Суайрықтарды басқаруда геофизиканы пайдалану
Суайрықты басқару (СЖБ) – судың қолжетімділігі, қоршаған орта сапасы және қоғамдастықтың әлеуметтік-экономикалық қажеттіліктері арасындағы тепе-теңдікті сақтауға бағытталған кешенді күш-жігер. Суайрық тек негізгі өзенді ғана емес, сонымен қатар гидрологиялық, геологиялық және экологиялық процестер арқылы өзара байланысты жоғары ағыстан бастап, беткейлер арқылы төменгі ағысқа дейінгі бүкіл су жинау аймағын қамтиды. Іс жүзінде суайрықты басқару көбінесе су тасқыны, құрғақшылық, эрозия, шөгінділер, жер асты сулары деңгейінің төмендеуі, көшкіндер және ластану сияқты қиындықтарға тап болады. Бұл қиындықтарды шешу үшін геофизика өте маңызды тәсіл болып табылады, себебі ол қоршаған ортаны қазбай немесе зақымдамай жер асты жағдайларын «көре» алады. Тау жыныстары мен топырақтың физикалық қасиеттеріне негізделген өлшеу әдістерін қолдана отырып, геофизика суайрықты басқару бағдарламаларын жоспарлау, азайту және бағалау үшін қажетті деректерді беруге көмектеседі.
Суайрық жүйелерін түсінудегі геофизиканың рөлі
Суайрықтар – жауын-шашынның, инфильтрацияның, жер үсті ағынының, жер асты ағынының, литологияның, геологиялық құрылымның және жерді пайдаланудың өзара әрекеттесуімен басқарылатын күрделі жүйелер. Суайрықтың көптеген негізгі компоненттері, мысалы, желге ұшыраған топырақтың тереңдігі, аллювиалды шөгінділердің қалыңдығы, жер асты суларының орналасуы, жер асты суларының ағын жолдары және су мен ластаушы заттардың қозғалысы үшін «магистральдар» ретінде қызмет ете алатын сынықтар немесе жарықтар аймақтары жер бетінің астында орналасқан. Міне, осы жерде геофизика көмектеседі: жер асты гидрогеологиясының құрылымы мен қасиеттерін түсіндіру үшін материалдардың физикалық реакциясын өлшеу (мысалы, электрлік кедергі, сейсмикалық толқын жылдамдығы немесе электромагниттік өрістер).
Осы ақпараттың көмегімен суайрықтарды басқарушылар тек болжамдарға ғана емес, дәлелді шешімдер қабылдай алады. Мысалы, инфильтрациялық ұңғымалар, су қоймалары немесе бөгеттерге арналған тамаша орындарды дәлірек анықтауға болады; көшкінге бейім аймақтарды ертерек картаға түсіруге болады; және құрғақ маусымда өзен ағынын сақтау үшін жер үсті сулары мен жер асты сулары арасындағы байланысты түсінуге болады.
Жиі қолданылатын геофизикалық әдістер
1. Геоэлектрлік (электрлік кедергі томографиясы/ЭРТ және ВЭС)
Геоэлектрлік әдістер топырақ пен тау жыныстарының электр тогына кедергісін өлшейді. Сумен қаныққан материалдардың кедергісі әдетте құрғақ материалдарға қарағанда төмен, ал саз өткізгіштік қасиетіне байланысты төмен кедергі көрсетеді.
DAS, ERT және тік электрлік зондтау (VES) келесі мақсаттарда кеңінен қолданылады:
– Таяз және терең сулы горизонттардың тереңдігін анықтаңыз.
– Су тасқыны жазықтарындағы аллювиалды шөгінділердің қалыңдығын картаға түсіру.
– Жағалауларда, шағын бөгеттерде немесе өзен жағалауларында ағып кету аймақтарын анықтау.
– Жағалауға жақын төменгі ағыс аймақтарында тұзды судың енуін анықтаңыз (егер суайрық теңізге құйылса).
– Бұрғыланған ұңғымалар мен инфильтрациялық ұңғымалардың ықтимал орындарын анықтаңыз.
Геоэлектроэнергияның негізгі артықшылықтары - оның салыстырмалы түрде жылдам болуы, басқа әдістерге қарағанда арзан болуы және су құрамының өзгеруіне өте сезімтал болуы.
