metod_ecology_Birukova

Для измерения глубин применяются следующие приборы: наметка, ручной лот, рыба-лот, эхолоты.

Наметка представляет собой шест. Длина наметки зависит от величины тех глубин, которые предположительно встретить на реке, а также от скоростей течения реки. Дело в том, что при больших скоростях течения обращение с длинной наметкой затруднительно

идаже опасно. Нижний конец наметки снабжается легким железным башмаком весом около 0,5—1 кг; нижняя поверхность башмака совпадает с нулем наметки. Точность отсчета по наметки — 5 см.

Ручной лот представляет собой свинцовую или чугунную гирю весом 4—5 кг, пирамидальной или конусообразной формы, сушком, к которому прикрепляется лотлинь. Во избежание усадки

ивытягивания лотлинь погружается в воду на 2—3 суток, затем натягивается между двумя стойками, и к нему подвешиваются тяжелые грузы; после того как лотлинь высохнет, приступают к разбивке. Разбивка лотлиня производится следующим образом: стальной лентой отмеряется линия требуемой длины, и через каждый метр забиваются колышки. Растянув лотлинь, по направлению указанной линии и пользуясь рулеткой, размечают лотлинь через каждые 20 см. Ручной лот применяется для измерения глубин свыше 6 м, при скоростях течения не более 1 м/сек. Точность отсчета при применении лота — 10 см.

Рыба-лот применяется для измерения глубин более 6 м, при любых скоростях течения. Рыба-лот имеет ряд преимуществ по сравнению с ручным лотом: при применении ручного лота для измерения глубин рек со значительными скоростями течения наблюдаются большие отклонения лотлиня от вертикали, а отсюда ошибки в определении глубин. Так как после каждого измерения глубины ручным лотом необходимо извлекать лот из воды и снова его забрасывать, то производительность работ в этом случае значительно меньше, чем при применении рыбы-лота.

Эхолоты. Измерение глубин может быть произведено посредством эхолота с помощью отраженных от дна звуковых волн. Ско-

рость распространения звука в воде зависит от солености и температуры воды. Главным достоинством эхолота является непрерывность промера. Точность определения глубин эхолота равняется 1 %, причем производится запись глубин на ленте при ходе судна до 30 км/час. При этом обследуется не линия, а полоса дна, равная по ширине приблизительно одной трети глубин.

Для определения скоростей течения применяются следующие способы: измерение скоростей течения в отдельных точках живого

51

сечения и на определенной площади живого сечения. При этом чаще всего применяются: вертушки различных систем, поплавки поверхностные, гидрометрические трубки и барометр-тахиметр.

Вертушки могут быть различными:

вертушка Вольтмана — сущность определения скоростей течения посредством вертушки заключается в следующем: число оборотов вертушки в единицу времени является функцией скорости течения воды. Поэтому, зная, какому числу оборотов лопастей вертушки в секунду соответствует та или иная скорость, можно определить величину последней, если опустить вертушку в воду и измерить число оборотов, сделанное лопастями в течение промежутка времени;

вертушки с горизонтальной осью вращения и с открытой контактной камерой — эта вертушка снабжена механическим счетчиком оборотов;

вертушки с горизонтальной осью вращения и с закрытой контактной камерой;

вертушки с вертикальной осью вращения — пригодны для работ, как в чистой воде, так и в воде с большим содержанием наносов.

Поверхностные поплавки — поплавочное определение скоростей течения отличается по общей идеи от вертушечных, прежде всего тем, что в первом случае измеряются приповерхностные скорости течения, во втором — скорости в различных точках на выбранных вертикалях. Измерение скоростей течения поплавками используется: при измерении скоростей течения на больших реках

ссильным течением, где установка другого соответствующего оборудования бывает затруднительна; когда скорости течения настолько незначительны, что лопасти вертушек не вращаются.

Гидрометрические трубки — достоинством трубок является возможность измерения посредством их скоростей в малых потоках, также вблизи конуса русла. Поэтому трубки получили распространение преимущественно в лабораторной практике.

