторинга природно-технических систем Севера Западной Сибири / Под. ред. А. Л. Ревзона. М.:

64. ВНИИПИГАЗДОБЫЧА, 1999. 230 с.

65. Карпенко Ф.С. Влияние сапонита на устойчивость гидротехнических сооружений хвостохранилищ на месторождении им. М.В. Ломоносова

66. Архангельской области. //Геоэкология. 2008. № 3. С.269-271.

67. Киенко Ю.П. Введение в космическое природоведение и59 картографирования. М.: Картгеоцентр-Геодезиздат, 1994 Кимстач В А., Фридман Ш.Д., Дмитриев Е.С. и др. Концепция экологического мониторинга России // Метеорология и гидрология, 1992.60 № 10.

68. Киреев Д. М. Методы изучения лесов по аэроснимкам. Новосибирскг61 Наука, 1977. 212 с.

69. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубалина О.В. Аэрокосмические62 методы географических исслеодований. М.: Академия, 2004. 336 с. Комаров И.С. Накопление и обработка информации при инженерно22 геологических исследованиях. М: Недра, 1972, 296 с.

70. Королев В.А. Мониторинг геологических, литотехнических и эколого64 геологических систем; Под. Ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2007. -416 с.

71. Королев В.А. Мониторинг геологической среды. М.: МГУ, 1995. 272 с. Королёв В.А. О концепциях мониторинга геологической среды. В сб.: Мат-лы Всеросс. н.-техн. конф. "Экология и геофизика", 1995, Дубна. - М.,66 1995, с. 89.

72. Королёв В.А. Теория и методология составления карт организации эколого-геологического мониторинга. Тр. Межд. научн. конф. «Новые типы инж,-геологических и эколого-геологических карт» (29-30 мая 2001) / Под ред.

73. Королёв В.А., Неклюдов Д.Б. Применение эколого-геологических ГИС для мониторинга территорий полигонов ТБПО. Мат. Всерос. науч. конф. «Геология Русской плиты на рубеже веков», 27-30 марта 2000 г., Саратов.

74. Саратов, Изд-во Гос. уч.-науч. центра «Колледж», 2000, с. 112.

75. Королёв В.А., Неклюдов Д.Б. Эколого-геологическая ГИС для мониторинга территории полигонов ТБПО. Инж.-геологические проблемы урбанизированных территорий / Мат-лы Межд. симпозиума 1АЕО).

76. Екатеринбург, АВА-Пресс, в 2 т., 2001, с.772-776.

77. Космическая съемка и тематическое картографирование/Под ред. К. А.

78. Салищева, Ю. Ф. Книжникова. М.: Изд-во МГУ, 1980. 272 с.

79. Котельников В.А., О пропускной способности «эфира» и проволки в72 электросвязи. Успехи физических наук, 2006 №7, 762-770,

80. Котляков В.М, Избранные сочинения в шести книгах. Книга 3. География в73 меняющимся мире. М.: Наука, 2001, 411 с.

81. Кроновер Ричард М. Фракталы и хаос в динамических системах. М. 2000.74 3 50 с.

82. Кюнтцель В.В. Закономерности оползневого процесса на территории75 СССР. М., Недра, 1980

83. Кюнтцель В.В. Оценка экологической устойчивости геологической среды к природным и техногенным воздействиям // Геоэкологические исследованияи охрана недр. Обзор. М.: АОЗТ « Геоинформмарк», 1995. 29 с.76

84. Ласточкин А.Н Системно-морфологическое основание наук о Земле (геотопология, структурная география и общая теория геосистем). Спб.,77 2002

85. Малов А. И. Особенности геоэкологических условий месторождения алмазов им М. В. Ломоносова//Север: Экология. Отв. ред. Ф .Н. Юдахин.78 Екатербург, 2000, с. 205.

86. Малов А.И. Оценка фонового состояния и антропогенного загрязнения тяжелыми металлами почв и донных отложений юго-восточного

87. Беломорья// Геоэкология, 2000, №1 С.144-149

88. Малов А.И. Тех.отчет "Геоэкологическое картирование на участке «Центральный»", «Геоконсалт» М., 1995. (Архивные материалы ОАО «Севералмаз»)80

89. Малов, А. И. Исследования и использование подземных вод Европейского Севера // Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз, ситуации, пути развития, решения : материалы междунар. конф.

