Технология построения БД ТМ основана на объединении:

§ информационной базы и

§ математических моделей распространения загрязнений в ОС (воздушном и водном бассейнах, почвах, донных отложениях и т.д.) и оценки связанных с этим рисков, которые строятся на основе информационной базы (см. рис.4).

Рис.4. Структурная схема формирования банка данных по техногенным месторождениям (БД ТМ).

Создание информационной базы является достаточно сложным процессом, требующим огромного объёма информации, основными источниками которой являются:

· база знаний, содержащая информацию специалистов по изучению и использованию ТМ;

· база данных о вещественном составе и физическим свойствам отложений ТМ;

· нормативно-правовая база, предоставляющая информацию, которая следует из нормативно-правовых документов.

База знаний включает данные по перераспределению полезных компонент в техногенных отложениях под влиянием разнообразных природных факторов таких как, окислительно-восстановительные процессы, выщелачивание, фильтрационные электрические поля, плоскостной смыв и других физико-химических и механических процессах климатического воздействия и выветривания. Здесь же содержатся данные экспертизы по рациональным технологиям переработки ТМ, рекомендации по способам использования тех или иных типов ТМ, оценка прогнозируемых ущербов и рисков, связанных с наличием ТМ и т.д.

База данных состоит из 3-х крупных блоков:

§ фондовая информация характеризует состав и свойства исходного сырья горнодобывающих, горноперерабатывающих, металлургических и других типов предприятий (горные породы, руда, концентраты, угли для ТЭЦ и т.д.) и отходов промышленных производств (шламы, шлаки, золы и т.д.) по данным фондовых материалов.

§ результаты опробования ТМ необходимы в связи с тем, что фондовая информация, выявляя общие закономерности, позволяет лишь оценить состав и строение техногенных отложений, так как из-за физико-химических и механических процессов климатического воздействия и выветривания отходы производства в техногенных отложениях отличаются от отходов рудников, обогатительных фабрик, ТЭЦ и т.д. Кроме того, дифференциация отходов при складировании, нарушение системы складирования, а часто и полное её отсутствие, требуют уточнения строения техногенных отложений по данным бурения.

Этот блок данных так же содержит радиационную оценку ТМ, обычно отсутствующую в фондовых материалах. ТМ нередко имеют повышенную радиоактивность по сравнению с исходным сырьём. Например, золошлаковые отходы ТЭЦ могут содержать повышенные концентрации естественных радионуклидов (U, Th и K) особенно при сжигании углей Подмосковного, Донецкого и некоторых других бассейнов и месторождений, обладающих повышенной радиоактивностью.

Важным источником информации о составе, свойствах и строении техногенных отложений являются наряду с традиционными методами анализа ядерногеофизические методы (рентгенофлуоресцентный, нейтронно-активационный, гамма-гамма метод и др.)

§ мониторинг является источником информации о закономерностях изменения во времени химико-минералогического и петрографического составов и физических свойств, как самих техногенных отложений, так и объектов ОС вблизи ТМ (почв, донных отложений, подземных и грунтовых вод, воздушного бассейна). Данные этого блока являются основой для прогноза изменения экологической ситуации исследуемой территории и выработки рекомендаций и управляющих решений.

Нормативно-правовая база содержит информацию о предельно-допустимых концентрациях (ПДК), выбросах (ПДВ) и сливах (ПДС) загрязняющих веществ, нормативно-правовые и нормативно-методические документы по охране окружающей среды, природопользованию и обеспечению экологической безопасности.

На основе информационной базы создаются математические модели взаимодействия ТМ с ОС, которые связывают все имеющиеся виды информации и обеспечивают построение модели ТМ, поэлементных, геологических и экологических карт, петрофизических разрезов и т.д., т.е. создание графических библиотек. Математические модели с использованием данных информационной базы позволяют сделать оценку прогнозных ресурсов, содержащихся в ТМ полезных компонент и выработать систему поддержки принятия решений

Рассмотренная технология формирования БД ТМ обеспечивает:

1) ввод в локальную базу данных всевозможных типов, включая графическую информацию с бумажных носителей;

2) масштабные и функциональные преобразования данных в различных системах координат;

3) построение плоских и объёмных картографических изображений;

4) решение экспертных, классификационных и других задач распознания объектов различного характера по множеству информационных слоёв;

5) экспорт-импорт информационных слоёв с внешними базами данных с целью эффективного использования пакета информации и коррекции БД за счёт дополнительной информации.

