Диагностирование экологического состояния ПТГГС


Российский Государственный Геологоразведочный Университет им. С. Орджоникидзе

Гидрогеологический факультет

Кафедра гидрогеологии

Итоговая работа

На тему

“Диагностирование экологического состояния ПТГГС”

Составила:

Проверила:

Москва, 2010г.

Оглавление

Введение. 3

Глава 1. Геолого-гидрогеологические условия. 4

Глава 2. Техногенные условия. 6

Глава 3. Формирование информационной модели. 9

Глава 4. Диагностирование информационной модели. 21

Заключение. 24

Введение

Итоговая работа направлена на закрепление теоретического материала и освоение навыков построения информационных моделей, используемых для диагностирования экологического состояния ПТГГС.

В ходе итоговой работы необходимо решить ряд задач:

1) Проанализировать эколого-гидрогеологические условия исследуемой территории;

2) Оценить влияние этих условий на загрязнение подземных вод подольско-мячковского горизонта среднего карбона;

3) Построить информационную модель загрязнения подземных вод, протестировать ее и выполнить с ее помощью диагностирование экологической ситуации на соседней территории.

В процессе данной итоговой работы был выполнен 6 вариант.

В качестве данных для выполнения итоговой работы были использованы реальные эколого-гидрогеологические условия восточной части Московской области.

Глава 1. Геолого-гидрогеологические условия

Геологические условия описываемого района.

Нижняя толща, которую вскрывают имеющиеся скважины, относится к C2 rst и сложена глинами. Подошва толщи не вскрыта, однако мощность отложений больше 2 м. Выше по разрезу залегают подольско-мячковские известняки с прослоями глинистых известняков среднего карбона (C2 pd-mc), мощность которых варьируется от 31 до 46 м. Перекрывает отложения C2 pd-mc кревякинский горизонт, сложенный глинами пестроцветными (C3 kr). Мощность его колеблется от 0 до 14 м и лишь в северо-западной части исследуемой территории, в районе скважины № 15 мощность толщи достигает 23 м. Глины кревякинской толщи подстилают отложения касимовского горизонта (C3 ksm), представленных, так же, как и для подольско-мячковского горизонта, известняками с прослоями глинистых известняков большой мощности (до 51 м). Лежащие выше отложения имеют среднеюрский возраст (J2 k) и представлены черными глинами, мощностью порядка 20 – 30 м. Лишь в скважине №17 (восточная часть района) была вскрыта мощность этих отложений всего 13 м. Выше по разрезу залегают нижнемеловые аптские пески средней мощности (10 – 20 м; однако в восточной части территории, в скважине №16 мощность этой толщи достигает всего 4 м). Все вышележащие толщи являются четвертичными отложениями. Среди них выделяются отложения гляциальные (gQII ms), флювио-лимногляциальные (f, lgQII ms) и пролювиальные (prQII-III ). Первые представлены моренными суглинками от 7 до 24 м мощности, вторые – песками и супесями до 3 м (местами и вовсе отсутствующими), третьи – суглинками от 1 до 6 м.

В приложении 1 представлен схематический геолого-гидрогеологический разрез.

Гидрогеологические условия описываемого района.

В пределах исследуемой территории выделяются два водоносных горизонта:

1) Касимовский водоносный горизонт.

Глубина до уровня воды колеблется в пределах 30 – 45 м, причем в районе 6 скважины на севере описываемой территории образуется некоторая воронка, в центре которой и достигается значение глубины до уровня подземных вод 45 м. Воронка имеет вытянутую овальную форму в восточном направлении. К северу от воронки глубина до уровня воды резко снижается (до 30 м через 1км). К западу и к югу от воронки значения глубин также снижаются, однако гораздо медленнее. На юго-западе же от воронки имеет место некоторое повышение отметки уровня воды (здесь глубина до воды составляет 29 м), однако затем, еще юго-западнее, глубина до уровня подземных вод вновь увеличивается. Мощность водоносного горизонта достаточно равномерна: на большей западной части территории она колеблется в пределах 48 – 51 м; на востоке слегка падает до 45 м.

Карта положения пьезометрического уровня касимовского водоносного горизонта представлена в приложении 2.

2) Подольско-мячковский водоносный горизонт.

