Содержание
Введение
1. Формирование исходной модели
1.1 Стратиграфия и литология изучаемой территории
1.2 Гидрогеологические условия
1.3 Техногенные условия
2. Формирование информационной модели
3. Тестирование модели
Заключение
Список литературы
Введение
Целью данной работы является проведение диагностирования и составления прогноза состояния природно-технической гидрогеологической системы подольско-мячковского горизонта по содержанию хлора в его водах.
Основными задачами являются: анализ территории по набору гидрогеологических, геологических и техногенных условий состояния изучаемой территории; выяснение влияния имеющихся условий на загрязнение подольско-мячковского горизонта хлором; формирование информационно-диагностической модели; тестирование сформированной модели для прогноза состояния подольско-мячковского горизонта.
1. Формирование исходной модели
1.1 Стратиграфия и литология изучаемой территории
Исследуемая территория расположена в восточной части Московской области. Стратиграфия и литология изучается на основе гидрогеологического разреза. В геологическом строении данного района представлены следующие стратиграфические единицы: отложения среднего и верхнего карбона, средней юры, нижнего мела и четвертичные отложения.
Средний отдел карбона представлен глинистыми известняками подольско-мячковского горизонта и глинами. Мощность известняков по разрезу изменяется от 34 до 39 м., а глин >2 м. Верхний отдел карбона представлен известняками касимовского водоносного горизонта и пестроцветными глинами. Мощность касимовского горизонта около 50 м. Мощность глинистых отложений составляет 8-12 м.
Средний отдел юры на изучаемой территории представлен келловейским ярусом, который сложен черными глинами мощностью на западе 15 м., на востоке 9 м.
Нижний мел на данной территории представлен аптским ярусом, сложенным песками мощностью 11м. Пески обводнены.
Отложения четвертичной системы имеют широкое распространение и представлены пролювиальными, флювиогляциальными и ледниковыми осадками. Среднечетвертичные ледниковые отложения представлены: моренными суглинками мощностью на западе 21 м., на востоке 11 м., флювиогляциальными песками и супесью. Пролювиальные отложения представлены суглинками мощностью от 2 до 5 м.
1.2 Гидрогеологические условия
На изучаемой территории развито два водоносных комплекса: касимовский и подольско-мячковский.
Водовмещающими породами касимовского горизонта являются известняки с прослоями глинистых известняков мощностью 48-49 м. Водоносный горизонт напорный, верхним водоупором служат юрские черные глины, а нижним пестроцветные глины. Пьезометрический уровень расположен на глубине в западной части разреза 42 м, в восточной — 31 м.
Водовмещающими породами подольско-мячковского горизонта также являются известняки мощностью 34-39 м. Водоупор представлен глинами. Пьезометрический уровень этого горизонта расположен на глубине 45 м, то есть ниже уровня касимовского горизонта.
Пьезометрический уровень подольско-мячковского горизонта расположен ниже уровня касимовского горизонта. Таким образом, возможен переток воды через водоупор из касимовского горизонта в подольско-мячковский, а следовательно, подольско-мячковский водоносный горизонт может быть подвержен загрязнению. Используя данные по скважинам был построен геолого-гидрогеологический разрез по линии 1-13.
В качестве исследуемых показателей были приняты следующие: защищенность подольско-мячковского горизонта; суммарная защищенность подольско-мячковского горизонта; положение пьезометрического уровня касимовского водоносного горизонта; положение пьезометрического уровня подольско-мячковского водоносного горизонта; вертикальный градиент, определяющий направление и интенсивность перетекания между касимовским и подольско-мячковским водоносными горизонтами; водопроводимость подольско-мячковского водоносного горизонта; функциональный тип территории; уровень концентрации хлоридов в подземных водах подольско-мячковского водоносного горизонта; По первым четырем показателям были построены карты на основе данных по скважинам. Также были построены карты водопроводимости, типа территории и концентрации хлоридов в воде.
