Об опыте использовании ГИС-технологий в мерзлотно-гидрогеологическом картографировании

ОБ ОПЫТЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ В МЕРЗЛОТНО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОМ КАРТОГРАФИРОВАНИИ

Лена Дмитриевна Иванова,

ведущий инж енер лаборатории подземных вод криолитозоны Института мерзлотоведения им. П. И Мельникова СО РАН (ИМЗ СО РАН).

Нэлли Михайловна Никитина,

научный сотрудник лаборатории подземных вод криолинозоны1 ИМЗ СО РАЛ.

В настоящее время с развитием современной компьютерной техники и программного обеспечения появилась возможность создавать высококачественные карты с применением геоинформационных систем (ГИС) для сбора, хранения, обработки, доступа, отображения и распространения пространственно-координированных данных. При использовании ГИС-технологий преодолеваются главные недостатки традиционных (бумажных) карт: их статичность и ограниченная емкость.

Цифровая модель гидрогеологической карты Центральной Якутии создана в лаборатории подземных вод Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН по Госзаказу Государственного комитета по геологии и недропользованию Республики Саха (Якутия). Работы проводились в 2006 - 2008 гг., масштаб карты 1:1 000 000. Накопление и моделирование геологической, гидрогеологической и геокриологической информации осуществлялось стандартными методами ГИС-технологий в форматах Агс!п1о и АгсУ^ [1, 2].

Созданная гидрогеологическая карта представляет собой картографическое обобщение многолетних исследований по подземным водам криолитозоны. В отличие от бумажного варианта она дает возможность изменения масштаба без потери качества, быстрый доступ к фактографической информации через атрибутивные таблицы и возможность дублирования на бумажном носителе. Информация в электронном виде может храниться и накапливаться, она доступна для анализа и моделирования.

Для Центральной Якутии характерна значительная глубина многолетнего промерзания как рыхлых четвертичных отложений, так и коренных пород. Глубокое промерзание земных недр за длительный геологический период привело к образованию криогенного водоупора мощностью от 300 до 1000 м и сформировало совершенно другие гидрогеологические усло-

Л. Д. Иванова, Н. М. Никитина

вия, чем в талой зоне, где существует свободный водообмен между грунтовыми и артезианскими водами. Поскольку методика построения гидрогеологических карт с применением компьютерных технологий разработана для территорий, не охваченных многолетним промерзанием [2], в процессе работы над гидрогеологической картой Центральной Якутии существующие методические разработки были адаптированы авторами к условиям криолитозоны [3, 4].

Фрагменты созданной карты были представлены на XIX Международной конференции по мерзлотоведению в 2008 г. [3] и на XIX Всероссийском совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока в 2009 г. [4].

Гидрогеологическая карта включает 17 рабочих тематических слоев, представляющих собой каталог карт (рис. 1). Каждый слой содержит атрибутивную таблицу, которая формируется автоматически и включает стандартный набор данных. Атрибутивные таблицы разных слоев можно связать между собой, а тематические слои присоединить к одному слою. К макету слоев можно добавить изображение таблиц и растровых рисунков. К таблицам присоединена тематическая нагрузка из базы данных Microsoft Access, которая совместима с картосоставительской программой ArcView GIS. Базы данных содержат основные сведения текущей гидрогеологической изученности: материалы по типам фильтрации, коэффициенту таликовости, минерализации и химическому составу подземных вод, перспективам их использования в хозяйственно-питьевых целях, а также сведения о родниках с дебитом более 10 л/с, источниках соленых и рассольных подземных вод, наледях и т.д.

В качестве базовой методологической основы составленной гидрогеологической карты территории Центральной Якутии принято мерзлотно-гидрогеологическое районирование, учитывающее изменение гидрогеоло-

.¡31

I

&

[Г

£

<1 - И.*'.!' * И.  ±1

£ £ l4.hri.iH -с " и t-H--.il .¡»и. ±." Ь \ я и

.г^г«;^ гг,  и- .-ы.ц • ^ Г*

!.. .....Ш1Ш м.-птш- М =1

.-.:.к* » к-г: «н-! »» к-ч-им " ГМК

х ¿зэ ешо еа шз ихп ж

_ПГ-.«|_

ИЗГЕЕ

цдшз

Рис. 1. Содержание гидрогеологической карты Центральной Якутии

масштаба 1:1 000 000.