Глубина до уровня воды варьируется в от 30 до 49 м. В пределах этого водоносного горизонта имеют место две воронки. Одна из них расположена на севере исследуемого района. Глубина до уровня воды достигает здесь 49 м, к северу от воронки всего через 1,5 км глубина до уровня воды резко уменьшается до 30 м. К юго-западу от воронки отметки уровня воды также повышаются, но плавно так, что через 6 000 м глубина до воды составляет 39 м. Другая воронка заняла свое место на юго-востоке территории. Она не столь глубока (максимальное значение глубины до воды составляет 42 м). Между двумя этими воронками залегла область со значительным повышением отметки уровня подземных вод: н6а расстоянии всего 1000 м от каждой из воронок глубина до воды составляет всего 34 м. Мощность водоносного горизонта меняется весьма интересно: так, в западной и юго-западной частях она колеблется в пределах 30 – 35 м, к центру повышается до 42 – 46 м, а затем на востоке и северо-востоке вновь падает до 33 м, то есть через описываемую территорию с северо-запада на юго-восток проходит диагональ повышенных (43 – 46 м) мощностей, от которой к западу и к востоку значения мощности уменьшаются.

Карта положения пьезометрического уровня подольско-мячковского водоносного горизонта представлена в приложении 3.

Глава 2. Техногенные условия

Воды подольско-мячковского водоносного горизонта защищены лежащим выше крвякинским водоупором. Карта защищенности подольско-мячковского горизонта представлена на рис. 4. Согласно этой карте, защищенность водоносного горизонта весьма неравномерна. Так, наиболее защищенным водоносный горизонт можно считать в восточной части территории, где с севера на юго-восток протянулась полоса кревякинской толщи мощностью до 23 м. Однако чуть восточнее и чуть западнее воды оказываются вообще не защищены, поскольку здесь кревякинский водоупор и вовсе отсутствует. Западная территория района также весьма неплохо защищена, здесь мощность водонепроницаемой толщи достигает 12 м. В центральной части подольско-мячковский водоносный горизонт достаточно уязвим: кревякинская толща не отсутствует, но ее мощность достигает максимум 8 м.

Карта защищенности подольско-мячковского водоносного горизонта представлена в приложении 4.

Однако, несмотря на водонепроницаемую толщу глин, воды подольско-мячковского водоносного горизонта оказались загрязнены. Проследим загрязнение горизонта по концентрации в воде хлора. Содержание хлоридов в подольско-мячковском водоносном горизонте отображено на рис. 1.

Зная, что описываемая территория делится на три функциональных типа: индустриальный, селитебный и сельскохозяйственный; отобразим распределение этих типов по району (рис. 2)

Сопоставив рис.1 и рис. 2, можно заметить, что максимальное содержание хлоридов наблюдается на сельскохозяйственном участке, то есть именно с/х деятельность оказывается главным загрязнителем территории.

123456789101112
131415161718192021222324
252627282930313233343536
373839404142434445464748
495051525354555657585960
616263646566676869707172
737475767778798081828384
858687888990919293949596

Рис.1. Содержание хлоридов в подольско-мячковском водоносном горизонте.

< 1 ПДК 1 – 3 ПДК > 3 ПДК

123456789101112
131415161718192021222324
252627282930313233343536
373839404142434445464748
495051525354555657585960
616263646566676869707172
737475767778798081828384
858687888990919293949596