90. Архангельск, 2002. Т. 1. - С. 208-213.

91. Малов, А. И. Экологические аспекты освоения недр Архангельской области // Сырьевая база России в XXI веке: Материалы науч.-практ. конф.

92. Архангельск, 2001. С. 106-109.

93. Мамай И.И. Динамика и функционирование ландшафтов.М.: Изд-во85 Моск.ун-та, 2005. 138 с.

94. Методика изучения и прогноза экзогенных геологических процессов / Под86 ред. А.И. Шеко, С.Е. Гречищева. М.: Недра, 1988.

95. Методические рекомендации по организации и ведению государственного мониторинга экзогенных геологических процессов / Авторы; А,И Шеко, В.

96. С. Круподеров и др. М.: ВСЕГИНГЕО, 1997,39 с.87

97. Методы долговременных региональных прогнозов экзогенных геологических процессов / Под ред. А. И. Шеко и В. С. Круподерова. М.:88 Недра, 1984, 169 с.

98. Мотузова Г.В., Безуглов О.С., Экологический мониторинг почв. М.:

99. Академический проспект; Гаудеамус, 2007. 237 с.

100. Николаев В. А. Космическое ландшафтоведение: Учеб.пособие; МГУ90 им.М.В.Ломоносова. Геогр.фак. М., 1993. 80с.

101. Объяснительная записка "Государственная геологическая карта Российской Федерации Масштаб 1 : 1 ООО ООО (новая серия) Лист Q-(35)-3791 (Кировск)". Санкт-Петербург, 2001.-607 с.

102. Объяснительная записка "Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 200 000. Лист Q-37-XXIX, ХХХХ92 (Ижма)". Санкт-Петербург, 1996.-600 с.

103. Одум, Юджин. Экология: В 2х т. — Пер. с англ. — М.:. Мир, 1986.

104. Осипов В.И. Геоэкология междисциплинарная наука об экологических94 проблемах геосфер/Геоэкология. 1993,1 с. 4-18.

105. Осипов В.И. Геоэкология: понятия, задачи, приоритеты // Геоэкология.95 1997. №1. С. 3-12.

106. Осипов В.И. Методика оценки опасности природных катастроф // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. Вып. 10. М.: ВИНИТИ, 1993. С. 23-3896

107. Осипов В.И. Экологические проблемы разработки алмазов месторождения им. М.В. Ломоносова // Материалы международной конференции "Экология северных территорий России.". Архангельск. ИЭПСУрО РАН,97 2002. Т. 1. С. 32 42.

108. Осипов В.И., Чистяков A.A., Касаткин Ф.Г. Принципы размещения и экологической безопасности хвостохранилища Поморского ГОКа //

109. Геоэкология. 1994.№1. С. 28-43.

110. Осипов Ю.Б. Литомониторинг и рациональное использование gg геологическое среды. М.: Акад. народн. хоз-ва. 1986. 113 с.

111. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 100 1999. 762 с.

112. Петрулевич A.A. Разработка систем производственного экологического мониторинга объектов сбора и магистрального транспорта газа / Автореф. канд. дисс. М., ВНИИГАЗ, 2002, - 24 с.

113. Принципы и методы геосистемного мониторинга. М.: «Наука», 1989 169

114. Пузаченко Ю.Г. Математические методы в экологических и103 географических исследованиях. М.: Академия, 2004. 407 с.

115. Пузаченко Ю.Г. Методологические основы измерения сложности104 ландшафта // Изв. АН. Сер. Геогр. 1995. №4. С. 30-50

116. Пузаченко Ю.Г., Онуфреня И.А., Алещенко Г.М. Анализ иерархической107 организации рельефа // Изв. АН. Сер. Геогр. 2002. №4. С. 29-38.

117. Пузаченко Ю.Г.,К.Н. Дьяконов, Г.М. Алещенко. Разнообразие ландшафта и методы его измерения. В сб. «География и мониторинг биоразнообразия»,

118. Экоцентр МГУ, 2002. стр. 143-302

119. Ревзон A.J1. Аэрокосмические исследования в строительстве// Природа.109 1989. № 10. С. 57-64.