Барометр-тахиметр является прибором, служащим одновременно для взятия пробы воды и для измерения скоростей течения.

Наблюдения за колебаниями уровня воды производятся на водомерных постах. Целью наблюдений является установление хода колебаний уровня воды, чтобы знать для каждого момента высоту стояния воды в определенном пункте водоема. Кроме колебаний уровня воды, на водомерных постах наблюдаются температура во-

52

ды и воздуха, водная растительность, наносы и др. Типы водомерных постов бывают следующие:

Реечные посты устанавливаются на сооружениях, находящихся в русле реки или на берегу, как-то: на стенках набережных, на шлюзах плотин и т.п. В этом случае на сооружении прочно укрепляется постоянная рейка, по которой производятся наблюдения над уровнем воды. На плотинах устанавливаются две рейки для наблюдений уровней воды верхнего и нижнего бьефов;

Свайный пост состоит из деревянных, железобетонных или чугунных свай. Наблюдения на свайном посту производятся по переносной рейке, которой снабжается наблюдатель поста. Переносная рейка имеет длину 1—1,5 м и разделена на деления по одному или два сантиметра. На каждом свайном посту устанавливаются по створу поста два постоянных репера;

Лимниграфы — самопишущие водомерные приборы для получения непрерывной кривой колебаний уровня воды. Сущность устройства названных приборов следующая: поплавок, опущенный до уровня воды и снабженный нитью, перекинутой через колесо, передает колебания уровня воды на барабан, приводимый в движение часовым механизмом; посредством карандаша на бумаге, навернутой на барабан, вычерчивается график колебания уровня воды.

Результаты гидрометеорологических исследований являются базой для моделирования и прогнозирования процессов техногенеза. На их основе выполняется оценка воздействия проектируемых сооружений на окружающую среду, то есть экологическое обоснование любых видов хозяйственного освоения природных ресурсов.

Вопросы для проработки темы

Основные задачи гидрометеорологических исследований. Состав гидрометеорологической информации, используемой

при геоэкологических исследованиях.

Какие существуют методы и средства измерения ветра? В чем особенности измерения температуры разных сред?

Опишите методику и приборы для измерения глубин на водных объектах.

Способы определения скорости течения водотоков. Как проводятся наблюдения за колебаниями уровня воды?

53

Горнопроходческие методы

Для характеристики геоэкологических условий территории необходимо иметь информацию о строении и состоянии верхней части литосферы — геологической среды. Одним из основных методов получения этой информации являются горнопроходческие. Они обладают двумя особенностями: во-первых, мы получаем информацию о геологической среде непосредственно при ее натурном исследовании, а не опосредованную информацию (геофизические

идр. методы); во-вторых, основные виды горнопроходческих работ достаточно дорогостоящие по сравнению с другими методами.

Выделяются следующие основные виды горных выработок: закопушки, канавы, расчистки, шурфы, шахты, штольни и буровые скважины. Закопушки, канавы и расчистки используются в процессе выполнения геоэкологического исследования или съемки территории.

Закопушки — мелкие воронкообразные выработки диаметром 0,2—0,3 м, глубиной до 1,0—1,5 м, проходятся с целью вскрыши почвенного слоя и определения литологического состава пород зоны аэрации или ее верхней части. Из закопушек отбираются образцы для определения классификационных показателей свойств пород (гранулометрический состав и пр.), а при наличии воды фиксируется ее глубина от поверхности земли и отбирается проба на определения химического состава и возможных загрязнителей.

Канавы — традиционные открытые выработки, проходят для вскрытия пластов с крутым падением. Задают их вкрест простирания пластов. Глубина канавы может достигать 3 м, более глубокие канавы проходить нецелесообразно. Канавы, аналогично закопушкам, позволяют изучить породы зоны аэрации и при неглубоком залегании вскрыть и изучить состав грунтовых вод. В канаве удобно отбирать образцы пород с ненарушенной структурой и естественной влажностью. Однако канавы, по сравнению с закопушками, требуют выполнения трудоемких земляных работ или использования соответствующей техники, что значительно снижает возможность их применения при геоэкологических исследованиях.