Рис.2. Функциональный тип территории

Индустриальный Селитебный Сельскохозяйственный

Глава 3. Формирование информационной модели

Таблица 1. Средние значения показателей по блокам

№ блокаЗащищенность mK1

Уровень

C3ksm

Уровень

C2pd-mc

Вертикальный градиент
1530.5290.3
2631.5310.08
36.53334.5-0.23
48.53739.5-0.29
511.54043-0.26
6133944.5-0.42
71334.540.5-0.46
81529.535.5-0.4
915.529.533-0.26
10143232.5-0.04
111034.532.50.2
12535.5320.7
137.531.535-0.47
149.53138.5-0.79
1510.53342-0.86
1610.537.545-0.71
171142.547-0.41
1811.542.547-0.39
1912.53843-0.4
201633.538-0.28
2118.53436-0.11
2217.53735.50.09
2312.53935.50.28
246.539340.77
2593339.5-0.72
2610.53243-1.05
27113347-1.27
281037.548.5-1.1
2994249-0.78
30944.548.5-0.44
31114145-0.36
32143741-0.29
3318.537.538-0.03
34214138.50.12
3514.542370.34
365.54035.50.82
37834.541-0.81
38733.543.5-1.43
39633.545-1.92
406.53646.5-1.62
41739.546.5-1
427.541.546-0.6
438.540.545-0.53
44103440-0.6
451533.535.5-0.13
46183737.5-0.03
4712.54137.50.28
484.53935.50.78
4983440.5-0.81
50533.541.5-1.6
5133342-3
523.53443-2.57
5353643-1.4
5463743-1
5553742-1
56633.540-1.08
57931.538.5-0.78
5812.53537.5-0.2
59103838.5-0.05
60536.537-0.1
618.532.539-0.76
626.532.540-1.15
6353241-1.8
643.53342-2.57
654.532.542-2.11
6653340.5-1.5
673.53339.5-1.86
68234.539-2.25
6933538.5-1.17
707.536.538-0.2
711638.541-0.16
7283839-0.13
731231.539-0.63
749.53139.5-0.89
75632.541-1.42
7643341-2
7753241-1.8
785.53140-1.64
79432.537-1.13
801.53435-0.67
81-135.534.5-1
8243737.5-0.13
8310.538.540.5-0.19
84123941-0.17
85133139-0.62
8610.53239.5-0.71
876.533.541-1.15
884.533.542-1.89
89532.541-1.7
9053238.5-1.3
914.53235-0.67
9233332.50.17
93234.5321.25
9423635.50.25
95737.538-0.07
9693839-0.11
Max2144.5491.25
Min-129.529-3

Таблица 2. Ранжирование показателей.

№№ПоказателиЗначения показателей по рангам
123
1Защищенность mK1
2Уровень C3 ksm
3Уровень C2 pd-mc
4Вертикальный градиент
5Водопроводимость< 100100-200> 200
6Тип территорииИндустриальнаяСелитебнаяС/х
7Содержание Cl< 1ПДК1-3 ПДК> 3ПДК

Таблица 3. Ранжированные значения показателей по блокам модели

№ блокаЗащищенностьУровень C3 ksmУровень C2 pd-mcВертикальный градиентВодопроводимостьТип территорииСодержание Cl
11113331
21113331
32112322
42222222
52332233
62232232
72122221
83112321
93112321
103113311
112113222
121213133
132112331
142122331
152122322
162232222
172332233
182332232
192232221
203122321
213123321
223213311
232213222
242213133
252122322
262132331
272132331
282232222
292332233
302332232
312332221
323222322
333223321
343323322
353323222
361313133
372122331
382132322
391131322
402231222
412232233
422332232
432332221
442122322
453113321
463223311
473323222
481213133
492122322
501121212
511121211
521131321
531232233
541232133
551222311
561132321
572122112
582222123
592223232
601223231
612122322
622122212
631121211
641121321
651121233
661122133
671121311
681121321
691222112
702222123
713222232
722223231
732122322
742122211
751122211
761121322
771121233
781121132
791122311
801112322
811212112
821223123
832222232
842222231
852122322
862122212
872122211
881121321
891121233
901122133
911112311
921113321
931113112
941213122
952223233
962223231

Расчет полной информативности выходного показателя (содержания ионов хлора в подольско-мячковском водоносном горизнте).

J ( Cl ) = ;

N1 , n2 , n3 – количество блоков, соответствующих рангам 1, 2 и 3;

N – сумма всех блоков модели (96);

N1 = 39; n2 = 38; n3 = 19;

J ( Cl ) = =

= (0.5280 + 0.5292 + 0.4626)-96 = 145,9 бит.

Расчет взаимной информативности показателей модели

1. Защищенность.

X\y123Σ
11691136(16/36;9/36;11/36)
21424745(14/45;24/45;7/45)
395014(9/14;5/14)
Σ39381895

А1 = 36(0.52+0.5+0.52) = 55.44бит;

А2 = 45(0.52+0.49+0.42) = 64.35 бит;

А3 = 14(0.41+0.53) = 13.16 бит;

А = 132.95 бит;

J (y:x) = 145.9 – 132.95= 12.95 бит.

2. Уровень C 3 ksm.

X \ y123Σ
12819552(28/52;19/52;5/52)
29131032(9/32;13/32;10/32)
326412(2/12;6/12;4/12)
Σ39381996

А1 = 52(0.48+0.53+0.33) = 69.68 бит;

А2 = 32(0.51+0.53+0.52) = 49.92 бит;

А3 = 12(0.43+0.5+0.53) = 17.52 бит;

А = 137.12 бит;

J (y:x) = 145.9 – 137.12 = 8.78 бит.

3. Уровень C 2 pd – mc.