гических структур в условиях глубокого промерзания недр [5, 6, 7]. дЛя выделения гидрогеологических подразделений приняты следующие критерии: положение водоносного комплекса или горизонта относительно толщи многолетнемерзлых пород, геологический возраст, характер проницаемости и состав горных пород, гидравлическая связь между смежными подразделениями, химический состав подземных вод и их пригодность для водоснабжения в соответствии с требованиями к питьевому качеству воды [8, 9, 10].

Исходя из перечисленных критериев, в масштабе 1:1 000 000 картографируются три основных тематических слоя: гидрогеологическое районирование; первый и второй структурные гидрогеологические этажи, включающие площадные (полигоны); линейные и точечные рабочие слои (см. рис. 1).

В слое «гидрогеологическое районирование» цветом выделены гидрогеологические структуры I - IV порядков, их границы и индексы (рис. 2).

В слое «первый гидрогеологический этаж локально водоносных криогенно-таликовых горизонтов зоны свободного водообмена» картографируются водоносные горизонты четвертичного, мезозойского и палеозойского возраста (рис. 3).

В слое «второй гидрогеологический этаж субкриогенных водоносных комплексов зоны затруд-

ненного водообмена» выделены подмерзлотные водоносные комплексы неогенового, мезозойского, палеозойского и протерозойского возрастов. Для этих водоносных комплексов региональным водоупором являются плотные метаморфические породы архея (рис. 4).

В пределах выделенных комплексов и горизонтов созданы площадные слои минерализации и химического состава подземных вод, перспектив использования (см. рис. 3, 4), типов фильтрации, показанных на рисунках 2 и 5. Для зоны свободного водообмена дается характеристика коэффициентов таликовости в различных морфогенетических типах рельефа (см. рис. 5).

«Линейные и точечные рабочие слои» включают следующие темы слоев: скважины криогенно-таликового локально-водоносного горизонта зоны свободного водообмена; скважины субкриогенного водоносного комплекса зоны затрудненного водообмена; скважины, не вскрывшие субкриогенный водоносный комплекс ниже подошвы многолетнемерзлых пород; участки естественных во-допроявлений; обводнённые тектонические разломы; пресные родники с дебитом более 10 л/с и источники соленых и рассольных вод; сквозные подрусловые и подозёрные талики; межмерзлотные водоносные горизонты; наледи, полыньи и участки развития тукуланов.

ад

.. .. I

. >>.  £ . 1 -"Ч . - ...  " . . .

Л*-

Рис. 2. Тематический слой карты «гидрогеологическое районирование».

I;

II

ЕЕС

IЕч I  I-г «

111 ипа овш в

(ЕОЙЗЯ

Рис. 3. Тематический слой «первый гидрогеологический этаж локально водоносных криогенно-таликовых горизонт ов зоны свободного водообмена».

Основными элементами легенды являются: условные обозначения, колонки гидрогеологических скважин сводные гидрогеологические колонки, гидрогеологический разрез, экспликационная таблица к схеме районирования гидрогеологических структур, схема гидрогеологической стратификации, схема административного деления.

Созданные темы слоев по мере необходимости могут быть присоединены к какому-либо одному слою. Например, «Гидрогеологическая карта I водоносного этажа» создается путем последовательного присоединения к слою «локально-водоносные криоген-но-таликовые горизонты» необходимых тем: скважин, минерализации, химического состава локально-водоносных криогенно-таликовых горизонтов, естественных водопроявлений и геологических объектов, коэффициентов таликовости и др. Аналогично, для создания Гидрогеологической карты II водоносного этажа к слою «субкриогенные водоносные комплексы и горизонты зоны затрудненного водообмена» присоединяем темы скважин из слоя «скважины субкриогенных водоносных комплексов» и т.д. Или к слою «гидрогеологическое районирование» для создания карты районирования можно присоединить темы: изолиний мощности

многолетнемерзлых пород; скважин, не вскрывших субкриогенный водоносный комплекс; наледи и обводненные тектонические разломы и др. (см. рис. 1).

