авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Геоэкологическая оценка зоны свободного водообмена (на примере смоленской области)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОВАЛЕВ Дмитрий Васильевич

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

ЗОНЫ СВОБОДНОГО ВОДООБМЕНА

(НА ПРИМЕРЕ СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ)

25.00.36 геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Астрахань 2011

Работа выполнена на кафедре физической географии

Смоленского государственного университета

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Евдокимов Сергей Петрович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Петин Александр Николаевич

доктор геолого-минералогических наук

Серебряков Олег Иванович

Ведущая организация: Мордовский государственный

университет им. Н.П. Огарева

Защита состоится 28 апреля 2011 года в 13.00 часов на заседании специализированного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, ул. Шаумяна, д. 1, ауд. 101

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Астраханского государственного университета

Текст автореферата размещен на официальном сайте Астраханского государственного университета: http://aspu.ru .

Автореферат разослан 25 марта 2011 г.

Отзыв на автореферат (2 экземпляра, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д.1., АГУ, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04

Факс (8512) 52-49-92,

e-mail: miolin76@mail.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат географических наук, доцент М.М. Иолин


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В последние годы, в связи с ростом децентрализованных источников водоснабжения сельского населения, возникла объективная необходимость оценки экологического состояния и выявления экологической обстановки для наиболее динамичной из всех гидрогеологических комплексов – зоны свободного водообмена (ЗСВ).

Следует отметить, что отсутствуют специальные работы, в которых бы рассматривалась ЗСВ как объект оценки геоэкологической ситуации. Таким образом, исходя из развития науки в целом, возрастания роли геоэкологических и геоинформационных методов, недостаточного количества исследований в данной области, можно утверждать, что существующая проблема разработки теоретических основ и практических путей определения защищенности грунтовых вод, оценки антропогенной нагрузки на ЗСВ и выявления характерных для нее экологических обстановок является актуальной.

Цель исследования состоит в геоэкологической оценке современного состояния ЗСВ на территории Смоленской области.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

  1. Изучить и модернизировать существующие методы исследований подземной гидросферы и геоэкологической оценки ЗСВ с использованием современных геоинформационных технологий.
  2. Проанализировать климатические, геолого-геоморфологические условия и антропогенные факторы, формирующие те или иные свойства ЗСВ.
  3. Установить глубину залегания первого от поверхности водоносного горизонта в различных природных комплексах на основе применения морфометрического метода анализа рельефа.
  4. Определить степень защищенности грунтовых вод с учетом их глубины залегания и особенностей литологического состава перекрывающих толщ.
  5. Обосновать критерии оценки условий и факторов воздействия на зону свободного водообмена применительно к территории Смоленской области.
  6. Провести районирование зоны свободного водообмена на территории Смоленской области по характеру экологического состояния.
  7. Разработать рекомендации по рациональному использованию грунтовых вод.

Объект исследования – зона свободного водообмена в пределах территории Смоленской области.

Предмет исследования – геоэкологический анализ зоны свободного водообмена.

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили основные принципы и подходы к геоэкологическому анализу зоны свободного водообмена, изложенные в трудах ведущих отечественных ученых и особенно в работах, в которых рассматриваются вопросы геоморфологических исследований (А.А. Лукин, Ю.Г. Симонов, В.П. Философов), проблемы определения защищенности грунтовых вод (В.М. Гольдберг, Н.И. Плотников, А.А. Шварц), применения геоинформационных технологий и математико-картографического моделирования (А.М. Берлянт, В.С. Тикунов, А.М. Трофимов, И.Ю. Чернова). Проанализированы имеющиеся литературные источники, в том числе труды смоленских ученых В.Г. Васильева, А.С. Кремня, Д.И. Погуляева, П.Г. Шевченкова, В.А. Шкаликова.

Научная новизна.

Впервые определена глубина залегания грунтовых вод на территории Смоленской области на основе морфометрического анализа рельефа.

