Азизджан фазилович бабаджанов

§ 1.3. Современные геоинформационные технологии, используемые для решения задач мелиоративной гидрогеологии

Начало зарождению геоинформационной технологии было положено в 1930–1940-е годы. В бывшем Союзе в основном поднимались проблемы стационарного характера, в которых фильтрационные задачи решались на основе использования метода конформных отображений. Характерная особенность его состояла в том, что он предоставлял возможность решать двухмерные задачи (напорные и безнапорные), известные под названием гидродинамических либо гидромеханических [75;546-с.].
База электронных карт и информация фактографического характера, которые предназначены для гидрогеологических объектов, составляют основу гидрогеологической информации. Ее внедрение в ГИС-технологию способствует созданию системы гидрогеолого-информационного содержания [26;258-с.].
Указанная система представляет собой современную компьютерную технологию, обеспечивающую данными в электронном виде по различным областям развития общества, в том числе картографированию, геологическому строению, гидрогеологическим условиям, гидросфере. В ней сконцентрированы многочисленные операции работ с базами данных традиционного характера в условиях объемной визуализации и географического положения, обусловленных анализом явлений и событий геологический среды и их прогнозом. Наряду с этим в системе особо выделяются главные факторы, причины, ожидаемые последствия, предлагаются мероприятия и стратегические решения и вероятные последствия реализуемых действий [68;788-с.].
Гидрогеологическая информация о состоянии подземных вод и пород зоны аэрации содержит карты фактических данных о наблюдательных и эксплуатационных скважинах, реках, каналах, коллекторах, на которые воздействуют испарение и инфильтрация. Для реализации программы применяется система ArcGIS [91;258-с.].
Как известно, геологическая среда (гидрогеологические и инженерно-геологические условия) всецело зависит от природных и техногенных факторов. В связи с этим диссертант главный акцент делает на изучение геологического (литолого-фациального комплекса четвертичных отложений), тектонического и геоморфологического строения, гидрогеологических условий и их изменения под воздействием инженерной и хозяйственной деятельности человека (изменение рельефа, выклинивание подземных вод, их подтопление и т.д.).
Исходя из многолетнего опыта и результатов научных разработок, поставил перед исследованиями следующую задачу: определить взаимодействие между различными компонентами геологической среды, установить причины этого взаимодействия, выявить связь между природными и техногенными факторами, дать оценку гидродинамического взаимодействия водоносных горизонтов (слоев) в плане и разрезе и т.д. В целом исследование предусматривало получение объективной информации о свойствах геологической среды, а также подземных вод и их изменении во времени. Для решения поставленной задачи была с критических позиций проработана и детально проанализирована обширная фондовая, научная литература и другие информационные источники с географическими координатами.
Следует подчеркнуть, что в решении задачи большое значение имеет определение баланса подземных вод и его отдельных элементов. Его уточняют на конкретной площади за определенный отрезок времени (среднегодовой, сезонный, среднемноголетний и т.д.). Баланс включает приход (инфильтрацию, приток подземных вод в балансовый контур, перетекание из других водоносных горизонтов) и расход воды (отток подземных вод, отбор, выклинивание – скрытое в реке, дренах и открытое – родниковое; суммарное испарение). Наиболее усиленная инфильтрация отмечается из водоемов, ирригационных сетей и орошении земель. Нередко, руководствуясь практической целью упростить процесс оценки элементов баланса, при расчетах не учитывают те или иные составляющие, незначительно влияющие на их точность.
Значительную роль в получении объективной оценки баланса играют ГИС-технологии. С 2010 г. они существенно изменились. Ныне ГИС-технологии объединяют и систематизируют мощные потоки разнообразной информации, которая поступает из целого множества служб и отделов. ГИС-технологии предоставляют возможности для внедрения на современном информационном уровне данных гидрогеологического, инженерно-геологического и геоэкологического характера.
К числу главных проблем урбанизированных территорий следует отнести эволюцию гидрогеологических систем, обусловленную последствиями сложных взаимодействий. Это предопределяет заинтересованность в привлечении данных о динамическом состоянии городской среды. В этом плане особая роль отводится подземной гидросфере как важному элементу геологической среды, отличающейся наибольшей мобильностью. Между тем в расчетах для прогноза исходят из потенциальной трансформации гидрогеологических условий, которые приводят к негативным последствиям и количественному изменению фильтрационных потоков [66;22-с.].
Главное достоинство применения ГИС-технологий состоит в возможности проведения общего анализа многообразной картографической информации в виде базовых карт застроенной территории: геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических, техногенных. В частности, в исследованиях Д.К.Бегимкулова и Ж.Ж.Жуманова [13; с. 236-242] содержатся визуализированная геолого-гидрогеологическая информация, электронные карты, с помощью которых можно определить геолого-гидрогеологические условия для конкретной области в конкретный период времени года.
Обстоятельность материала зависит от степени изученности территории и может увеличиваться во времени при постоянном пополнении актуализации геологических и технических баз данных. При совместной обработке электронных карт либо их элементов можно получить такие результаты, которые недоступны или очень трудоёмки при традиционном применении картографического материала. В общем для составления карт градацию данных можно осуществить еще не только по рекам, каналам и населенным пунктам, но и по таким параметрам, как гидрогеологический район, скважины, абсолютные отметки поверхности земли, уровень грунтовых и подземных вод, их химический состав и др. Полученные из данной информации результаты можно представить в виде таблицы.
Обеспечивающие подсистемы обычно включают следующее [26;258-с]:
1. Геоинформационное обеспечение – методы и средства построения геоинформационной базы системы, в которую входят сбор, ввод, систематизация геолого-гидрогеологических данных, классификация, кодирование информации, отработанные системы документов, схемы потоков информации, принципы и методы создания баз данных.
2. Техническое обеспечение – технические средства, использованные в технологическом процессе преобразования информации в системе, представленные вычислительными машинами, сканерами, оргтехникой, периферийным оборудованием, аппаратурой, каналами передачи данных и др.
3. Программное обеспечение – цикл регулярных программ по решению функциональных задач, и программ, предусматривающих эффективное применение вычислительной техники – операционные системы Windows, современные программные продукты ArcGIS, ModFlow и др. для удобства в работе.
4. Организационное обеспечение – методы и средства взаимодействия сотрудников с техническим оборудованием и между собой при разработке и управлении системой, а также специалисты, языковые средства, используемые в ней с целью повышения качества ее разработки и облегчения общения человека с машиной.
5. Математическое обеспечение – уравнения, краевые условия, расчеты и др., необходимые для формального описания задач – математического либо алгоритмического. При этом чем выше точность математического описания задачи, тем более высоки возможности компьютерной обработки данных и, следовательно, более низка степень участия человека в этом процессе.
Структура геоинформационной системы представлена на рис. 1.2.
К важнейшим принципам построения эффективных информационных систем относятся следующие [26;258-с.]:
Принцип интеграции – состоит в многократном использовании при решении значительного числа задач, однажды введенных в систему географических, геолого-гидрогеологических и гидрологических данных.
Принцип системности – заключается в многоаспектной обработке геолого-гидрогеологических данных, содержавших информацию, нужную для принятия решений на любом уровне управления.
Принцип комплексности – состоит в механизации и полуавтоматизации процессов обработки данных на каждом этапе функционирования информационной системы. Это означает анализ, обработку, систематизацию введенной геолого-гидрогеологической информации в систему ArcGIS и ее использование в качестве исходных данных для модуля Modflow. Причем результаты модели могут обратно передаваться в систему ArcGIS и т.д. для сопоставления и построения тематических карт.

Рис. 1.2. Структура геоинформационной системы