Введение 3
1. Система Государственного мониторинга подземных вод 6
1.1. Деятельность, состав, структура и нормативно-правовая база
мониторинга подземных вод 6
1.2. Объекты мониторинговых наблюдений за подземными водами на
территории Республики Татарстан 17
2. Материалы и методика обработки данных 23
2.1. Характеристика и классификация исходных материалов 23
2.2. Современные программные средства обработки данных мониторинга
подземных вод и принципы их функционирования 30
3. Разработка веб-ГИС приложений по мониторингу подземных вод 40
3.1. Формирование базы данных и создание веб-ГИС приложений по
мониторингу состояния подземных вод 40
3.2. Анализ состояния подземных вод юго-востока Республики Татарстан на
основе разработанного приложения 54
Заключение 62
Список использованных источников 66
Приложения
Подземные воды - одна из основных составляющих минерально-сырьевой базы страны. Как объект геологической среды, они являются чувствительным индикатором влияния природного и техногенного характера, что предопределяет целесообразность организации контроля их состояния.
Мониторинг состояния подземных вод - одна из подсистем Г осударственного мониторинга состояния недр (ГМСН), который осуществляется Министерством природных ресурсов Российской Федерации (МПР России) во взаимодействии с другими специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды и природопользования. ГМСН представляет собой систему регулярных наблюдений, сбора, накопления, обработки и анализа информации, оценки состояния геологической среды и прогноза ее изменений под влиянием естественных природных факторов, недропользования и других видов хозяйственной деятельности.
Для осуществления деятельности ГМСН в разрезе каждого федерального округа созданы специальные наблюдательные сети и в зависимости от решаемых задач и источников финансирования они подразделяются на государственную опорную (ГОНС), территориальную (ТНС), ведомственную (ВНС) и локальную наблюдательную сети (ЛНС).
Информация, собираемая с наблюдательных пунктов сети и недропользователей характеризуется большими объемами, разнородностью, пространственной привязанностью, недоступностью объектов для прямого изучения, а хранящие ее организации - территориальной распределенностью [29, с. 3]. В следствие этого для всесторонней оценки состояния и использования ресурсной базы возрастает роль информационных мониторинговых систем.
На сегодняшний день для целей мониторинга состояния недр используются различные информационные системы. Однако, в следствие
практически полного отсутствия требований систематизации и идентификации
3
данных, сложности их интеграции, построении системы наблюдений на отчетных материалах и результатах анкетирования, делающих мониторинг в основном статистическим, а не инструментальным, и зачастую разработкой «новых» систем лишь на основе расширения уже существующих важным фактором становится оснащенность информационными технологиями, позволяющими эффективно собирать, анализировать, обобщать и визуализировать данные и документы статистической/производственной отчетности.
Таким образом, целью данной работы является разработка ряда веб-ГИС приложений, упрощающих интеграцию данных мониторинга и автоматизирующих обработку информации по разделу Государственного мониторинга подземных вод Республики Татарстан (ГМПВ РТ). Для этого решается следующий ряд задач:
1. Изучить деятельность, структуру, состав и нормативно-правовую базу ГМПВ РТ, проанализировать опыт мониторинга ПВ и подходы к его ведению отечественных и зарубежных исследователей;
2. Рассмотреть принципы функционирования различных программных и технических средств, обрабатывающих данные мониторинга, и выявить основные проблемы ведения документооборота материалов на примере базы данных «Очаги загрязнения» ГМПВ РТ;
3. Спроектировать единую базу геоданных мониторинга подземных вод и на ее основе разработать ряд веб-ГИС приложений в сервисе ArcGIS Online, позволяющих автоматизировать сбор, редактирование, оценку и картографическую визуализацию исходных данных;
4. Продемонстрировать возможности созданных приложений на примере основных гидрохимических показателей в разрезе муниципальных образований юго-востока Республики Татарстан.
Объектом исследования работы являются пункты наблюдения за подземными водами Республики Татарстан, в частности, относящиеся к юговосточной территории, а предметом - картографические и фактографические базы данных и веб-ГИС приложения по разделу Г осударственного мониторинга подземных вод Республики Татарстан.
Для реализации целей и поставленных в работе задач были использованы материалы обособленного подразделения «Приволжского регионального центра ГМСН» Федерального государственного унитарного геологического предприятия «Гидроспецгеология» в г. Казань, фондовые материалы государственных учреждений в сфере использования и управления водными ресурсами, литературные, картографические и веб-источники, а также собственные публикации автора.
Данная работа по своей структуре состоит из: введения, трех глав, заключения, списка литературы, который насчитывает 51 источников, и 4 приложений.
Первая глава посвящена рассмотрению деятельности, структуры, нормативно-правовой базы и истории развития системы мониторинга подземных вод на территории России и, в частности, Республики Татарстан. Во второй главе приводится описание используемых материалов, проводится оценка технологической оснащенности программными средствами современного ГМСН и общий обзор существующих информационных систем. В третьей главе на основе собранных данных разрабатывается база геоданных мониторинга подземных вод, на ее основе строятся специальный веб-картографический материал и веб-ГИС приложения по сбору, ведению и обработке отчетных материалов недропользователей, а также проводится пространственный анализ динамики основных химических показателей.
Представляя собой регулярные наблюдения, сбор, накопление и анализ собираемых данных, Государственный мониторинг подземных вод является многоведомственной структурой. На ряду с Министерством природных ресурсов им занимаются Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, Министерство здравоохранения РФ, Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Федеральный горный и промышленный надзор России и прочие государственные и частные структуры.