Впервые выявлена степень защищенности грунтовых вод от внешних воздействий в различных ПТК Смоленской области по методике В.М. Гольдберга, которая модернизирована нами применением средств геоинформатики.

На основе анализа геолого-геоморфологического строения уточнена ландшафтная карта с более детальным выделением типов местности.

Впервые проведена оценка степени антропогенной нагрузки на территорию Смоленской области и геоэкологического состояния ЗСВ, а также выделены для нее экологические обстановки.

Разработаны рекомендации по рациональному использованию и защите грунтовых вод от техногенного воздействия, позволяющие выделить наиболее перспективные территории для организации источников децентрализованного водоснабжения, а также подержания в этих источниках воды надлежащего качества.

Практическая значимость исследования. Результаты исследования нашли применение в работе государственных природоохранных организаций Смоленской области: ТЦ «Геомониторинг-Смоленск», Роспотребнадзор по Смоленской области, департамент по недропользованию Смоленской области. Территориальный центр государственного мониторинга геологической среды и водных объектов использует их при разработке проектов организации зон санитарной охраны, разработке мероприятий при организации свалок твердых бытовых отходов и систем децентрализованного водоснабжения. Также возможно использование материалов диссертации экологическими и природоохранными организациями при разработке и оптимизации конкретных экологических программ, как для изучаемого региона, так и для других регионов России.

Результаты исследования использованы в учебном процессе на естественно-географическом факультете Смоленского государственного университета, при изучении учебных дисциплин «Прикладная экология», «Геоинформационные системы», «Природопользование», «Геоэкология», «Инженерная геология», а также при проведении учебных практик.

Следующие результаты работы выносятся как защищаемые положения:

1. На равнинных территориях существует прямая зависимость глубины залегания грунтовых вод от горизонтального и вертикального расчленения рельефа, позволяющая определить глубину залегания грунтовых вод на основе морфометрического анализа рельефа.

2. Анализ литологического состава и мощности, перекрывающих грунтовые воды горных пород позволяет выявить степень их защищенности от антропогенных воздействий. Выделено шесть категорий защищенности грунтовых вод, причем большая часть территории области относится к абсолютно незащищенной и незащищенной категории.

3. Сопоставление землепользования, расселение населения и специфических факторов воздействия на ЗСВ позволяет определить степень антропогенной нагрузки на зону свободного водообмена на территории Смоленской области.

4. Сопоставление антропогенной нагрузки и степени защищенности ЗСВ позволяет дать оценку геоэкологических обстановок. Выделяются три типа экологического состояния для ЗСВ: благоприятная, удовлетворительная и неудовлетворительная (неблагоприятная).

В работе применялись следующие методы исследований: сравни­тельно-географический, ландшафтно-индикационный, математико-статисти­ческий, картографический, геоинформационный, метод экспертных оценок. Ис­пользованы компьютерные технологии, в том числе программы MapInfo 6.0; ArсView GIS 3.2; ArсGIS 9.1, 9.2, Geolink (Мониторинг).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на научных конференциях молодых учёных Смоленского госуниверситета (Смоленск, 1996–2009), на II Международной научно-практической конференции «Идеи В.

В. Докучаева и современные подходы к изучению природной среды, решению региональных социально-экологических проблем» (Смоленск, 2006), на Международной научной конференции «Геоситуационный анализ» (Казань, 2007), Второй международной Конференции «Геоэкологические проблемы современности» (Владимир-Москва, 2008), 60-й научной студенческой конференции и 36 конференции молодых ученых СГМА (Смоленск, 2008), IV Международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Василия Алексеевича Дементьева (Минск, 2008), IX межвузовской молодежной научной конференции "Школа экологической геологии и рационального природопользования" (СПб, 2008), Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 90-летию Смоленского государственного университета (Смоленск, 2008). III Международной научно-практической конференции «Белорусско-Российское пограничье» (Могилев, 2009), XXXVI Общественно-научных чтениях, посвященных памяти Ю.А. Гагарина (Гагарин, 2009).

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии в полевых исследованиях, сборе и обработке фактического материала, выполнении геоэкологического анализа с применением статистических приёмов и средств ГИС, в обработке статистических исходных данных, анализе и обобщении результатов, составлении ряда карт, разработке методических подходов, апробации результатов исследования и в формулировании выводов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК – 1.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем работы составляет 190 страниц, из них 161 страница машинописного текста. Работа проиллюстрирована 29 рисунками, 24 таблицами. Список использованной литературы включает 166 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.г.н., профессору Евдокимову С.П., а также руководителю ТЦ «Геомониторинг-Смоленск» Н.В. Степкиной, доценту Смоленского госуниверситета А.В. Левину, доцентам Мордовского госуниверситета А.К. Коваленко, М.В. Кустову, А.Ф. Варфоломееву. Отдельная благодарность руководителю УМЦ "Казань-ГИС-Студия" доценту кафедры геофизики Казанского госуниверситета И.Ю. Черновой за неоценимую помощь и поддержку.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Теоретические и методологические основы исследования

зоны свободного водообмена

Зона свободного водообмена – это верхняя часть гидрогеологического разреза, в пределах которого под­земные воды имеют непосредственную связь с геосистемами ландшафтной оболочки и являются элементами природных тер­риториальных комплексов.

Нижнюю границу ландшафта целесообразно проводить по кровле регионального водоупора. При от­сутствии последнего, за нижнюю границу принимаем ус­ловную поверхность, образованную изолиниями базисов эрозии (изобазиты) крупных гидрографических врезов, т.е. водотоков высшего порядка, выделенных по методике, предложенной В.П. Философовым (1975) и А.А. Лукиным (1987).

Для проведения геоэкологического исследования ЗСВ рассмотрена система внешних воздействующих факторов. К ним относятся морфомет­рические показатели рельефа (густота гидрографической сети, величина эрозионного вреза); данные о гидрологических и ме­теорологических условиях (величины водного баланса террито­рии); числовые характеристики ландшафтов (степени лесистости, освоенности); степень антропогенного воздейс­твия.

Для определения уровня грунтовых вод первостепенное значение имеют густота гидрографической сети, уклоны рельефа, базисные и вершинные поверхности, остаточный рельеф. Следует отметить влияние положения базисной поверхности на водоносный гори­зонт, высокую корреляционную связь ее отметок с глубиной за­легания грунтовых вод. С помощью определения порядков исто­ков рек обоснованы предельные положения уровенной по­верхности подземных вод.

Рельеф независимо от геофильтрационной среды контролирует предельное положение уровенной и пьезо­метрической поверхности фильтрационных потоков, что дает возможность получить достоверные сведения об их структуре и динамике. Кроме того, возможно прогнозирование перспективных участков подземных вод.

Исходными материалами к изучению подземной гидросферы в работе были взяты: сетка границ ПТК; информация о ландшафтных водопроявлениях; многолетние наблюдения над ландшафтными водопроявлениями; данные о геологическом строении и геологических процессах. Большое значение имеет анализ водопроницаемости горных пород.

Проведенный морфометрический анализ рельефа в целях геоэкологической оценки ЗСВ предусматривает построение следующих карт: порядков долин и водораздельных линий, базисных поверхностей, остаточного рельефа, уровня залегания грунтовых вод.

Основным при составлении карты глубины залегания грунтовых вод по этому методу является определение максимальной высоты выпук­лости зеркала грунтовых вод (водораздела грунтовых вод) в депрессионной кривой междуречья.

Построение карты глубины залегания грунтовых вод, по предложенному методу упрощается в случае, когда местность сильно расчленена доли­нами рек и ручьев. В этом случае гидроизогипсы будут соот­ветствовать изогидробазитам, следовательно, карта гидроба­зисной поверхности будет в то же время являться картой глубины залегания грунтовых вод.

Для проведения исследования использован программный продукт фирмы ESRI ArcGIS в котором была построена топографическая поверхность, учитывающая все морфомет­рические особенности изучаемой территории и проведено гидрологическое моделирование. Поскольку в ArcGIS эти функции работают с растровым типом данных, методика полу­чения карт и их интерпретация существенно отличается от тра­диционной. Данный метод был разработан в Казанском госуниверситете И.Ю.Черновой (2005).

Для построения гипсометрической поверхнос­ти использовалась функция TOPOGRID (ArcInfo Workstation), позволяющая рассчитывать модель рельефа, качество которой многократно превышает качество моделей, получаемых обыч­ными методами интерполяции. В данной функции учитывается не только простра­нственное положение изолиний рельефа и отметок высот, но и расположение речной сети, закрытых водоемов (озер), локаль­ных понижений рельефа. Также использовался ряд дополнительных опций TOPOGRID, позволяющих получить гипсометрическую поверхность, пригодную для гидрологичес­кого моделирования и учитывающую все особенности рельефа изучаемого региона. Был выбран размер ячейки грида 100х100 м, который обеспечивает точность грида, достаточную для реги­ональных исследований, и не чрезмерен для расчетов.

Для построения карты порядков речных долин входной грид рельефа мы последовательно обработали специальными гид­рологическими функциями FLOWDIRECTION, FLOWACCUMULATION, STREAMORDER.

При помощи функций FLOWDIRECTION для каждой ячейки входного грида опре­делили уклон поверхности (или направление потока), с использованием FLOWACCUMULATION для каждой ячейки грида рассчитали кумуля­тивный поток на основе поверхности уклона (направления по­токов). В результате получилась растровая модель водных по­токов. Сравнение растровой и векторной моделей водных по­токов показывает их большое сходство, причем растро­вая модель более полная в сравнении с векторной.

Функцией STREAMORDER определили порядок потоков в растровой модели. На последнем шаге мо­делирования растровую модель сети потоков конвертирова­ли в векторную, и для каждого элемента сети был определен его порядок по Р.Е. Хортону (1948).

Базисной поверхностью называют поверхность, объединя­ющую местные базисы эрозии. Основой для построения базис­ных поверхностей являются точки пересечения тальвегов с го­ризонталями рельефа. Помимо этого для уточнения были взяты дополнительные точки слияния тальвегов, которым присваивалась величина высот, взятая из цифровой модели рельефа.

Карты базисных поверхностей можно строить для всех до­лин (базисная поверхность 1-го порядка) или с исключением долин 1-го порядка (базисная поверхность 2-го порядка), а так­же долин 1-го и 2-го порядка (базисная поверхность 3-го по­рядка) и т.д.

При расчете поверхнос­ти рельефа и всех производных поверхностей задавался еди­ный экстент грид-тем. Поскольку пространственное располо­жение и размер ячеек гридов для всех тем одинаково, расчет разностных поверхностей выполнялся простым вычитанием значений соответствующих ячеек. Операции вычитания выполняются с помощью калькулятора растров модуля Spatial Analyst (МакКой, 2002). Карта остаточного рельефа является производной из разности цифровой модели рельефа, характеризующей дневную поверхность и базисной поверхности, характеризующей глубину залегания грунтовых вод.

Защищенность подземных вод характеризовалась качественно и количественно. В первом случае в основном рассматриваются только природные факторы, во втором – природные и техногенные. Качественная оценка проведена в виде определения суммы условных баллов. Сумма баллов, зависящая от условий залегания грунтовых вод, мощностей слабопроницаемых отложений и их литологического состава, определяет степень защищенности грунтовых вод.

На основе использования геоинформационных методов построены растровые модели баллов групп защищенности по различным характеристикам и произведены математические операции с полученными растровыми моделями. В результате получена оценка защищенности грунтовых вод. Необходимые возможности предоставляет программный продукт ESRI ArcGIS 9.1и Arc GIS 9.2. Его использование позволяет построить растровую модель с учетом типа группы по литологии и фильтрационным свойствам слабопроницаемых отложений, по отношению к тому или иному геологическому комплексу.

Глава 2. Природные условия, формирующие зону свободного

водообмена на территории Смоленской области



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.