Нами зроблена спроба розробити методику довгострокового прогнозу хімічного складу підземних вод водоносного горизонту в умовах його експлуатації.
Довгострокові (на один рік і більше) прогнози хімічного складу підземних вод складені на основі вивчення закономірностей його коливань у минулому, що в загальному виді відбиває вплив на нього основних режимоутворюючих чинників. В зв’язку з цим представляється доцільним відшукати в рядах таких коливань закономірні складові, котрі можна прогнозувати.
Для прогнозу хімічного складу підземних вод пропонується стохастична модель гідрохімічного процесу, котра може бути подана сумою кількох гармонійних складових, ускладнених випадковим компонентом.
(1)
де: Х(t) -ряд показників, що характеризують якість води, (мінералізація, хімічні елементи) за період спостереження Т на моменти часу t; A0 – відповідне середнє значення цього показника за період Т; К – число виділених періодичних складових; An, Tn – амплітуда і періоди складових; – початкові фази гармонік (кутова величина, що характеризує їх значення на початку спостережень); b(t) – випадковий компонент.
Ця модель реалізована на ПК IBM PC Pentium. Інформація дається у виді дискретних даних гідрохімічних спостережень, наприклад, добові, середньомісячні чи середньорічні величини мінералізації чи будь-якого іншого показника хімічного складу води.
Ефективність запропонованої методики визначається величиною співвідношення S/, де S – стандартна помилка перевірочних прогнозів, - стандартна помилка ряду спостережень.
(2)(3)
де: Xt – фактичне значення показника, який характеризує якість води; Xt1 – відповідне розрахункове значення цього показника; Х – середнє арифметичне ряду спостережень; n – число спостережень.
Методика прогнозу вважається задовільної якщо S/=0,4-0,8, доброю якщо S/< 0,4.
Ця методика випробувана за даними зміни мінералізації та загальної жорсткості на Щуровському водозаборі (св. №13) і Маякському водозаборі (св. №9). Використовувалися дані гідрохімічного режиму цих свердловин з 1955 по 1990 р.
Рис. 4.Прогноз зміни мінералізації (св. №13).
Аналізуючи графік (рис. 4) дійдемо висновку, що на протязі прогнозованого року мінералізація підземних вод в свердловині №13 буде продовжувати рости, а потім незначно знизиться, залишаючись вище
1000 мг/дм3. Величина співвідношення S/дорівнює приблизно 0,38, а це свідчить про те, що прогноз добрий.
Приблизно такі ж результати отримані і для свердловини №9.
Аналізуючи графік (рис. 5) дійдемо висновку, що на протязі прогнозованого року значення жорсткості підземних вод в свердловині №13 буде коливатися, а потім незначно знизиться, залишаючись біля позначки 14 мг-екв/дм3. Величина співвідношення S/дорівнює приблизно 0,4, а це також свідчить про те, що прогноз добрий.
Рис. 5. Прогноз зміни жорсткості (св. №13).
Таким чином, якщо вихідний ряд коливань мінералізації та жорсткості розкладається на періодичні складові цілком чи з невеликим по амплітуді залишком, то прогноз не викликає значних труднощів. Якщо ж після виді-лення складових залишається випадковий компонент із значною амплі-тудою, то можна скласти прогноз про загальну спрямованість процесу.
Запропонована методика може застосовуватися також для прогнозу будь-якого показника хімічного складу підземних вод.
ВИСНОВКИ
Основні результати досліджень можна сформулювати так:
1. В роботі детально досліджені основні фактори формування підземних вод мергельно-крейдяного водоносного горизонту: фізико-географічні, геологічні, гідрогеологічні, фізико-хімічні. Цей водоносний горизонт розглядається як відкрита гідродинамічна система, яка знаходиться в тісному зв‘язку з алювіальним водоносним горизонтом і поверхневими водами р. Сів. Донець, озер та стариць.
2. На прикладі мергельно-крейдяного водоносного горизонту встанов-лено регіональні закономірності формування родовищ підземних вод При-донців‘я. В природних умовах, в різні сезони року, підземні води цього горизонту формуються за рахунок фільтрації атмосферних опадів на терасах та заплавах, частково за рахунок перетоків води із суміжних горизонтів і перетоків із ріки і озер. А в умовах експлуатації великих водозаборів - за рахунок перетоків води із алювіального горизонту та із ріки і озер.
