Размещено на http://www.allbest.ru/

Алгоритмы анализа водного баланса карстовых озер на основе мониторинговых наблюдений

Введение

карстовый озеро водный баланс

Наиболее чутким индикатором активности карста на территории является поведение карстовых озер, образованных депрессивными процессами, с преимущественно подземным стоком. В этом случае поверхностные воды, стекающие в депрессии, поглощаются понорами и питают озера. Карстовые процессы приводят к интенсификации подземного стока и нарушают зональный характер распределения подземного стока, и приводят к перераспределению подземного стока в окрестных реках на относительно ограниченных площадях[1,2]. Соответственно карстовые озера оказывают значительное влияние на развитие деструктивных карстово-суффозионных процессов, как в локальном, так и в региональном масштабе. Эта особенность карстовых озер дает возможность организации режимного геоэкологического мониторинга развития и прогноза активизации деструктивных карстовых процессов на региональном уровне [3].

Целью данной работы является разработка алгоритма анализа водного баланса карстовых озер на основе мониторинговых наблюдений с использованием многополюсной электроустановки.

Методика проведения сбора данных геоэкологического мониторинга с использованием многополюсной электроустановки.

Измерительный комплекс для геоэкологического мониторинга водного баланса карстовых озер построен на основе использования метода геоэлектрического контроля и включает в себя многополюсную электролокационную установку, которая служит для построения вертикального геологического и гидрогеологического разреза и систему сбора и обработки первичных данных [4]. В результате интерпретации данных зондирования определяется вертикальный геологический разрез, который дает определить динамику, глубину и мощность залегания водоносных горизонтов. Структура измерительного комплекса для геоэкологического мониторинга водного баланса карстовых озер представлена на рисунке 1.

Электролокационная установка состоит из блока управления, нескольких пар излучающих электродов АB, датчиков измерения электромагнитного поля MN, температурных датчиков T₁ T₂ и коммутационного оборудования, для связи с пунктом регистрации.

Рисунок 1 - Структура измерительного комплекса для геоэкологического мониторинга

К плате согласования, подключается блок управления, датчики измерения геоэлектрического поля MN , датчики измерения температуры T₁ T₂, а также с нее генерируется зондирующий генераторный сигнал. Зондирующий сигнал подается на излучающие электроды через повышающий трансформатор для формирования рабочего значения напряжения [5].

При мониторинге геологической среды в прибрежных зонах карстовых озер наиболее рационально использовать бесконтактные трансформаторные датчики электрического поля [6], которые не имеют гальванического контакта со средой и позволяют исключить все виды избыточных электрохимических шумов.

Алгоритм работы базовых компонентов измерительного комплекса

Общий алгоритм функционирования измерительного комплекса для геоэкологического мониторинга водного баланса карстовых озер представлен на рисунке 2.

При запуске программы устанавливаются начальные настройки измерительного комплекса. Далее проводится инициализация всех устройств, подключённых к системе, оператор проверяет работоспособность этих устройств и связи. Если все устройства готовы к работе, то оператор переводит систему в автоматизированный режим. На время установки t_G запускается генератор и генерируется опорный сигнал на излучающие электроды. После достижения установившегося режима переходных процессов в режим приёма данных включаются регистрирующие устройства: бесконтактные трансформаторные датчики электрического поля, измеритель градиента температур. После того как заданное время зондирования t_p истекло, работа генератора и регистрирующих устройств останавливается.

Рисунок 2 - Алгоритм функционирования измерительного комплекса

Следующее повторение этого участка алгоритма происходит через заранее заданный промежуток времени T_p. Однако параллельно ожиданию следующего этапа зондирования производится предварительная обработка зарегистрированных данных. Далее формируется массив данных принятых с регистрирующих устройств. Затем проводится коррекция результатов измерений с учётом температурного фактора, интерпретация результатов геоэлектрического зондирования с применением выбранной модели [7, 8].

Результаты режимных наблюдений и пространственно-временная обработка данных

На предварительной стадии работ был выделен участок локального геоэкологического контроля и был построен геоэлектрический разрез вдоль прибрежной зоны выбранного участка. Было выделено два водоносных уровня, отвечающие за подземный сток озера. Контроль осуществлялся за уровнями водоносных слоев, а также за минерализацией в них. Увеличение концентрации минерализации подземных вод свидетельствует о развитии карстовых процессов. Для этого применялись измерительный комплекс геоэкологического мониторинга на базе многополюсной электроустановки и разработанное специальное программное обеспечение. Измерения проводились в период с мая по сентябрь 2017 года. Измерительная система работала в круглосуточном режиме в течение всего наблюдательного периода.

Рисунок 3 - Результаты режимных наблюдений a) уровни первого и второго водоносного горизонта б) средний уровень выпавших осадков

Рисунок 4 - График изменения среднесуточных значений минимального стока озера в летне-осеннюю межень

Выводы

В результате был разработан общий алгоритм функционирования измерительного комплекса для геоэкологического мониторинга, осуществляющий контроль работоспособности устройств и систем сбора данных, оперативную коррекцию, интерпретацию и сохранение результатов измерений. Проведена пространственно-временная обработка данных контроля водного баланса карстового озера Свято Нижегородской области, полученных с многополюсной электроустановки. Были выявлены пространственно-временные зависимости, на контролируемой территории. В течении всего периода наблюдений уровень карстовых вод очень близок к уровню грунтовых надкарстовых вод. Причем в период, по данным режимных наблюдений, отмечается превышение уровней грунтовых надкарстовых вод над напорами карстовых вод, вместе с подъемом общего уровня первого водоносного горизонта. Эта разница по данным наблюдений составляла от 0,7 до 1,6 м. Данный факт свидетельствует о том, что происходит активизация карстовых процессов в прибрежной зоне озера Свято, влияющих на геодинамику среды в региональном масштабе.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 18-48-310025p_a

Список литературы

карстовый озеро водный баланс

1. Хоменко В.П. Карстово-суффозионные процессы и их прогноз. М., Наука,1986.

2. Максимович Г. А. Основы карстоведения. Пермь, 1963, т. I; 1969, т. II.

3.Tsaplev A.V., Romanov R.V., Kuzichkin O.R. Estimation of bias currents in the electrolocation monitoring system of the upper aquifer / 15th International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEM Albena; Bulgaria; 18 through 24 June 2015 Pages 213-220.

4. O.Kuzichkin, A.Grecheneva, A.Bykov, N.Dorofeev, R.Romanov, Optimization of an equipotential method of electroinvestigation for a research of karst processes // SGEM. Volume 17, Issue 52, 2017, Pages 681-688.

5. Орехов А.А., Дорофеев Н.В. Информационно-измерительная система для проведения геоэлектрического контроля геодинамических объектов. //Радиотехнические и телекоммуникационные системы, №2, 2012 - С. 60-62.

6. Зимин Е.Ф. Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах. / Зимин Е.Ф., Качанов Э.С. / - М.: Энергоатомиздат, 1986, 256 с.

7. Огильви А.А. Геоэлектрические методы изучения карста Под. Ред. А.И. Заборовского. - М.: Из-во Московского университета, 1956.

8. Bykov A., Kuzichkin O. Regression Prediction Algorithm Of Suffusion Processes Development During Geoelectric Monitoring. // Advances in Environmental Biology, №8(5) 2014, Pages: 1404-1408.

Размещено на Allbest.ru