Цифровая гидрогеологическая карта не является статичным элементом. Географически привязанная информация не просто хранится в ней, но может пополняться или изменяться по мере получения новых данных. Карта доступна для статистической обработки, анализа и моделирования. Существует также возможность отслеживать по ней динамику изменения гидрогеологических условий во времени. Применение ГИС-технологии позволяет изменять масштаб карты без потери качества, разрабатывать ее макеты в различных необходимых пользователю вариантах для вывода на печать.

Цифровая гидрогеологическая карта Центральной Якутии является первым опытом создания гидрогеологической модели подземной гидросферы для территории распространения многолетнемерзлых пород. Несомненно, потребуется усовершенствование методики создания подобных карт. Тем не менее она может быть использована широким кругом специалистов, занимающихся проблемами планирования поисково-оценочных работ на подземные воды в Центральной

1лк_иЧ и. | —

±1

Рис. 4. Содержание т ематического слоя «вт орой гидрогеологический этаж субкриогенных водоносных комплексов зоны затрудненного водообмена».

х- :-----— а— и—

в сесз воз si дви а ¡ю си а

Рис. 5. Коэффициент таликовости в различных морфогенетических типах рельефа и типы фильтрации криогенно-таликовых горизонт ов зоны свободного водообмена.

Якутии, мониторинга, охраны водных ресурсов, решением вопросов, связанных с последствием негативных техногенных нагрузок на мерзлотно-гидрогеологическую среду.

Лит ерат ура

1. Торговкин Я. И, Федоров А. Н. Опыт применения ГИС-технологий в изучении мерзлотных ландшафт ов Центральной Якутии (на примере полигона Спасская Падь) // ИНТЕРКАРТО-5. ГИС для уст ойчивого развития территорий (июнь 1999): Доклады Международной конференции. Часть 4. ГИС в региональных исследованиях. - Якутск: Изд-во Якутского ун-та, 1999. -С. 68-77.

2. Куренной В. В, Голицын М. С, Тихоненков Ю. Э. и др. Создание гидрогеологических карт с применением компьютерных технологий (мет одические матери-

алы). - М.: Министерство природ-ныхресурсов РФ, 2001. -196 с.

3. Ivanova L. D., Nikitina N. M. Developing a Digital Hidrogeologikal Map of Central Yakytia (the Lena-Aldan Watershed) // Ninth International Conference on Permafrost: Extended Abstract. - Fairbanks: University of Alaska, 2008. - Vol. 1. -Р. 801-804.

4. Иванова Л. Д., Никитина Н. М. Цифровая гидрогеологическая карт а Центральной Якутии // Материалы XIX Всероссийского совещания по подземным водам востока России. - Тюмень: Тюменский дом печати. -2009. - С. 422-425.

5. Мерзлот но-гидрогеологи-ческие условия Восточной Сибири / Шепелев В. В., Толстихин О. Н., Пигузова В. М. и др. - Новосибирск: Наука, 1984. -192 с.

6. Карта мерзлотно-гидрогео-логического районирования Вост очной Сибири. М-б 1:2 500 000 / Под ред. П. И. Мельникова. - М.: ГУГК, 1984. - 4 печ. л.

7. Иванова Л. Д., Никитина Н. М.

Об ут очнении схемы мерзлотно-

гидрогеологического районирования в южной части Якут ского артезианского бассейна // Криосфера Земли. -2000. - № 2. - С. 52-56.

8. Геологическая карта Якутии. Центрально-Якут ский блок / Редакт ор В. С. Гриненко. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургская картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2000.

9. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Питьевая вода. Гигиенические т ребования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Конт роль качест ва» СанПиН 2.1.4.1074-01. (Утверждено с 1 января 2002 г.). - М.: Информационно-издательский центр Госсанэпидем-надзора России, 2001.

10. Государственный стандарт СССР ГОСТ 287482 «Вода питьевая. Гигиенические т ребования и кон-т роль за качеством». - М.: Изд-во ст андартов, 1986.

ЛФХИ& МУ&РЫХ МЫСЛЕЙ

Ученым очень важны для их деят ельности, а не т олько для удовлетворения любознат ельнос-ти, научные биографии других ученых, в кот орых раскрывались бы ист оки и условия их творчества, судьбы идей, давался бы критический анализ научного наследия, а также оценивалось значение эт ого наследия для современной науки.

Академик А. Л. Яншин

Память - эт о способность души сберегать хранящуюся в ней истину.

Платон