120. Ревзон A.J1. Аэрокосмический контроль состояния линейных110 сооружений//Экология и промышленность России. 1996. Декабрь. С. 37-42.

121. Ревзон A.J1. Аэрокосмический мониторинг изменений геологической среды при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений // Биосфера и климат по данным космических исследований. Баку.: ЭЛМ, 1982. С. 135111 137.

122. Ревзон А.Л. Индикационный анализ космических фотоснимков в112 инженерной геоморфологии // Геоморфология. 1987. № 2. С. 35-42.

123. Ревзон А.Л. Картографирование состояний геотехнических систем. М.:113 Недра, 1992. 223 с.

124. Ревзон А.Л. Методика анализа материалов аэрофотосъемки для оценки современной активности карстовых и оползневых процессов // Геоморфология. 1975. № 3. С. 36-41.

125. Ревзон А.Л., Камышев А.П. Природы и сооружения в критических ситуациях. Дистанционный анализ. М.: Триада, Лтд. 2001, - 208 е., 100 илл., 14 табл., прил.

126. Ревзон А.Л., Садов A.B. Применение космофотосъемки в гидрогеологии иинженерной геологии // Гидрогеология и инженерная геология. Обзор. М.:1. ВИЭМС, 1978. 44 с. 116

127. Ревзон А.Л., Толстых Е.А. Аэрокосмический контроль состояния транспортных геотехнических систем // Инженерная геология. 1990. № 3. 117 С. 95-103.

128. Ревзон А.Л., Юровский Б.Л. Космическая информация и прогнозирование экзогенных процессов// Исследование Земли из космоса. 1983. № 4. С. 47118 53.

129. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-спра-вочник. М.: Мысль, 1990.-637 с.114115119120121

130. Романова В.Ю., Костенко В.К., Колесникова В.В., Мартынова Е.А. Основы экологии

131. Рыбкин Д.Б. Заачи моделирования и управления экологической безопаснотью предприятий нефтегазового комплекса / Автореф. канд. дисс. М., ИПУ РАН, 2005, - 28 с

132. С. В. Калесник. Проблема географической среды. Вестник ЛГУ, 1958, № 122 12.

133. Садов А. В. Аэрокосмические методы в инженерной геодинамике. М.:123 Недра, 1988.207 с.

134. Садов A.B. Изучение экзогенных процессов аэроландшафтным методом.124 М.: Недра, 1976.254 с.

135. Садов A.B., Ревзон А.Л. Аэрокосмические методы в гидрогеологии и125 инженерной геологии. М.: Недра, 1979. 223 с.

136. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль126 качества.

137. Семенов С.М. Гидрогеологические прогнозы в системе мониторинга 127 подземных вод. М.:Наука, 2005. 131с.

138. Семенов С.М., Батрак Г.И. О содержании гидрогеологических прогнозов в системе мониторинга подземных вод // Сергеевские чтения 2002. Выпуск 4. М.:ГЕОС, 200212.о

139. Сергеев Е.М. Инженерная геология наука о геологической среде//

140. Инженерная геология, 1979. № Г. С. 3-19.

141. Сергеев Е.М. Инженерная геология. М., Изд-во МГУ, 1982.-247 с.

142. Сидней Драгган, Экологический мониторинг,131 http://www.eoearth.org/article/Monitoring

143. Словарь ООН по экологический статистике United Nations, Glossary of Environment Statistics,132 http://unstats.un.org/unsd/environmentgl/gesform.asp?getitem=765

144. Служба леса США US Forest Service,133 http://www.rmrs.nau.edu/publications/rmgtr295/glossary.html

145. Соколов В.Е.и др. Экологический мониторинг в биосферных заповедниках134 социалистических стран. 1982. 344 с

146. Солнцев H.A. Учение о ландшафте. М.: Изд-во Моск. ун. 2001. 383 с.

147. Степановских A.C. Прикладная экология. М.: Юнити-Дана, 2001. - 751 с.

148. Структура, функционирование, эволюция природных и антропогенных137 ландшафтов. М.-Спб.: РГО, 1997. 282 с.