3. Розроблено методику виявлення гідрогеологічних вікон за даними багатомірної статистичної обробки хімічного складу підземних вод суміжних водоносних горизонтів. Вперше за гідрохімічними даними виявлені гідрогеологічні вікна в покрівлі мергельно-крейдяного водоносного горизонту.
4. За гідрохімічними даними вперше визначені складові балансу водовідбору II Донецького водозабору в умовах його експлуатації . Для цього запропоновано методику, яка базується на використані кластерного аналізу хімічного складу підземних вод. Виконано районування мергельно-крейдяного водоносного горизонту в долині р. Сів. Донець за головними складовими балансу водовідбору. Визначені місця буріння нових водо-забірних свердловин для збільшення видобутку прісних підземних вод.
5. Розроблено і випробувано методику прогнозу основних ком-понентів хімічного складу підземних вод. Для прогнозу хімічного складу підземних вод пропонується стохастична модель гідрохімічного процесу.
Список опублікованих праць за темою дисертації
1. Решетов И.К., Чомко Д.Ф. Миграция химических элементов в процессе эксплуатации водозаборов Придонцовья. // Тезисы докладов международного симпозиума по прикладной геохимии стран СНГ. -Москва. -ИМГРЭ. -1997. -с.184.
2. Решетов И.К., Чомко Ф.В., Чомко Д.Ф. Формирование химического состава подземных вод и условия загрязнения водоносного горизонта при эксплуатации водозабора. // Тезисы докладов международного симпозиума по прикладной геохимии стран СНГ. -Москва. -ИМГРЭ -1997 -с.184-185.
3. Решетов И.К., Чомко Ф.В., Чомко Д.Ф. Определение условий питания и загрязнения водоносного горизонта по изменению химического состава подземных вод при эксплуатации водозабора. // Тезисы докладов международной конференции “Экологическая геология и рациональное недропользование. Становление научного направления и образования”. -Санкт-Петербург -1997 -с.152-153.
4. Абрамов И.Б., Чомко Ф.В., Чомко Д.Ф. Влияние техногенно преобразованных атмосферных осадков на изменение генетической природы лессовых грунтов. // Вісник Харківського університету,
с. Геологія-Географія-Екологія, №402. -1998. -с.75-77.
5. Решетов И.К., Чомко Д.Ф., Чомко Р.Ф. Долгосрочный прогноз качества подземных вод мело-мергельного водоносного горизонта в процессе его эксплуатации. // Вісник Харківського університету,
с. Геологія-Географія-Екологія , № 402. -1998. -с.68-71.
6. Чомко Д.Ф. Методика определения основных источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод по гидрохимическим данным. // Вісник Харківського університету, с. Геологія-Географія-Екологія, № 455. -1999. -с.75-82.
7. Решетов И.К., Чомко Ф.В., Чомко Д.Ф. Оценка структуры эксплуатационных запасов подземных вод действующих водозаборов по гидрохимическим критериям. //Материалы юбилейной научной конфе-ренции кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Воро-нежского госуниверситета. -Воронеж. -Изд-во ВГУ. -1999. -с. 49-56.
8. Абрамов И.Б., Чомко Ф.В., Немец К.А., Чомко Д.Ф. Влияние золо-отвалов на работу водозаборов и прилегающую территорию. // Науково-технічний журнал. -Вісник Українського будинку економічних та науково-технічних знань. -Киев.-Товариство “Знання” України. 1999. -с.35-37.
9. Решетов И.К., Чомко Д.Ф., Чомко Р.Ф., Чомко Ф.В. Прогноз качества подземных вод при длительной эксплуатации водозаборов. // VIII международная научно-техническая конференция: “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” -Щелкино. -АР Крым. -12-16 июня 2000г. -с. 520-524.
10. Решетов И.К., Чомко Д.Ф., Чомко Р.Ф., Чомко Ф.В.Определение гидрогеологических окон по гидрохимическим критериям. // Тезисы докладов международной конференции “Экологическая геология и рациональное недропользование”. -Санкт-Петербург. -2000. -с. 330-331.