X \ y123Σ
1107421(10/21;7/21;4/21)
22222953(22/53;22/53;9/53)
379622(7/22;9/22;6/22)
Σ39381996

А1 = 21(0.51+0.53+0.46) = 31.5бит;

А2 = 53(0.53+0.53+0.43) = 78.97 бит;

А3 = 22(0.53+0.53+0.51) = 34.54 бит;

А = 145.01 бит;

J (y:x) = 145.9 – 145.01 = 0.89 бит.

4. Вертикальный градиент.

X \ y123Σ
175315(7/15;5/15;3/15)
220251055(20/55;25/55;10/55)
3128626(12/26;8/26;6/26)
Σ39381996

А1 = 15(0.51+0.53+0.46) = 22.5 бит;

А2 = 55(0.53+0.52+0.46) = 83.05 бит;

А3 = 26(0.52+0.52+0.49) = 39.78 бит;

А = 145.33 бит;

J (y:x) = 145.9 – 145.33 = 0.57 бит.

5. Водопроводимость.

X \ y123Σ
1061016(6/16;10/16)
21318940(13/40;18/40;9/40)
32614040(26/40;14/40)
Σ39381996

А1 = 16(0.53+0.42) = 15.2 бит;

А2 = 40(0.53+0.52+0.49) = 61.6 бит;

А3 = 40(0.4+0.53) = 37.2 бит;

А = 114 бит;

J (y:x) = 145.9 – 114 = 31.9 бит.

6. Тип территории.

X \ y123Σ
1127019(12/19;7/19)
21623342(16/42;23/42;3/42)
31181635(11/35;8/35;16/35)
Σ39381996

А1 = 19(0.42+0.53) = 18.05 бит;

А2 = 42(0.53+0.47+0.27) = 53.34 бит;

А3 = 35(0.52+0.49+0.52) = 53.55 бит;

А = 124.94 бит;

J (y:x) = 145.9 – 124.94 = 20.96 бит.

Таблица 4. Информативность показателей

ПоказателиИнформативность
Бит%
1Защищенность12.9518.9
2Уровень C3 ksm8.7812.8
3Уровень C2 pd-mc0.891.3
4Вертикальный градиент0.570.8
5Водопроводимость31.946.5
6Тип территории20.9630.6
7Содержание cl – в pd-mc145.9100

Наиболее информативные признаки: защищенность, водопроводимость и тип территории.

Расчет информативности сложных признаков.

1. Защищенность × водопроводимость

X1 ×x2 \y123Σ
1112301512/15; 3/15
12057125/12; 7/12
1341494/9; 1/9; 4/9
2101341/4; 3/4
229145289/28; 14/28; 5/28
23590145/14; 9/14
320303®0
33920119/11; 2/11

А1 = 15(0.26+0.46) =10.8бит;

А2 = 12(0.53+0.46) = 11.88бит;

А3 = 9(0.52+0.35+0.52) = 12.51 бит;

А4 = 4(0.5+0.31) = 3.24бит;

А5 = 28(0.53+0.5+0.45) = 41.44 бит;

А6 = 14(0.53+0.41) = 13.16 бит;

А7 = 0 бит;

А8 = 11(0.23+0.45) = 7.48 бит;

A = 100.51бит;

J (y:x1 ×x2 ) = 145.9 – 100.51= 45.39 бит.

2. Водопроводимость × тип территории

X 2 × x 3 \ y123Σ
110404®0
1201341/4; 3/4
1301781/8; 7/8
2153085/8; 3/8
22480124/12; 8/12
23479204/20; 7/20; 9/20
317007®0
32121402612/26; 14/26
337007®0

А1 = 0 бит;

А2 = 4(0.5+0.31) = 3.24 бит;

А3 = 8(0.38+0.16) = 4.32 бит;

А4 = 8(0.38+0.53) = 7.28 бит;

А5 = 12(0.53+0.39) = 11.04 бит;

А6 = 20(0.46+0.53+0.52) = 30.2 бит;

А7 = 0 бит;

A8 = 26(0.52+0.48) = 26бит;

A9 = 0 бит;

А = 82.08бит;

J (y:x1 ×x3 ) = 145.9 – 82.08 = 63.82 бит.