Расчистки проводят на склонах и в бортах карьеров, покрытых осыпями. Расчистками снимаются делювиальные отложения

ивыветренный слой коренных пород. Проводят расчистки, сваливая породы сверху вниз или снизу вверх, как правило, «ступенями». Расчистки не требуют больших объемов земляных работ и специальной техники, и позволяют изучать породу в выветренном со-

54

стоянии, отобрать образцы для определения классификационных показателей свойств пород.

Шурфы — вертикальные горные выработки прямоугольного сечения, проходят в сухих рыхлых породах, залегающих горизонтально или с небольшими углами падения. Изредка шурфы проходят с водоотливом. Глубина до 10—12 м. Проводится детальное изучение пород зоны аэрации с отбором образцов и монолитов пород с ненарушенной структурой. Проходка шурфов используется при изучении состояния фундаментов существующих зданий и сооружений, в том числе памятников истории, культуры и т.д. Существуют специальные шурфокопательные машины (КШК-30 и др.).

Шахты специально для геоэкологических целей не проходят, т.к. являются весьма дорогостоящими выработками. Однако при изучении геоэкологических условий территории следует использовать существующие шахты для оценки напряженного состояния массива горных пород, проведения опытных работ, мониторинговых наблюдений и других специальных исследований.

Штольни — горизонтальные горные выработки, проходят чаще всего на склонах по простиранию или вкрест простирания пластов. С их помощью изучают трещиноватость пород, слагающих береговые склоны в местах проектирования плотин, оценивают возможные утечки воды из водохранилища в обход плотин и другие, важные в геоэкологическом отношении, вопросы. Однако, учитывая дорого стоимость, шурфы и штольни применяют только при проектировании сложных природно-технических систем (плотин крупных ГЭС и др.).

Буровые скважины являются основным видом горных выработок, используемых при геоэкологических исследованиях. Бурение позволяет решать две основные задачи:

—получать непосредственную информацию о строении и состоянии геологической среды изучаемой территории (геологолитологическое строение пород, развитие и степень активности природно-техногенных процессов и т.д.);

—заложить сеть мониторинга геологической среды, и, в первую очередь, мониторинга подземных вод и мониторинга экзогенных геологических процессов.

Применяются следующие виды бурения скважин: ручное ударно-вращательное, колонковое, шнековое.

Применение ручного ударно-вращательного бурения встреча-

ет затруднение при проходке обводненных рыхлых несвязных или слабосвязанных пород (пески, супеси и т.д.), потому что при их

55

проходке не возможно достичь желаемого выхода керна, то есть получить достаточную информацию о литологическом строении. При извлечении из скважины порода «смывается» с бурового наконечника, а применение желонки ведет к сильному перемешиванию горных пород.

Колонковое бурение позволяет получать породу с хорошо сохранившейся структурой и влажностью. Однако колонковое бурение дает плохие результаты при проходке рыхлых несвязных пород (пески, галечники и т.д.) и сильно выветренных коренных пород, т.к. получаем керн очень плохой сохранности. Изменяя технологию бурения (укороченные рейсы, небольшая скорость вращения, промывка и т.д.) можно добиться хороших результатов (выход керна до 80—90 % и др.). Основные буровые станки, которые оправдали себя в течение многих лет, это УРБ-2 и УРБ-3 (в различных модификациях).

Шнековое бурение скважин применимо только в рыхлых породах. По сравнению с предыдущими, метод обладает большой скоростью проходки, но имеет ряд следующих недостатков:

по керну трудно определить границы литологических разностей пород;

сложно в процессе бурения фиксировать уровни подзем-

ных вод;

при извлечении из скважины нарушается структура пород (исходя из этого, данный вид бурения скважин используется в тех случаях, когда известны геолого-литологическое строение и глуби-

ны залегания подземных вод. Это в первую очередь относится к проходке мониторинговых скважин).

Другие виды бурения, которые не дают возможности отбирать пробы горных пород, либо не применяются в геоэкологических исследованиях (роторное), либо применяются крайне редко.