2. Сейсмикалық (сыну және MASW)
Сейсмикалық әдістер толқынның таралу жылдамдығына негізделген жер асты қабатын картаға түсіру үшін серпімді толқындарды пайдаланады. Сейсмикалық сыну және беттік толқындардың көп арналы талдауы (MASW) топырақтың қаттылығын, негізгі жыныстардың тереңдігін және үгілу қабатының қалыңдығын бағалау үшін әсіресе пайдалы.
Суайрықтарды басқаруда сейсмикалық зерттеулер көмектеседі:
– Әлсіз қабаттарды (мысалы, желденген сазды) және ықтимал сырғанау аймақтарын анықтау арқылы көшкінге бейім аймақтарды картаға түсіру.
– Тік беткейлері бар жоғарғы ағыс суайрығында беткейлерді тұрақтандыруды жоспарлау.
– Су тасқынына қарсы инфрақұрылым, мысалы, бөгеттер немесе бөгеттер үшін қауіпсіз орындарды анықтаңыз.
– Жартас эрозиясы мен беткейлердің тұрақтылығына байланысты геотехникалық сипаттамаларды бағалау.
Бұл әдіс әсіресе көшкіндер мен өзендерге шөгінділердің көп түсуіне жиі ұшырайтын таулы суайрықтарда өзекті.
3. Жерге тесіп өтетін радар (ЖТР)
GPR таяз құрылымдарды жоғары ажыратымдылықта картаға түсіру үшін жоғары жиілікті электромагниттік толқындарды пайдаланады. Оның енуі белгілі бір тереңдікпен шектелгенімен (топырақ түрі мен су құрамына байланысты), GPR егжей-тегжейлі зерттеулер үшін өте пайдалы.
Су бассейндерінде GPR қолдану мыналарды қамтиды:
– Өзен жағалауларындағы таяз шөгінді қабаттарын анықтау.
– Жағалаулардағы және су тасқынына қарсы құрылыстардағы қуыстарды немесе құбырларды анықтаңыз.
– Су ағынына әсер ететін шағын жер асты арналарын (палеоканалдарын) картаға түсіру.
– Бөлшектемей, бөгеттердің немесе шағын бөгеттердің жағдайын бағалаңыз.
GPR егжей-тегжейлі ақпаратты қажет ететін жабық аумақтарда жедел зерттеулер жүргізу үшін жарамды.
4. Электромагниттік (ЭМ) және магниттік
Электромагниттік әдістер (мысалы, электромагниттік индукция) жер асты өткізгіштігін, әсіресе аймақтық зерттеулер үшін тез картаға түсіре алады. Сонымен қатар, магниттік әдістер жер асты суларының ағын жүйелеріне әсер ететін негізгі жыныстардағы немесе геологиялық құрылымдардағы өзгерістерді анықтауға көмектеседі.
Суайрықтарды басқаруда ЭМ көбінесе келесі мақсаттарда қолданылады:
– Тұздылық пен ластанудың таралуын картаға түсіру (өйткені өткізгіш сұйықтықтар өткізгіштікті арттырады).
– Ландшафт масштабында топырақ суының құрамының өзгеруін бағалаңыз.
– Жерді қорғауды жоспарлау үшін литологиялық шекараларды тез анықтау.
5. Гравиметрия (шектеулі, бірақ өзекті)
Гравиметрия жер асты тығыздығының айырмашылығымен байланысты гравитациялық үдеудің ауытқуларын өлшейді. Шағын суайрықтар үшін әрқашан бірінші таңдау болмаса да, гравиметрия үлкен жер асты су бассейндерін зерттеуде немесе үлкен аллювиалды аңғарлардағы түпкі жыныстардың ерекшеліктерін бағалауда маңызды болуы мүмкін.
Геофизиканың негізгі суайрық мәселелеріне қосқан үлесі
Су тасқынын азайту және ағынды бақылау
Су тасқынына тек қатты жауын-шашын ғана емес, сонымен қатар инфильтрация сыйымдылығы, топырақ жағдайлары және жер асты ағындарының байланысы да әсер етеді. Геофизика қаныққан топырақ аймақтарын, өткізбейтін қабаттарды (мысалы, қалың сазды) және басым ағын жолдарын картаға түсіруге көмектеседі. Бұл ақпарат мыналарға ықпал етеді:
– Тұтқалы тоғандар мен инфильтрациялық құдықтардың орналасуын анықтау.
– Ағынды суларды ұстап тұруда ең тиімді аумақтардағы жерлерді қалпына келтіруді оңтайландыру.
– Өзен жағалауларындағы ағып кетулерді немесе сүзілу жолдарын бағалау.