149. Стурман В.И. Экологическое картографирование. Учебное пособие. — М.:

150. Аспект Пресс, 2003. — 251 с.

151. Теория и методология экологической геологии / Под ред. В. Т. Трофимова.139 М.: МГУ, 1997, 368 с

152. Теория и методология экологической геологии / Под ред. В. Т. Трофимова.140 -М.: МГУ, 1997, 368 с.

153. Теория и методология экологической геологии. М.: Изд-во Моск. унта,141 1997.368с.

154. Тех. Отчет. "Оценка воздействия на окружающую среду" ГОК им. М.В. Ломоносова, "Нордэко", Архангельск 2002. (Архивные материалы ОАО142 «Севералмаз»)

155. Требования к составу информации для ведения государственного мониторинга экзогенных геологических процессов / Сост. А. И. Шеко. -М.: ВСЕГИНГЕО, 1995, 25 с.1.^О

156. Трифонова Т.А., Селиванова Н.В., Мищенко Н.В. Прикладная экология: учебное пособие для вузов,- М.: Академический проспект; Гаудеамус, 2007,144 284 с.

157. Трофимов В.Т. И др. Теория и методология экологической геологии/под145 ред. В.Т. Трофимова. М.:Изд-во МГУ, 1997. 368 с.

158. Трофимов В.Т., Зилииг Д.Г. Инженерная геология и экологическая геология: теоретико-методические основы и взаимоотношение. М., изд-во МГУ, 1999, - 120 с.

159. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г., Аверкина Т.И. Геоэкология как термин и междисциплинарная наука. Вестник МГУ, сер. 4. Геология, 1994. № 5, с.149 49-55.

160. Трофимов В.Т., Королев В.А., Герасимова А.С. Классификация техногенных воздействий на геологическую среду Геоэкология. 1995. №150 5. С. 96-107.

161. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Статистический анализ данных на компьютере.151 М.:Инфра, 1998. 528 с.

162. ФАО, http://www.fao.org/nr/geoinfo/geo-home/en/

163. Федеральный закон от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ "Об охране окружающей среды" / Принят Государственной Думой 20 декабря 2001 года, одобрен Советом Федерации 26 декабря 2001 года. 31 с1. о

164. Ферсман А.Е. Геохимия, т.2, Л., ОНТИ, Химтеориздат, 1935.

165. Халафян А.А. Statistica 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. Учебник155 . М.: ООО "Бином-Пресс", 2008 г. 512 с.

166. Хаустов А.П„ Редина М.М. Производственный экологический мониторинг:

167. Учеб. Пособие. М.: РУДН, 2008. - 502 с.

168. Шпилевая Д.В. Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская (месторождение алмазов им. М.В. Ломоносова: Автореф. дис.канд. геол.-мин. наук: 25.00.11158 Москва, 2008. 22 с.

169. Шубин М.А. Декомпозиция и синтез геосистем для оценки и прогнозирования изменений геологической среды // Инж. Геология. 1985.159 №3 с. 124-129

170. Экологический мониторинг: шаг за шагом / Е.В. Веницианов и др., Под ред.

171. Е.А. Заика. — М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. — 252 с

172. Юдахин Ф.Н., Губайдуллин М.Г., Коробов В.Б. Экологические проблемы при освоении минерально-сырьевых ресурсов Архангельской области//161 Геоэкология. 2004. №3

173. Ahvenniemi М., Ojala К., Raitala J А 15 CHANNEL ТМ CLASSIFICATION OF BOG TYPES IN FINNISH LAPLAND Department of Physics, University of

174. France, Proceedings ed. CNES, pp. 181-192 цит no SURVEY OF REMOTE

175. SENSING DATA ANALYSIS METHODShttp://dataserv.cetp.ipsl.fr/AIMWATER/reports/EOsurveyreport.pdf

176. Borland InterBase http://www.ibase.ru/ib7.htm

177. EMAP. URL:http://www.epa.gov/emap/

178. GeoEye URL:http://www.geoeye.com

179. Huette, A.R., 1988, "A Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI)," Remote Sensing of Enviroment, 25 uht no SURVEY OF REMOTE SENSING DATA ANALYSIS METHODS170 http://dataserv.cetp.ipsl.fr/AIMWATER/reports/EOsurveyreport.pdf