1.3 Техногенные условия
Анализ рисунков 6, 7 и 8 показал, что для территорий с/х назначения загрязнение хлоридами подольско-мячковского горизонта наибольшее и превышает 3 ПДК, но есть небольшая территория на северо-западе района, где содержание хлоридов
Территория индустриального назначения характеризуется содержанием хлоридов
Селитебным районам соответствует содержание хлоридов в подольско-мячковском горизонте
Таким образом, можно сделать вывод, что максимальное загрязнение хлоридами водоносного горизонта происходит в основном в области распространения с/х угодий.
Для формирования информационной модели имеющиеся карты значений показателей разбили на 96 блоков, размер каждого составил 1x1 км, и вычислили средние значения этих показателей по блоку.
Вертикальный градиент вычислялся как разность уровней касимовского и подольско-мячковского водоносных горизонтов, отнесенная к мощности кривякинского водоупора: Подсчитанные средние значения показателей представлены в таблице 1. Таблица 1. Средние значения показателей по блокам № блока
Суммарная защищенность
Защищенность
Уровень />
Уровень />
Вертикальный градиент />
1
25,6
33
38,3
-5,3
2
24,5
3,9
34,1
32,4
0,435897
3
28,9
7,5
32,8
31,9
0,12
4
32,5
11,4
32,1
33,2
-0,09649
5
33,7
14,8
31,1
34,2
-0,20946
6
33,1
17,0--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
2
3
1
2
3
83
2
3
2
2
3
2
3
2
84
2
3
2
1
3
2
3
1
85
1
1
2
2
2
3
2
2
86
1
1
2
2
2
2
1
2
87
1
1
2
2
2
2
1
1
88
1
1
2
2
3
3
2
1
89
1
1
2
2
2
2
3
3
90
1
2
2
2
3
1
3
3
91
1
2
2
3
2
3
1
1
92
2
2
2
3
3
3
2
1
93
2
3
2
3
3
1
1
2
94
1
3
2
2
3
1
2
2
95
2
3
2
1
3
2
3
3
96
2
3
2
1
3
2
3
1
Число значений каждого из показателей, попавших в тот или иной ранг, приведены в таблице 4. продолжение
--PAGE_BREAK--
Таблица 4. Число значений попавших в ранги № п/п
Показатели
Число значений показателей входящих в ранг
1
2
3
1
Защищенность
27
49
20
2
Суммарная защищенность
22
30
14
3
Уровень />
35
49
12
4
Уровень />
19
40
37
5
Вертикальный градиент
20
39
37
6
Водопроводимость
16
40
40
7
Тип территории
19
42
35
8
Содержание хлоридов в />
39
36
21
Аналогичные формулы для: сложных двоичных признаков: сложных троичных признаков. В нашем случае в качестве функции отклика является содержание хлоридов в водоносном горизонте. Таким образом, имея ввиду наличие 3-х рангов по хлору полная информативность равняется: начения логарифмов приведены в приложении 1. Узнав значения логарифмов получаем полную информативность: />бит.
В дальнейшем при расчете взаимной информативности признаков 145,9 бит будут приняты за 100% информативности, по отношению к которой и будет выясняться наибольшая информативность признаков.
Производим расчет информативности простых признаков.
Суммарная защищенность.
Cl />
1
2
3
1
22
20
10
/>
2
14
12
4
/>
3
3
6
5
/>
/>
39
38
19
145,9-143=2,9 бит
В дальнейшем при расчете информативности в скобочках сразу будут приведены значения />.
2. Защищенность.
Cl />
1
2
3
1
11
12
4
27=39,31
2
22
17
10
49=74,3
3
6
9
5
20=30,8
/>
39
38
19
145,9-144,41=1,5 бит
Уровень касимовского горизонта
Cl /> продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
11
8
16
35=53,5
/>
39
38
19
145,9-124,1=21,8 бит
Все произведенные выше расчеты информативности простых признаков приведены в таблице 5.
Таблица 5. Информативность простых признаков Показатели
Информативность
бит
%
Суммарная защищенность
2,9
1,9
Защищенность
1,5
1,0
Уровень касимовского горизонта
4,8
3,3
Уровень подольско-мячковского горизонта
0,1
0,06
Вертикальный градиент
2,4
1,6
Водопроводимость
32
21,9
Тип территории
21,8
14,9
Уровень концентрации хлоридов
145,9
100
Анализируя полученные результаты можно сказать, что половина признаков оказались практически не информативными, и ни один из признаков не показал минимальной информативности в 30% для дальнейшего их использования для диагностики и прогнозирования экологического состояния ПТГГС.
В сложившейся ситуации необходимо сформировать сложные двоичные и троичные признаки, чтобы повысить информативность имеющихся признаков с помощью способа перебора. Для этого выбираем 4 наиболее информативных признака таких как: суммарная защищенность; уровень касимовского горизонта; водопроводимость; тип территории (/>).
Нам необходимо выбрать 3 наиболее информативных двоичных признака и 1 троичный.
Вначале сформируем двоичные признаки и выберем наиболее информативные из них.
Здесь и в дальнейшем будут указаны в отдельном столбце сразу значения относительной информативности.
1. Суммарная защищенность и уровень касимовского горизонта (/>).
Cl />
1
2
3
Сумма
Относительная информативность />
12
11
15
5
31
45,3
21
6
6
2
14
20,3
22
6
5
2
13
18,9
32
2
3
-
5
4,9
33
-
2
4
6
5,5
11
8
5
5
18
27,8
31
1
1
1
3
3,75
13
3
-
-
3
23
2
1
-
3
2,8
сумма
96
130,25
145,9-130,25=15,7 бит
Суммарная защищенность и водопроводимость (/>). продолжение
--PAGE_BREAK--
Cl />
1
2
3
Сумма
Относительная информативность />
13
17
10
-
27
25,7
23
7
3
-
10
8,8
22
5
8
3
16
23,6
33
3
1
-
4
3,2
32
-
5
1
6
3,7
31
1
-
4
5
3,6
12
6
5
5
16
25,3
11
-
5
5
10
10
21
-
1
1
2
2
сумма
96
105,9
145,9-105,9=40 бит
Суммарная защищенность и тип территории (/>)
Cl />
1
2
3
Сумма
Относительная информативность />
13
7
2
8
17
24,2
22
8
6
1
15
18,8
23
5
5
3
13
20,1
31
2
-
-
2
32
1
5
-
6
3,8
33
-
1
5
6
3,9
12
6
12
2
20
25,9
21
1
1
-
2
2
11
9
6 продолжение
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
/>
/>
/>
2
126
/>
/>
/>
3
127
/>
/>
/>
1
128
/>
/>
/>
2
129
/>
/>
/>
1
130
/>
/>
/>
3
131
/>
/>
/>
2
132
/>
/>
/>
3
Как уже было сказано выше, данный прогноз является некорректным и не представляет никакой ценности.
Заключение
В процессе проведения данной работы нами были оценены гидрогеологические, геологические и техногенные условия изучаемой территории, выяснено влияния имеющихся условий на загрязнение подольско-мячковского горизонта хлором, была сформирована информационно-диагностическая модель, подвергавшаяся тестированию. Выяснилось, что имеющаяся модель не эффективна, потому как имеет большую ошибку />. В таком случае необходимо повышать эффективность модели, теми или иными способами.
На мой взгляд, есть несколько способов повышения эффективности модели, а именно: — замена показателей, не полностью связанных с функцией отклика и не сильно влияющих на ее изменение. В нашем случае, такими признаками, на мой взгляд, являются защищенность и вертикальный градиент, т.к. он имеет важную роль в местах перетекания, а таких мест на карте не много, поэтому его роль незначительна; — введение дополнительного показателя, такого как минерализация вод подольско-мячковского горизонта; — разбиение имеющихся значений не на 3 ранга, а, предположим, на 2 или 4 ранга; — изменить способ разбиения на обучающую и контрольную части; — уточнение достоверности исходных данных; — разбиение на ранги таким образом, чтобы в каждый ранг входило одинаковое количество значений показателя.
Список литературы
Учебное пособие Природно-технические гидрогеологические системы. М.: 2006 г.
Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б. Попов Е.В., Экологическая гидрогеология