11. Журавель Н.Е., Клочко П.В., Чомко Д.Ф. Оптимизация мониторинга природных вод. // Тезисы докладов международной конференции “Экологическая геология и рациональное недропользование.” -Санкт-Петербург. -2000. -с. 177-178.
12. Решетов И.К., Чомко Д.Ф., Чомко Р.Ф. Современные аспекты охраны подземных вод мергельно-мелового водоносного горизонта в бассейне р.Сев.Донец. Тезисы докладов научно-практической конференции “Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи”. Харьков, 2000,с. 62-63.
13. Чомко Д.Ф. Визначення гідрогеологічних вікон за гідрохімічними критеріями. // Геологічний журнал. Київ. 2000, №4, с. 93-97.
14. Клочко П.В., Журавель М.Ю., Чомко Д.Ф. Особливості забруднен-ня природних вод в районах нафтовидобутку у Прикарпатті. /Державний міжвідомчий науково-технічний збірник “Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ”, Івано-Франківськ, Вип. 37, т. 1, 2000, с. 30-33.
АНОТАЦІЯ
Чомко Д.Ф. Закономірності формування підземних вод на ділянках водозаборів Придонців‘я. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.06 - гідрогеологія. - Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, Київ, 2001.
Дисертаційну роботу присвячено вирішенню актуальної задачі - дослідженню закономірностей формування прісних питних вод в мер-гельно-крейдяному водоносному горизонті в умовах його експлуатації.
Об‘єктом досліджень являється мергельно-крейдяний водоносний горизонт середньої течії р. Сів. Донець.
Мета роботи заключається в виявленні гідрогеологічних вікон в покрівлі мергельно-крейдяного водоносного горизонту та розробці балансової моделі водовідбору, методики прогнозування хімічного складу підземних вод.
Основними видами досліджень є: гідрохімічні дослідження, багатовимірна матстатистика, моделювання на IBM PC Pentium.
В дисертації досліджені закономірності формування прісних питних вод в мергельно-крейдяному водоносному горизонті. Розроблена методика вияву гідрогеологічних вікон за гідрохімічними даними, балансова модель водовідбору, методика прогнозу показників хімічного складу водоносного горизонту, зроблено районування долини р. Сів. Донець за головними джерелами балансу водовідбору.
Ключові слова: мергельно-крейдяний водоносний горизонт, гідрогеологічні вікна, водозабір, водовідбір, баланс, експлуатаційні запаси, хімічний склад, стохастична модель, прогноз, районування.
АННОТАЦИЯ
Чомко Д.Ф. Закономерности формирования подземных вод на участках водозаборов Придонцовья). – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.06 – гидрогеология. Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Киев, 2001.
Диссертационная работа посвящена решению актуальной задачи - закономерностям формирования пресных питьевых вод в мергельно-меловом водоносном горизонте в условиях его эксплуатации.
Объектом исследования является мергельно-меловой водоносный горизонт бассейна среднего течения р. Сев. Донец.
Цель работы заключается в определении гидрогеологических окон в кровле мергельно-мелового водоносного горизонта, разработке балансовой модели водоотбора, методики прогнозирования химического состава подземных вод в условиях их эксплуатации.
Основные виды исследований - гидрохимические исследования, многомерная матстатистика, моделирование на IBM PC Pentium.
В диссертационной роботе детально исследованы основные факторы формирования подземных вод мергельно-мелового водоносного горизонта в бассейне среднего течения р. Северский Донец: физико-географические, геологические, гидрогеологические, физико-химические. Этот водоносный горизонт рассматривается как открытая гидродинамическая система, находящаяся в тесной гидравлической связи с аллювиальным водоносным горизонтом и поверхностными водами
р. Сев. Донец, озер и стариц.
На примере мергельно-мелового водоносного горизонта выявлены региональные закономерности формирования месторождений подземных вод Придонцовья в природных условиях и в условиях их эксплуатации.
Исследованы закономерности формирования эксплуатационных запасов подземных вод. По гидрохимическим данным разработано балансовую модель эксплуатационных запасов подземных вод II Донецкого водозабора в условиях его эксплуатации (атмосферное питание, фильтрация из реки, озер, стариц, притоки за счет емкостных ресурсов в разных соотношениях).
