Теплова інфрачервона аерозйомка. Контроль стану полів фільтрації і аерації

Рис. 4.15 - Виявлення осередків екзотермічного процесу на полях фільтрації м. Москви, р-н Любліно 1995 рік. *1,2,3 - Осередки активних екзотермічних процесів

Одним з об’єктів екологічного моніторингу є поля фільтрації (ПФ), які призначені для збору і біохімічної переробки каналізаційних стоків.

ДНВП «Аерогеофізика» має досвід моніторингових досліджень ПФ у м. Москві. За замовленням Москомприроди в 1995 р. були узагальнені матеріали попередніх досліджень ТІЧАЗ, що виконувалися підприємством з 1984р., і розроблені основи методики проведення ІЧ аерозйомки, принципів дешифрування і інтерпретації її результатів на території Люблінськіх полів фільтрації з метою включення цього виду спостережень у комплексний екологічний моніторинг столиці. Задачами досліджень були:

• визначення параметрів і режимів зйомки - частоти, сезонності, настройки апаратури тощо;

• розробка методики дешифрування і інтерпретації теплових зображень стосовно умов району;

• визначення вигляду представлення інформації залежно від споживача.

Актуальність вивчення подібних об’єктів обумовлена виключно швидким розширенням меж мегаполісів у процесі урбанізації, унаслідок чого поля фільтрації опиняються в межі міст, поблизу щільної житлової забудови. Тому сьогодні до порядку денного встає питання про їх консервацію, подальшу рекультивацію і використовування території під житлове будівництво. Оскільки біохімічні процеси, що відбуваються на полях фільтрації, супроводжуються виділенням тепла, використовування теплової ІЧ аерозйомки дозволяє оперативно оцінювати інтенсивність (завершеність) цих процесів, скласти уявлення про придатність площ під освоєння, намітити черговість рекультивації. Подібні дослідження повинні передувати проектним і дослідницьким роботам. При освоєнні Люблінськіх полів на південному сході м. Москви, де зводиться житловий масив «Мар’їнський парк», будівництво було почато без такого аналізу, що привело до вкрай несприятливої дії на здоров’я будівників і до додаткових витрат на компенсаційні виплати будівельним організаціям.

Необхідність багатократних спостережень диктується ультрадинамічним характером теплового поля. Однократна зйомка не може дати повної об’єктивної інформації про стан об’єкту, що вивчається. Регулярність робіт витікає з самого поняття моніторингу. Частота повторних зйомок визначається особливостями об’єктів спостереження.

У разі контролю ПФ регулярність зйомок диктується мінливістю ситуації у зв’язку з освоєнням цієї території, а інтервал - економічною доцільністю. На нашу думку, зйомку ПФ слід виконувати не рідше, ніж один раз на місяць.

Вузька спрямованість обумовлена специфікою теплового поля. Обсяг і якість корисної інформації, яка може бути одержана з аналізу теплового поля, в значній мірі залежить від умов виконання зйомки.

Попередніми дослідженнями доведено, що не існує єдиних універсальних вимог до умов виконання робіт. У кожному конкретному випадку вибір параметрів і режиму ТІЧАЗ проводиться з урахуванням конкретних особливостей об’єкту спостережень і характеру вирішуваних задач. При цьому повинні бути визначені найбільш відповідні для зйомок сезон, час доби, метеорологічна обстановка.

Беручи до уваги, що стан ПФ в основному пов’язаний із зміною вологості почво-грунтів, якнайповніша і достовірна інформація може бути одержана в літній період. При цьому після рясних дощів повинна бути витримана пауза не менше 2-3 днів. Це обумовлено тим, що надмірна вологість у значній мірі нівелює і викривлює теплове поле. Саме тому не рекомендується виконувати роботи у весняний і осінній періоди. Взимку теплове поле екранується сніжним покровом.

При виборі часу доби слід враховувати, що теплове поле на території ПФ формується за рахунок двох основних чинників: сонячного нагріву і внутрішніх (екзотермічних) процесів. Радіаційні контрасти в денний час визначаються в основному ступенем вологості почво-грунтів, який надає вирішальний вплив на теплову інерцію, а, отже, і на величину сонячного прогрівання. Для об’єктів з внутрішнім (власним) джерелом нагріву найбільш інформативні матеріали нічної зйомки. Найбільший ефект дасть двократна зйомка - нічна і денна. Зіставлення матеріалів (до отримання різницевих зображень) дозволить більш однозначно виконати дешифрування і інтерпретацію, а також зробити аргументовані висновки про причини формування реєстрованих радіаційних контрастів.