В Республике Татарстан мониторингом состояния недр занимается государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение по геологии и использованию недр Республики Татарстан» (ГУП «НПО Геоцентр РТ»), являющееся филиалом Федерального государственного унитарного геологического предприятия «Гидроспецгеология» в г. Казань. Для обеспечения решения установленных задач в каждом подразделении ФГУГП для каждого федерального округа были созданы специальные наблюдательные сети: государственная опорная наблюдательная сеть (ГОНС), локальная (ЛНС) и территориальная наблюдательные сети (ТНС). Всего по состоянию на 01.01.2017 г. наблюдательная сеть мониторинга подземных вод Республики Татарстан включала 111 действующих наблюдательных пунктов, в том числе 26 пунктов ГОНС и 85 пунктов ЛНС.
Отношения, возникающие в области геологического изучения, использования и охраны подземных вод и вод, используемыми пользователями недр для собственных производственных и технологических нужд регулируются прежде всего Законом РФ от 21.02.1992 N 2395-1 (ред. от 30.09.2017) «О недрах». В число нормативных документов, регламентирующих правила использования подземных вод, также входят ФЗ от 10.01.2002 N 7-ФЗ (ред. от 31.12.2017) «Об охране окружающей среды», Постановление Правительства РФ от 09.08.2013 N 681 «О государственном экологическом мониторинге (государственном мониторинге окружающей среды) и государственном фонде данных государственного экологического мониторинга», Приказ МПР РФ от 21.05.2001 N 433 «Об утверждении Положения о порядке осуществления государственного мониторинга состояния недр Российской Федерации», «Водный кодекс Российской Федерации» от 03.06.2006 N 74-ФЗ (ред. от 29.07.2017) ст. 30, постановлением Правительства РФ от 10.04.2007 г. № 219 «Об утверждении положения об осуществлении государственного мониторинга водных объектов» (ред. 18.04.2014, № 360) и др.
В силу развитой нефтедобывающей промышленности и высокого уровня хозяйственного освоения территории Республики Татарстан наибольшее воздействие на подземные воды происходит на юго-востоке, что предопределяет расположенную здесь густую наблюдательную сеть. Только в пределах Азнакаевского, Альметьевского, Бавлинского, Бугульминского, Лениногорского, Черемшанского и Ютазинского районов размещено 1858 пунктов забора подземных вод.
По данным, получаемым на пунктах наблюдения, с привлечением других гидрогеологических материалов, составляются гидрогеологические прогнозы, подготавливаются различные гидрогеологические карты подземных водных объектов, проводится анализ и обобщение переменных показателей и т.д. Однако, вся эта информация характеризуется большими объемами, разнородностью, пространственной привязанностью, недоступностью объектов для прямого изучения, а хранящие ее организации - территориальной распределенностью [29, с. 4]. Следует также отметить, что в процессе локального мониторинга определяется не весь комплекс компонентов химического состава воды, необходимый для системного гидрохимического анализа, что связано с различными финансовыми и техническими возможностями недропользователей по организации контроля гидрохимического состава добываемых вод.
Перечисленные проблемы нашли отражение и в предоставленных для данной работы данных по разделам «Государственный учет подземных вод» (ГУВ) и «Очаги загрязнения». Поэтому для решения описанных проблем
автором была предложена разработка специальных веб-ГИС приложений, сочетающих в себе многопользовательскую базу геоданных, унифицирующую всю поступающую информацию, простой и широкий функционал с проведением достаточно сложных пространственных анализов в границах не только муниципальных образований, но и устанавливаемых пользователем границ, быстрый доступ к базе данных информации через сеть Интернет и упрощение в использовании (пользователю не обязательно иметь навыки ГИС-пользователя). Также здесь существует и другой ряд преимуществ таких, как возможность интерактивного построения статистической и графической информации в режиме одного окна, редактирование, импорт и экспорт обрабатываемой информации.
В целях демонстрации функционала разработанных ГИС-приложений в разрезе муниципальных образований и основных водоносных горизонтов юговостока Республики Татарстан были проанализированы сведения по 6255 отборам проб в период с 2005 по 2016 гг. Так, было выявлено, что из общего количества проб отбираемые подземные воды за рассматриваемый период не соответствовали санитарным требованиям 2521 раз по показателям общей жесткости, 447 раз по минерализации, 428 - по общему железу, 285 - по нитратам, 200 - по хлоридам, 179 - по сульфатам и 43 раза по показателю pH.
Для проведения пространственного анализа гидрохимических компонентов и выявления закономерностей были взяты значения по хлоридам и минерализации. С помощью инструментов разработанного ГИС-приложения было определено, что аномально высокие концентрации исследуемых компонентов относятся к водам верхне- и нижнекарбонатных-терригенных комплексов Альметьевского, Бугульминского и Бавлинского районов.
Для обеспечения автоматизированного ввода, хранения и оперативной
обработки данных постоянно изменяющейся режимной сети необходимы новые
подходы. Простые в использовании Веб-ГИС способны поспособствовать
совершенствованию деятельности Государственного мониторинга подземных
вод, позволяя представлять скрытые закономерности в явном и легко понятном
64
виде, предоставлять функции картографирования и пространственного анализа через простой интерфейс в веб-браузере, пользоваться которым может не владеющих ГИС навыками пользователь.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