180. Ikonos URL:http://www.geoeye.com

181. Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of nature. Freeman & Co., New York, 176 1982

182. Medical association URL: 177 http://medical.webends.com/kw/Environmental%20Monitoring

183. Microsoft Access URL:http://office.microsoft.com/ru-ru/access

184. MS SQL Server URL:http://www.microsoft.com/sqlserver/en/us/default.aspx

185. Munn R.G. Global environmental monitoring system (GEMS). Action plan for

186. Phase // SCOPE. Rep. 3. Toronto, 1973. P. 37-42.

187. Oracle URL:http://www.oracle.com/index.html

188. QuickBird II URL:http://www.digitalglobe.com

189. Remote Sensing Image Analysis: Including The Spatial Domain. Edited by S.M.185 de Jong, F. D. Van Der Meer. Kluwer Academic, 2004.-359 pp.

190. Richardson, A. J. and Wiegand, C. L. (1977) "Distinguishing vegetation from soil background information," Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, vol. 43, pp. 1541-1552 uht no T. W. Ray A FAQ on Vegetation in

191. S. Draggan, Norman Guinasso, Mohamed Rashed "Environmental Monitoring and Assessment Program (EMAP)". In: Encyclopedia of Earth. Eds. Cutler J. Cleveland (Washington, D.C.: Environmental Information Coalition, National

192. Council for Science and the Environment)

193. StatSoft, Inc. Электронный учебник по статистике (2001). Москва, StatSoft.

194. WEB: http://www.statsoflt.ru/home/textbook/default.htm

195. Turcotte D.L. Fractals and Chaos in geology and geophysics. Cambridge

196. University Press, Cambridge, 1992. 220 pp.

197. Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

198. Орлов Т.В. Анализ структуры ландшафта моренной равнины на основе космического1 снимка // Тезисы докладов Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов 2000". секция География

199. Орлов Т.В. Оценка мощности торфа для лесного болота на основании сканерной2 многоканальной съемки высокого разрешения // Тезисы докладов Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов 2002". секция География.

200. Орлов Т.В. Дистанционная информация как основа планирования сети комплексного геоэкологического мониторинга болотных комплексов (на примере участка Беломоро

201. Кулойского плато). Сергеевские чтения выпуск 6. Инженерная геология и охрана геологической среды. Современное состояние и перспективы развития. Москва. ГЕОС. 2004, с. 515-519

202. Иванов А. К, Викторов А. С, Орлов Т. В. Система производственного экологического мониторинга месторождения алмазов им. М. В. Ломоносова. Сборник научных трудов

203. Международной научно-практической конференции. Выпуск 3. «Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи». Североонежск Архангельск, 2006. с. 60-69

204. Orlov T.V. Integrated remote sensing monitoring for environmental changes of a solid mineral deposit area (Diamond deposit. Arkhangelsk district. Russia)//Bunce, R.G.H,

205. Jongman, R.H.G, Hojas L. and Weel S. (Eds). 25 years of Landscape Ecology: Scientific Principles in Practice. Proceedings of he 7th IALE World Congress. Wageningen, The Netherlands, July 2007.

206. Orlov Т. Kapralova V. Estimation of possibility for sustainable raised bog's use in region of exploration of solid mineral deposits // International Scientific Conference SGEM 2008. v. II. Sofia, Bulgaria, 2008, pp. 413-419

207. Орлов Т.В. Принципы определения пространственной структуры информационно-измерительной сети в системах комплексного экологического мониторинга.//Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. Москва: Наука., №2, 2008. 183-192 с.

208. Орлов T.B., Березин П.В., Фесель К.И., Викторов А.А. Применение ГИС-технологий15 при геоэкологическом мониторинге // Моделирование при решении геоэкологических задач. Сергеевские чтения. Выпуск -11. Москва: Геос, 2009, 74-78 сс.

Информация о работе

Орлов, Тимофей Владимирович
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.36

Диссертация

Разработка систем комплексного геоэкологического мониторинга месторождений твердых полезных ископаемых - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы