Азизджан фазилович бабаджанов

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИЗУЧЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД.

§ 1.1. Анализ современного состояния вопроса и роль ученых внесших вклад в развитии гидрогеологии и мелиорации

Использование ГИС резко возросло в развитих странах как США, Франция, Германия, Англия, Канада, Дания, Япония, Россия, Турция и др., достигнуты результаты по развитию и реализации на основе интеграции методов математического моделирования с информационно коммуникационными технологиями. Потому, что ГИС позволяет интегрировать информацию из различных источников для ее понимания (результаты представляются в наглядном виде) и определения наиболее важных проблем в окружающем нас мире.
При решении проблемы методы мониторинга ирригационно-мелиоративной сети внесли большой вклад зарубежные и российские ученые: В.В.Афонин, Е.В.Аржанухина, И.С.Дзексер, В.В.Корсак и др.
В изучение проблемы в разное время свой вклад внесли Г.А.Мавлянов, Н.Н.Ходжибаев, К.П.Пулатов, Э.В.Мавлянов, Ю.И.Иргашев, Ф.Б.Абуталиев, У.У.Умаров, Б.Я.Нейман, М.А.Панков, К.М.Арипов, В.Г.Самойленко, В.А.Гейнц, А.И.Голованов, М.М.Крылов, М.Р.Рахимов, У.У.Усмонов, Н.Н.Камилов, М.С.Алимов, Г.Г.Старостина, И.Х.Хабибуллаев, Ж.Х.Джуманов, С.Х.Хушвактов, А.Б.Алимбаев, П.П.Нагевич, О.В.Чеботарев, И.Н.Грачева, В.У.Магдиев и др. В диссертационных исследованиях последних лет Ю.Иргашева, И.Х.Хабибуллаева, А.А.Мавлонова, Б.Д.Абдуллаева и др. были получены новые данные, которые значительно дополнили базу имеющихся знаний.
В России применение моделирующих и геоинформационных систем в мелиорации, системы мониторинга мелиорируемых земель разрабатываются для применения на федеральном и региональном уровнях. Компьютерные геоинформационные технологии в этих системах направлены на визуализацию с помощью электронных карт различных отчетных данных, а не на задачи управления состояния подземных вод и пород зоны аэрации, почвенным плодородием при производстве растениеводческой продукции, которые могут решаться только на локальном уровне, в отдельных орошаемых хозяйствах.
Бурное развитие промышленного, жилищно-гражданского и дорожного строительства связано с детальными исследованиями гидрогеологического и инженерно-геологического обоснования территорий с детальной характеристикой четвертичных отложений. Вопросы изучения, оценки, картографирования и прогнозирования изменений инженерно-геологических условий территорий в связи с интенсификацией инженерно-хозяйственной деятельности человека нашли отражение в фундаментальных научных исследованиях, ученых Г.А.Мавлянов, К.П.Пулатов, Э.В.Мавлонов, Ю.И.Иргашев и др.[35, 72]. Рассматривая закономерности формирования инженерно-геологических условий верхнего и среднего течения бассейнов рек Заравфшан и Амударья, исследователи установили изменчивость водно- фильтрационных свойств грунтов под воздействием частных факторов.
Данный вопрос не новый, поскольку интенсивное освоение крупных массивов давно уже подсказало необходимость изучения состояния подземных вод и пород зоны аэрации происходящие в них изменений, особенно в условиях аридной зоны, в частности, на различных территориях Узбекистана. В этом плане целесообразно отметить работы Н.Н.Ходжибаева [74, 85], Э.В.Мавлянова [55], В.П.Самойленко [79], К.П.Пулатова [56, 57, 74.], Ю.И.Иргашева [35, 36], У.У.Умарова [82], Б.Я.Неймана [63], Ю.П.Исаматова [39], В.У.Магдиева [58], К.М.Арипова [10], Ж.Х.Джуманов, Д.К.Бегимкулов и др., которые на примере Каршинской степей изучили изменения гидрогеологических и инженерно-геологических условий и предложили их прогнозную оценку под воздействием длительного орошения целинных земель. Полученные результаты подтверждены многочисленными опытными экспериментальными данными изменений инженерно-геологических условий изучаемых территорий Каршинской степей под воздействием орошения.
Наиболее важные вопросы, связанные с формированием генетических типов четвертичных отложений центральной и юго-восточной частей Каршинской степи, их состава и свойств, разрабатывались в работах Г.А.Мавлянова, К.П.Пулатова, Ю.И.Иргашева [35, 57, 72], С.А.Алтиева [8], И.У.Усманова [83], Ж.Х.Джуманов, Д.К.Бегимкулов. Прогнозирование режима грунтовых вод и инженерно-геологических условий в связи с перспективой развития городского и поселкового строительств и гидрогеолого-мелиоративного районирования Каршинской степи в связи с ее орошением подробно рассмотрены в диссертационных работах и монографиях Ю.И.Иргашева [36, 38], К.П.Пулатова [72], К.М.Арипова [10], Ю.П.Исаматова [39], В.У.Магдиева [58], Ж.Х.Джуманова Д.К.Бегимкулова и мн. др.
Производственное объединение «Узбекгидрогеология» выполнялись научно-производственные работы по изучению инженерно-геологических условий территории первой очереди освоения Каршинской степи. Для обоснования ирригационно-мелиоративного состояния перспективных к орошению земель среднего течения реки Кашкадарьи в 1980–1987 гг. были проведены комплексные гидрогеологические и инженерно-геологические съемки масштаба 1:50000. По полученным данным составлены комплексные гидрогеологические и инженерно-геологические карты, изучены изменения глубин залегания и минерализация грунтовых вод, их гранулометрический, минералогический и солевой составы, а также фильтрационные, водно-физические и физико-механические свойства грунтов зоны аэрации.
На основе многолетних исследований четвертичных отложений центральной и юго-восточной частей Каршинской степи разработана классификация лёссовых пород, основанная на генетических, возрастных признаках и физико-механических свойствах пород. Составлена схема расчленения различных возрастных и генетических типов четвертичных отложений Каршинской степи, в основу которой положены их генезис и возраст, состав и физико-механические свойства [38;96-с., 56; с. 19-25, 57;278-с.]. Преимущество схемы состоит в том, что типы пород можно определить предварительно в период камеральных или на стадии полевых исследований. При этом она не заменяет существующие методики и нормативные документы, используемые при проведении инженерно-геологических исследований. Их итоговый результат – составление схематической карты инженерно-геологического районирования и приращение сейсмической балльности 0, -1, +1, и +2 территории, предусматривающее рациональное планирование различных населенных пунктов и объектов промышленного и гражданского назначения.
Наиболее полные обобщающие исследования по вопросу изучения состояния подземных вод и породы зоны аэрации были выполнены Е.С.Дзекцером, И.К.Гавичом и их сподвижниками [33; с. 5-11]. В их трудах рассматриваются принципы прогнозирования состояния подземных вод, предложена наиболее стройная система его изучения, в которой негативные последствия развития процессов подразделяются на первичные и вторичные группы.
Общая схема поэтапного развития процесса геофильтрации потока подземных вод и породы зоны аэрации изучена Н.П.Курановым, А.Ж. Муфтаховым, А.П. Шевчиком, И.М. Бывальцевым [69;130-с.]. Ими выделены три основные стадии его развития: а) начальная, соответствующая началу строительного цикла; б) переходная, охватывающая период завершения строительства и начала эксплуатации; в) стадия развитого подтопления, характерная для длительной эксплуатации территорий массовой застройки и промышленных предприятий.
В исследованиях В.И. Сологаева [77;39-с.] при разработке методики изучения процессов геофильтрации, а также комплексного, гидрогеологического и инженерно-геологического изменения свойств геологической среды показано заметное отличие в скоростях техногенных преобразований компонентов лито- и гидросферы.
З.П. Гавшиной и Е.С. Дзекцером [22;116-с.] разработана классификация, где источники и факторы подтопления подразделяются следующим образом: по генезису – на искусственные (техногенные) и естественные (природные); по масштабу воздействия – на региональные и локальные; по активности воздействия – на формы гидродинамической обстановки активные и пассивные; по условиям воздействия – во времени (постоянные, сезонные, периодические и эпизодические) и в пространстве (равномерно и неравномерно расположенные); по характеру действия – во времени и пространстве (случайные и детерминированные).
Созданные ранее автоматизированные технологии управления мелиоративным комплексом были рассчитаны на применение в организациях уровня оросительной системы, административного района или области. Программно-информационные средства, направленные на организацию рационального природопользования на локальном уровне - в рамках отдельных земле-пользователей на установленных в хозяйствах персональных компьютерах - практически не разрабатывались.
За годы независимости проведены масштабные мероприятия по оценке ресурсов питьевой воды, подсчету и эффективному мониторингу запасов подземных вод, математическому моделированию процессов геофильтрации в многопластовых пористых средах, т.е. сложных гидрогеологических условий, внедрению информационных технологий. В новой стратегии развития Узбекистана на 2022-2026 годы даны задачи, в том числе «...быстрое развитие национальной экономики и высокие темпы роста, ... создание системы подготовки квалифицированных кадров с широким внедрением современных образовательных стандартов в области геологии и реализации результатов исследований. Успешная реализация этих задач включает мониторинг, анализ и эффективное использование сложных гидрогеологических систем, информационное обеспечение процесса нестабильной геофильтрации в гидросфере, разработку математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения.
В Узбекистане, как и во всём мире, подтоплению подвергаются многие города и населенные пункты, расположенные в предгорной (Ташкент, Фергана, Карши, Андижан, Джиззах), равнинной (Бухара, Ургенч, Хива, Янгиюль, и др.) и надпойменных зонах плоских равнин рек (Гулистан, Риштан, Коканд, Ургенч, Нукус, Муйнак, Кунград и др.). Во многих подверженных подтоплению населенных пунктах республики, находящихся на предгорных, часто поймах и пониженных участках, на естественное подтопление, связанное с сезонными и многолетними подъёмами уровней грунтовых вод, накладываются процессы техногенного подтопления застраиваемых территорий. Наблюдается прогрессирующее подтопление крупных городов, райцентров и населенных пунктов, входящих в состав Кашкадарьинской, Сырдарьинской, Ферганской, Хорезмской, Бухарской областей, Республики Каракалпакстан и других регионов.
Недостаточно учитывались в созданных ранее компьютерных программах и программных комплексах достижения мелиоративной науки и техники, экологические требования к агротехнологиям, необходимость интеграции систем поддержки принятия решений и программно-информационных средств мониторинга мелиорируемых земель.
Собственно, наработки стационарных гидрогеологических исследований прошлого и настоящего позволяют сконструировать новую систему и запустить её в эксплуатацию. В ближайшей перспективе стационарные гидрогеологические исследования, достигнут своевременного технологического уровня, предстанут системой мониторинга подземных вод. Сюда надо добавить все проработки, проведенные в рамках модернизации и оптимизации наблюдательной сети. Эти мероприятия осуществляются в соответствии с положением о Государственном мониторинге, предусматривающем автоматизацию и информатизацию этой отрасли гидрогеологии.
Мониторинг состояния подземных вод–система регулярных наблюдений за изменением уровня подземных вод и пород зоны аэрации под воздействием природных и техногенных факторов, непосредственно связанная организационно и методически с решением задач прогноза и управления ресурсами, режимом и качеством подземных вод.
В настоящее время осуществляются мероприятия по оценке состояния гидрогеолого-мелиоративной условий и рационального использования ИКТ на основе ГИС, составление и использование цифровых графических баз данных, ведению эффективного мониторинга и автоматизированного управления, совершенствование методов математического и геоинформационного моделирования процессов сетевого анализа и отношение наличных связей в сети мониторинга мелиоративных зон.
Совершенствованием методов математического моделирования геофильтрационных процессов при решении таких задач, как оценка ресурсов подземных вод и гидрогеологических мелиоративных систем, а также задач геофильтрации подземных вод в многослойных пористых средах занимались ряд ученых: Ю.Ч.Я.Полубаринова-Кочина, Ю.Фрид, И.К.Гавич, А.А.Самарский, В.Кинзельбах, Л.Лукнер, В.М.Шестаков, В.М.Мироненко, В.Г.Румынин и др. в своих научных работах они рассматривали различные вопросы использования математического моделирования и программных средств.
При разработке математических моделей и методов расчета гидрогеологических процессов в Узбекистане Ф.Б.Абуталиев, У.У.Умаров, И.Хабибуллаев, А.Нематов, Р.Н.Усманов, Н.Равшанов, Ж.Джуманов, И.Н.Грачева и другие ученые достигли значительных научных результатов.
Рассмотрены проблемы интеграции методов комплексного анализа гидрогеологических процессов на основе математического моделирования и вычислительных экспериментов с учетом особенностей регионального распространения гидрогеологических процессов и элементов методики мониторинга состояния подземных вод в настоящие время. Создание математической модели процессов геофильтрации подземных вод в многослойных пористых средах зависит от классификации массива горных пород в гидросфере региона, водоудерживающих свойств, физико-механических свойств и степени непрерывности. В связи с этим, недостаточно представлено достигнутые на настоящий момент результаты по исследованию уровня и состояния для принятия решений.
Обзор и анализ литературы показала эффективность, возможность успешного и эффективного применения ГИС технологий в области мелиорации, геологии, гидрогеологии и инженерной геологии, а также востребованность ГИС технологий и ГИС-специалистов в этих отраслях.
Для территории Узбекистана установлены критерии ведения регионального и локального мониторинга в различных геологических и инженерно-геологических условиях, которые имеют региональное и локальное применение и используются не только при оценке и прогнозе гидроминеральных ресурсов, но и при изучении геоэкологических условий.
Наряду с глубоким анализом результатов исследований прежних лет, в масштабе Каршинской степи и прилегающих сопредельных территорий получены фактические материалы гидрогеологических и инженерно-геологических съемок различного масштаба, которые позволяют получить новые представления о происходящих процессах с разработкой новых моделей. Необходимость создания современных цифровых гидрогеологических моделей по территориям подтопления и дренирования, в частности города Карши и прилегающих территорий, связан с интенсивным подъемом уровня подземных вод.
Отдельные вопросы теории и практики изучение состояния подземных вод и пород зоны аэрации в промышленном и городском строительстве рассматривались в работах М.Т.Адикова, В.Е.Ампилова, Б.Л.Горловского, Б.М.Дегтярева, Е.С.Дзекцера, В.С.Зильберга, Н.П.Куранова, А.Ж.Муфтахова, В.И.Сологаева, О.В.Слинко, Я.С.Садыкова, Р.A.Смирнова, Л.З.Шерфединова и др. [33, 76, 77]. Большой вклад в разработку методов аналитического прогноза подъемов уровней грунтовых вод внес А.Ж.Муфтахов [61; с. 20-24, 69;130-с.], разработавший гидродинамические основы прогнозов подтопления и фильтрационных расчетов защитного дренажа в сложных гидрогеологических условиях и предложивший ряд оригинальных расчетных схем [46;42-с.], вошедших во множество официальных изданий нормативного и методического характера по прогнозу подтопления и организации защитных мероприятий. К ним можно отнести СП 104.13330.2016 – Свод правил, «Инженерная защита территории от затопления и подтопления», ШНК 1.02.09-15 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» [24;157-с., 80;48-с], содержащее аналитические решения по теории фильтрации и инженерным изысканиям.
К.П.Пулатов, Ю.Иргашев, Ю.П,Исаматов, Д.К.Бегимкулов [37; с. 130-134, 71; с. 106-110, 73; с. 157-167] проводили исследования на территориях города Карши, поселка Навруз и Каршинской степи. Основными задачами инженерно-геологического картирования просадочных лёссовых пород явились определение и прогнозирование конкретных возможных величин просадок при водонасыщении лёссовой толщи. При этом величины просадочности определяли при давлении, равном природному, а для каждого слоя рассчитывали коэффициент относительной просадочности. Результатом исследований явилась карта прогноза просадочности района исследований масштаба 1:10000. Наряду с этим авторы рассматривали основные причины подтопления вследствие расширения площадей орошения и ухудшения мелиоративного состояния территории. Исходя из результатов анализа, авторы приходят к выводу, что толща покровных суглинков и подстилающих их песков на исследованной территории представляет собой единый, сложный водоносный комплекс грунтовых вод.
Проведенный детальный анализ современного состояния изученности вопроса подтопления городских территорий показал, что основными его причинами являются состояние геоморфологических, гидрогеологических и инженерно-геологических условий, а также использование и расширение освоенных и вновь осваиваемых территорий. Решению проблемы подтопления на современном этапе развития городских территорий служат современные геоинформационные технологии.