Жер асты суларын қорғау және құрғақшылыққа төзімділік
Құрғақ маусымда өзен арнасының ағынды сулары көбінесе жер асты суларының үлесіне байланысты. Геоэлектрлік және электромагниттік энергияны пайдалана отырып, сулы аймақтар мен жер асты суларының ағын бағыттарын келесідей картаға түсіруге болады:
– Өндіру немесе бақылау ұңғымаларын дәл орналастыруға болады.
– Қайта зарядтау аймақтарын жерді шамадан тыс түрлендіруден қорғауға болады.
– Жер асты суларын пайдаланудағы қақтығыстарды мөлдір деректерді пайдалану арқылы азайтуға болады.
Эрозияны, шөгінділерді және көшкіндерді бақылау
Суайрықтардың жоғарғы ағысындағы эрозия мен көшкіндер өзен шөгінділерінің жиналуын, арналардың таяздануын және төменгі ағыстағы су тасқынын күшейтеді. Сейсмикалық және геоэлектрлік әдістер желденген топырақтың қалыңдығын, әлсіз аймақтарды және көшкіндерді тудыратын қанығу деңгейлерін анықтай алады. Осалдықтың егжей-тегжейлі карталарымен ормандарды қалпына келтіру, террассалар, беткейлерді дренаждау немесе жағалауды нығайту сияқты әрекеттерге ең қауіпті жерлерде басымдық беруге болады.
Қоршаған ортаның ластануы және сапасын бақылау
Тұрмыстық, ауылшаруашылық және өнеркәсіптік қалдықтардың ластануы жер асты суларына сіңіп, содан кейін өзендерге қайта оралуы мүмкін. Геоэлектрлік және электромагниттік әдістер ластаушы түтіндермен байланысты өткізгіштік ауытқуларын анықтай алады. Химиялық талдаудың орнын баса алмаса да, геофизика мыналар үшін өте пайдалы:
– Ластанудың бастапқы таралу бағытын және көлемін анықтау.
– Жер асты суларының сынамаларын алудың ең өкілдік нүктелерін таңдау.
– Санитарлық жүйелерді қалпына келтіру немесе жөндеу тиімділігін бақылау.
Геофизиканы басқа деректермен интеграциялау
Геофизикалық нәтижелер суайрық саясатына нақты әсер етуі үшін геофизикалық деректерді келесілермен біріктіру қажет:
– Гидрологиялық деректер (жауын-шашын, ағынды сулар, су деңгейі).
– Геологиялық және геоморфологиялық деректер (литология, құрылым, беткей карталары).
– Қашықтықтан зондтау (жер жамылғысы, топырақ ылғалдылығы, өсімдіктердің өзгеруі).
– Кеңістіктік талдау және модельдеуге арналған географиялық ақпараттық жүйелер (ГАЖ).
Бұл интеграция суайрық гидрогеологиялық тұжырымдамаларының сенімді модельдерін, сценарийге негізделген жоспарлауды және араласу басымдықтарын сандық картаға түсіруді жасауға мүмкіндік береді.
Іске асырудағы қиындықтар мен мүмкіндіктер
Суайрықтарда геофизиканы қолдану бірнеше қиындықтар туғызады: деректерді түсіндіру үшін біліктілік қажет, нәтижелер жанама (бұрғылау деректерімен немесе үлгілермен калибрлеу қажет) және тік немесе өсімдіктер көп жерлерде далалық қолжетімділік шектеулі. Дегенмен, мүмкіндіктер де айтарлықтай. Портативті құралдардың дамуы, инверсия әдістерінің жақсаруы және дрондармен және қашықтықтан зондтаумен интеграция суайрықтарды картаға түсіруді жылдамырақ және дәлірек етуге жол ашуда.
Қорытынды
Геофизика суайрықтарды басқарудағы стратегиялық құрал болып табылады, себебі ол дәстүрлі әдістерді қолдану арқылы алу қиын жер асты жағдайлары туралы түсінік бере алады. Геоэлектрлік, сейсмикалық, ЖПР, электромагниттік және (белгілі бір жағдайларда) гравиметрия сияқты әдістерді қолдана отырып, суайрықтарды басқарушылар су тасқынының алдын алу, жер асты суларын қорғау, көшкін мен шөгінділерді бақылау және ластануды бақылау дәлдігін жақсарта алады. Табысқа жетудің кілті геофизиканы гидрологиялық, геологиялық және ГИС деректерімен біріктіруде, суайрықтарды басқару шешімдерін тиімдірек, бейімделгіш және тұрақты етуде жатыр.