Вопросы для проработки темы

Основные типы горнопроходческих работ и их особенности. Характеристики и основное назначение закопушек, канав

и расчисток.

Особенности применения при геоэкологических исследованиях шурфов, шахт и штолен.

Основные задачи и виды буровых скважин.

Дать сравнительную характеристику видам бурения.

56

Аэрокосмические методы

Аэрокосмические методы — группа дистанционных методов с использованием летательных, воздушных и космических аппаратов. Внутри них выделяют группу аэрометодов и группу космических методов.

Аэрометод — это визуальный метод наблюдения с применением фото- и видеотехники с летательных аппаратов. Результат — аэрофотоснимки. Данный метод был основным методом топографической съемки.

Сейчас ведущее место занимают космическая фотосъемка,

спектрометрическое исследование, радиометрическое исследова-

ние. Космическая съемка имеет огромное достоинство перед аэросъемкой по следующим позициям:

огромные обзоры территории (450х500 км);

огромная скорость получения и передвижения;

возможность многократного использования снимков одних

итех же объектов и территорий, что позволяет анализировать динамику явлений и объектов (например: снимки озоновой дыры, развитие процессов опустынивания).

Аэрометоды и космические методы за сравнительно короткий срок внесли важный вклад в изучение поверхности Земли, ее природных ресурсов, а также процессов, происходящих в атмо-, гидро-, био-, педо-, литосферах. Наиболее ценными особенностями этих методов являются: оперативность получения информации, объективность передачи информации, возможность получения изображения различной степени генерализации (от глобальной до детальной), возможность одновременного изучения основных оболочек Земли.

В последнюю четверть XX в. приоритетными направлениями аэрокосмических исследований становится изучение техногенной деятельности и ее последствий. Все большее значение приобретают исследования влияния техногенных процессов на природные и при- родно-техногенные системы, а природных процессов — на территории, освоенные человеком.

Из существующих средств аэрокосмического зондирования наиболее эффективными для геоэкологии являются фотографические системы, которые обладают высоким разрешением и возможностью получения стереоэффекта. Космическая информация имеет большое значение для обнаружения быстро протекающих икатастрофических явлений — выбросов в атмосферу вредных веществ, сбросов в воду вредных отходов, землетрясений, оползней и т.д.

57

Для этих целей используются космические аппараты, проходящие над одной и той же точкой Земли через минимальные промежутки времени. Изучение поверхности ведется при различных длинах волн — в оптическом, инфракрасном и радиоволновом диапазонах. Таким образом, имеется возможность наблюдать Землю не только в

ее естественном виде, но и «видеть» ее тепловое поле со всеми температурными аномалиями и получать изображение независимо от времени суток и наличия облачности.

Широкое применение и большие перспективы имеют аэрометоды (с использованием самолетов и вертолетов), как традиционные — аэрогаммаспектрометрические, так и сравнительно новые — тепловые. Последние эффективны для выявления и контроля загрязнения акваторий, процессов самовозгорания в свалках и терриконах, пожаров горючих полезных ископаемых, торфяников и т.п.

Спектр использования аэрокосмических данных весьма широк: это и выявление локальных объектов природных и техногенных воздействий на окружающую среду и выполнение наблюдений в мониторинговом режиме, как за отдельным объектом, так и на региональном уровне.

Вопросы для проработки темы

Особенности аэрометодов.

Отличительные особенности космических методов. Использование аэрокосмической информации в геоэкологии.

Геоэкологическое картографирование

Под картографированием понимается процесс составления карты определенного (в данном случае геоэкологического) содержания и масштаба в камеральных условиях путем генерализации карт любых съемочных масштабов, полученных в результате картирования.

Соответственно под картированием подразумевается организация и проведение специальных исследований, включающих полевые наблюдения, лабораторно-аналитические работы и камеральную обработку данных, с целью составления карты соответствующего содержания и масштаба. Как правило, масштаб карты определяет масштаб сети наблюдений, при которой полученные данные считаются достоверными, а содержание карты определяет комплекс методов исследований.