Найбільшою мірою на умови зйомки впливають такі параметри метеорологічної обстановки, як температура повітря, опади, хмарність, швидкість вітру. Територія ПФ повинна зніматися в літній період, тому температура повітря завжди буде позитивною. Щоб уникнути дуже великих викривлень теплового поля за рахунок сонячного прогрівання, необхідно проводити роботи в нічний час або в ранні ранкові години. Дощ приводить до вирівнювання природного теплового поля, тому під час і після дощу зйомку виконувати не слід. Хмари непрозорі для ІЧ випромінювання, у зв’язку з цим теплову аерозйомку можна проводити тільки з висот менших, ніж висота нижньої кромки хмарності. Суцільна хмарність ослабляє потік сонячної радіації, унаслідок чого зменшується амплітуда температурних контрастів у об’єктів з різним ступенем зволоженості. У той же час при спостереженні джерел з внутрішнім осередком нагріву інформативність зйомки підвищується. Вітер приводить до істотного вирівнювання температур на поверхні і ускладнює оцінку теплового стану об’єктів. Тому доцільне проведення теплової зйомки при швидкості вітру не більше 5-8 м/сек.

Таким чином, при контролі стану ПФ за допомогою теплової аерозйомки оптимальними можна рахувати наступні умови:

• сезон зйомки літо

• інтервал зйомки 1 місяць

• час зйомки вечір, ніч, ранок

• метеоумови висока хмарність, відсутність опадів, швидкість вітру

< 5-8 м/сек.

Важливим моментом для отримання найякіснішого матеріалу є правильна настройка апаратури і вибір дистанції (висоти) зйомки. Як свідчать дані попередніх досліджень, при спостереженні за об’єктами суші, відмінними слабкими контрастами, слід передбачити виконання контрольно-настроювальних маршрутів безпосередньо над контрольованим об’єктом на початку кожного знімального циклу. Висота зйомки визначається необхідною детальністю зображення і економічною доцільністю і звичайно складає 350м - 500м, що дозволяє одержати ІЧ зображення з просторовим розділенням 0,25м - 0,5м.

Особливими об’єктами наглядів за допомогою ТІЧАЗ можуть бути ставки-регулятори стоку, аналогічні тим, що розташовані на території району Мар’їно. Теплова зйомка - єдиний дистанційний метод, який дозволить знайти всі локалізовані скидання вод, навіть малодебітні і підводні, тобто ті, які візуально не можуть бути виявлені. Це дозволяє одержати додаткову інформацію для ухвалення оперативних рішень.

Як будь-який дистанційний метод, ТІЧАЗ вимагає супроводу наземними методами досліджень. Місце теплової зйомки в системі моніторингових наглядів ПФ визначається її можливостями як дистанційного рекогносцирувального методу, на дані якого перш за все слідує орієнтуватися при виборі місць наземного контролю (газової, аерозольної, геохімічної зйомок й ін.). Крім того, ТІЧАЗ вдало об’єднується з рядом екологічних аерозйомок (аерогамаспектрометрією, аерозольною і газовою аерозйомками), що дозволяє за один цикл вильотів одержувати широкий набір даних про стан ПФ.

Висновки:

• Теплова інфрачервона аерозйомка безумовно вирішує задачі картування ділянок активних біотермічних процесів на території ПФ.

• ТІЧАЗ дозволяє провести районування території ПФ за ступенем активності цих процесів, вологості почво-грунтів.

• ТІЧАЗ дозволяє виявляти локалізовані скидання вод у ставки-регулятори стоку (у тому числі малодебітні, слабоконтрастні і підводні)

• Виконувана в режимі моніторингу ТІЧАЗ дозволить відстежити динаміку екзотермічних процесів і скласти прогностичну модель їх розвитку.

• Для вибору оптимальних умов і режиму зйомки слід передбачити невеликий обсяг дослідно-методичних робіт.

• Моніторингові роботи слід виконувати в денному і нічному режимах зйомки краще всього в літній період з інтервалом в 1 місяць.

• Представляється доцільним комплексувати ТІЧАЗ з екологічними аерозйомками ( аерогама-спектрометричною, газовою й ін.).

• ТІЧАЗ повинна передувати широкому комплексу наземних моніторингових досліджень і її дані повинні бути основою для їх планування.

• Управлінські рішення про пріоритетність освоєння ділянок на території ПФ повинні прийматися на основі аналізу матеріалів ТІЧАЗ.