Разработано методику определения гидрогеологических окон по данным многомерной статистической обработки химического состава подземных вод смежных водоносных горизонтов. Для этого предложено методику, которая базируется на использовании кластерного анализа химического состава подземных вод. Кластерный анализ выполняется с использованием агломеративной иерархической процедуры с построением дендрограммы – одномерного графа, отображающего взаимные связи между объектами. Суть агломеративной иерархической процедуры состоит в вычислении функции расстояния между всеми парами объектов (химические составы подземных и поверхностных вод) и объединение на каждом шаге той пары объектов, для которых достигается минимум функции евклидового расстояния в n-мерном пространстве, то есть объединение различных вод близких по химическому составу. Впервые по гидрохимическим данным определены гидрогеологические окна в кровле мергельно-мелового водоносного горизонта. Предлагается выделить их как зоны 2-го пояса санитарной охраны с ограничением любой хозяйственной деятельности.
По гидрохимическим данным определены основные составляющие баланса водоотбора II Донецкого водозабора. Показано, что питание водо-заборных скважин происходит за счет пластовых вод мергельно-мелового водоносного горизонта, перетоков из аллювиального водоносного горизонта и притоков воды из реки и озер в разных соотношениях.
Проведено районирование мергельно-мелового водоносного горизонта в долине р. Сев. Донец по главным составляющим баланса водоотбора. Границы выделенных зон примерно совпадают с границами поймы и надпойменных террас.
Исследованы закономерности изменения химического состава подземных вод в условиях эксплуатации водозаборов, рассмотрены основные факторы и источники загрязнения. Разработана методика прогноза основных компонентов химического состава подземных вод (общая минерализация, общая жесткость, сульфаты, железо, кальций). Долгосрочный прогноз химического состава подземных вод составлены на основании закономерностей его колебания в прошлом, что в общем виде отображает влияние на него основных режимообразующих факторов. В связи с этим представляется целесообразным отыскать в рядах таких колебаний закономерные составляющие, которые можно прогнозировать. Для прогноза химического состава подземных вод предлагается стохастическая модель гидрохимического процесса.
Разработанные методики и результаты исследований использованы при выполнении научно-исследовательских тем (Гос. регистр. №0194U012797 и №0197U002453), посвященных режиму и прогнозу химического состава подземных вод мергельно-мелового водоносного горизонта.
Перечисленные результаты исследований полностью отвечают цели диссертационной роботы.
Ключевые слова: мергельно-меловой водоносный горизонт, водозабор, водоотбор, баланс, эксплуатационные запасы, химический состав, стохастическая модель, прогноз, районирование, гидрогеологические окна.
SUMMARY
D. F. Chomko Formation of groundwater in the process of its exploitation of Pridontsovie’s water intakes. – Manuscript.
The dissertation for academic degree of Technical silences on speciality 04.00.06 – hydrogeology. – Kiev National Taras Shevchenko University, Kiev, 2001.
Dissertation is devoted to the problems of fresh drinking water’s formation in the marly-chalk aquifer water bearing layer. The balance model of water selection, the methods of discovery of hydrogeologycal windows according to the hydrochemical facts, the forecast of the chemical aquifer composition are worked out. The valley of the Siversky Dinets river is divided into districts according to the main sources of water selection balance.
The investigation’s object is the basin of the Siversky Dinets river’s medium stream.
The aim of the work is to elaborate the balance model of water selection, the forecast’s methods of the roofing of water horizon.
The main kinds of investigations are hydrochemical ones, the multimeasured mathematical statistics, the model by IBM PC Pentium.
Key words: marly-chalk aquifer, water bearing layer, water intake, water selection, balance, operating reserves, forecast, division into districts, hydrogeologycal windows.
Відповід. за випуск: Дробноход М.І.
Підп. до друку 22.02.2001 р. Формат 60х90 1/16 Зам. .№2512
Обсяг: ум.вид.арк. 0,7 ум.друк.арк. 1,1. Тираж 100 прим.
61077, Харків, пл. Свободи, 4,
Харківський національний університет, видавничий центр
______________________________________________________
| 