58

Исходя их названных особенностей, можно достаточно точно устанавливать как возможности картографирования, так и необходимость проведения полевых работ.

Помимо того, что картографирование предусматривает использование уже выполненных исследований (в том числе полевых), картографирование позволяет оперативно использовать аэрокосмическую информацию, обычно многоцелевого назначения. Аэрокосмические съемки дают дополнительное преимущество при региональных исследованиях, а также при изучении динамично развивающихся процессов в случае повторных съемок тех же объектов.

Поэтому для решения геоэкологических задач наиболее рационально в первую очередь уделять внимание возможностям картографирования. Генерализация данных в этом случае имеет специфический характер и представляет, по существу, экологическую интерпретацию полученной информации.

Когда же возможности картографирования исчерпаны, вытекает необходимость в выполнении полевых исследований по дополнительному изучению и детализации данных по объекту (картирование). И, конечно же, специальные полевые геоэкологические исследования необходимы, когда экологические нарушения (объекты и источники загрязнения и т.п.) могут быть установлены только наземными или подземными видами работ (геохимические и геофизические съемки, бурение и др.).

Основным принципом геоэкологического картографирования является принцип целевой направленности карт. Геоэкологическая карта не может быть просто фактографической, хотя бы в силу неохватности разновеликих и разно направленных в экологическом отношении факторов. Кроме того, нельзя следовать требованиям генерализации фактических данных без четко сформулированной цели построения карты в целом. Необходимо также соблюдать соразмерность выделенных на карте объектов (целевых и ситуационных) с масштабом карты и, соответственно, цели с масштабом карты. Наконец, наименование карты должно корреспондировать, быть адекватно цели.

В качестве иллюстрации можно предложить общий алгоритм построения подобного рода геоэкологической карты.

Цель выполнения карты: отображение на карте геоэкологических особенностей, учет которых необходим при освоении полезных ископаемых — месторождений и их сопредельных территорий — с точки зрения соблюдения безопасности территории Российской Федерации.

59

Наименование карты: Карта экологической опасности освоения полезных ископаемых Российской Федерации.

Масштаб карты: 1:5000000.

Методика работ заключается в экологической интерпретации геологических карт и выявлении на этой основе наиболее значимых геоэкологических факторов и их представлении в специально разработанной знаковой системе — легенде.

При этом выделяются:

—территории, слагаемые породами разной восприимчивости

ктехногенным нагрузкам. Принято (условно) три градации: сильно восприимчивые (карстообразующие известняки и т.п.), слабо восприимчивые (глины и т.п.), относительно устойчивые (изверженные породы и т.п.). Используется их цветовое отображение по принципу «светофора» — красный, желтый, зеленый;

—территории, подверженные воздействию эндогенных геологических процессов (сейсмоактивные территории, вулканические пояса и зоны проявления новейшей тектоники), с традиционным отображением, принятым для геологических карт;

—территории, подверженные воздействию экзогенных геологических процессов (развитие оврагов, карста, селей и т.п.), с традиционным отображением, принятым для геологических карт;

—площади минеральных концентраций (угольные, нефтегазоносные, бокситовые бассейны), такжестрадиционным отображением.

Каждое вынесенное на карту месторождение рассматривается с точки зрения его возможности быть эпицентром техногенного очага со всеми вытекающими последствиями. Особенно это значимо для многих рудных месторождений, которые являются природными концентраторами токсичных химических элементов. Поэтому, для вынесения рудных месторождений на карту в виде символов, к ним предъявляется требование отражать свойства месторождений и добываемых из них руд, которые выступают как наиболее значимые экологические факторы.

Предполагается обозначать месторождения твердых полезных ископаемых в виде круга, разделенного на четыре сектора, в которых обозначены:

символ рудообразующего элемента (Al, Нg, Р и т.д.);

степень вредности свойств руды, продукта добычи или продукта первичного обогащения. Принято три градации: сильно токсичные, вредные и относительно нейтральные руды с трехцветным отображением по принципу «светофора»;

60