3. Защищенность × тип территории

Х1 × x 3 \ y123Σ
1174011
1264111
13311014
212305
22415221
2386620
313003®0
3264010
330101®0

А1 = 11(0.41+0.53) = 10.34 бит;

А2 = 11(0.48+0.53+0.31) = 14.52 бит;

А3 = 14(0.47+0.27+0.35) = 15.26 бит;

А4 = 5(0.53+0.44) = 4.85 бит;

А5 = 21(0.46+0.35+0.33) = 23.94 бит;

А6 = 20(0.53+0.52+0.52) = 31.4 бит;

А7 = 0 бит;

А8 = 10(0.44+0.53) = 9.7 бит;

A9 = 0 бит;

А = 110.01 бит;

J (y:x2 ×x3 ) = 145.9 – 110.01 = 35.89 бит.

4. Защищенность × водопроводимость × тип территории

X 1 × x 2 × x 3 \ y123Σ
1110303®0
1120112
1130167
1213104
1231045
1314004®0
1326309
1332002®0
2110101®0
2120022®0
2130011®0
2212204
22246010
22336514
2320909®0
2335016
3220202®0
3230101®0
3313003®0
3326208

А1 = 0 бит;

А2 = 2(0.5+0.5) = 2 бит;

А3 = 7(0.4+0.19) = 4.13 бит;

А4 = 4(0.31+0.5) = 3.24 бит;

А5 = 5(0.46+0.26) = 3.6 бит;

А6 = 0 бит;

А7 = 9(0.33+0.53) = 7.74 бит;

А8 = 0 бит;

А9 = 0 бит;

А10 = 0 бит;

А11 = 4(0.5+0.5) = 4 бит;

А12 = 10(0.53+0.44) = 9.7 бит;

А13 = 14(0.48+0.52+0.53) = 21.42бит;

А14 = 0 бит;

А15 = 6(0.22+0.43) = 3.9 бит;

А16 = 0 бит;

А17 = 0 бит;

А18 = 0 бит;

А19 = 8(0.31+0.5) = 6.48 бит;

А = 66.21 бит;

J (y: x1 ×x2 ×x3 ) = 145.9 – 66.21 = 79.69 бит.

Таблица 5. Сводная

ПоказателиИнформативность
Бит%
1×2Защищенность × водопроводимость45.39
1×3Водопроводимость × тип территории63.82
2×3Защищенность × тип территории35.89
1×2×3Защищенность × водопроводимость × тип территории79.69
Содержание Сl – в pd-mc145,9100

Глава 4. Диагностирование информационной модели

Модель состоит из трех частей:

11325374961738597109
21426385062748698110
31527395163758799111
416284052647688100112
517294153657789101113
618304254667890102114
719314355677991103115
820324456688092104116
921334557698193105117
1022344658708294106118
1123354759718395107119
1224364860728496108120
ОбучающаяТестоваяПрогнозная

Ранжированные данные для первых 96 блоков были представлены в таблице №3 (глава 3). Ранжированные же значения для блоков с 97 по 120 – в таблице №6.

Таблица 6. Ранжированные данные для тестирования

№ блокаУровень C3 ksmУровень C2 pd – mcЗащищенностьВертикальный градиентВодопроводимостьТип территории

Содержание Сl – в

C2 pd – mc

971223312
983133231
992311323
1001222122
1012132222
1023311132
1031223323
1043133232
1052311322
1061222131
1072132232
1083311131
1091223312
1103133231
1112311323
1121222122
1132132222
1143311132
1151223323
1163133232
1172311322
1181222131
1192132232
1203311131

Таблица 7. Тестирование информационной модели

№ блока

Содержание Сl – в

C2 pd – mc

ФактическоеПрогнозное
972
9812
9931
10023
10122
10223
10332
10422
10521
10613
10722
10813
1092
11012
11131
11223
11322
11423
11532
11622
11721
11813
11922
12013

Ошибка прогноза составляет

=(24-6) / 24 = 0.75 = 75%.

Классификация ошибок прогноза:

1. Высокоэффективная модель <5%;

2. Эффективная модель 5-15%;

3. Среднеэффективная модель 15 – 25%;

4. Низкоэффективная модель 25 – 30%;

5. Неэффективная модель >35%.

Таким образом, рассчитанная модель является весьма неэффектинвой.

Заключение

Учитывая что полученная модель является неэффектинвой, рекомендуется снизить ошибку прогноза за счет нескольких факторов:

1. Пересчитать средние показатели по блокам более точно.

2. Изменить диапазоны рангов, так чтобы их оказалось примерно равное количество.

3. Уточнить расчет информативности.

4. Разбить карту территории на блоки сеткой менее чем 1х1 км.



Зараз ви читаєте: Диагностирование экологического состояния ПТГГС