Техническая база БД ТМ включает:

1) компьютерную сеть со специализированной периферией;

2) современные компьютерные технологии, включая такие широко известные ГИС как ARC/INFO, ER MAPPER 5.0 и др.

3) системы подготовки и выпуска геоинформационных пакетов (ГИП), которые имеют три модификации:

· региональные ГИП в масштабах 1:200 000 – 1:1 000 000, которые содержат объёмную характеристику ТМ, их место в структуре промышленности региона, экономические характеристики, проблемы, перспективы;

· территориальные ГИП в масштабах 1:50 000 – 1:100 000 для районов;

· локальные ГИП отдельных месторождений в масштабе 1:25 000.

Вся информация в БД ТМ структурирована по уровням. Первый уровень даёт обобщённую информацию о техногенном месторождении (его географическое положение, общая характеристика, реквизиты собственника и т.д.). Каждый из последующих уровней раскрывает характеристики месторождения и делает доступным выход на комплекс решаемых задач.

Информация на каждом уровне включает в себя карту определённого масштаба и комплекс характеристик техногенного месторождения.

Мониторинг ТМ

Мониторинг ТМ обеспечивает периодическое обновление геоинформационных пакетов (ГИП). Источником информации служит пакет данных представленный в таблице 8.

ГИП обычно состоит из следующих информационных слоёв:

1) образ земной поверхности – цифровая модель по космо- и аэросъёмке в оптическом диапазоне с разрешением от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров;

2) инфраструктура – цифровая топооснова коммуникаций, застройки, сетей и т.д.;

3) рельеф – цифровая модель рельефа с морфологическими объектами и физическими параметрами радарного сканирования;

4) ландшафт – модель градации растительности и гидросферного покрова по оптическому и радарному сканированию;

5) геохимия – элементный состав, радиоактивность, сорбированные газы, нефтепродукты и другие физико-химические параметры грунтового покрова;

6) геофизика – аномальные геофизические естественные и искусственные поля, интегральные и дифференциальные параметры на различных глубинных срезах, начиная от дневной поверхности;

7) геология – геологические объекты, элементы и параметры покровного и глубинного строения земной коры;

8) гидросфера – карты открытых и подземных гидросистем, фильтрационных потоков и водно-физических параметров;

9) геодинамика – блоковая структура земной коры;

10) экология – экологический паспорт, объекты мониторинга, реперная система и банк контрольных параметров территории;

11) ресурсы – прогнозные карты ресурсов минеральных, углеводородных, строительных, техногенных, лесных, сельскохозяйственных и др.;

12) эталонная коллекция образцов, включающая систематизацию, минералогическое и петрографическое описание, определение петрофизических и технологических свойств и элементного состава, паспорт коллекции.

Таблица 8.

Источники информации для формирования геоинформационных пакетов (ГИП).

Постоянное загрязнение окружающей среды требует оптимальной организации процесса мониторинга. Разработаны многоуровневые системы сбора, обработки, хранения и анализа информации, позволяющие чётко разделить функции различных подразделений, оптимально использовать технические средства и оперативно получать необходимую информацию. Двухуровневая система мониторинга представлена на рис. 5.

Рис. 5. Информационная система экологического мониторинга объектов окружающей среды

Система мониторинга первого уровня предназначена для измерения, регистрации и первичного накопления данных по объекту в автоматическом режиме. Эти функции выполняются рабочими станциями (РС-1), которые представляют собой аппаратурно-программные комплексы на базе персональных компьютеров и измерительной аппаратуры различного назначения:

Ø измерение химических загрязнений (содержание тяжёлых металлов и т.д.);

Ø измерение органических загрязнений (содержание пестицидов, бензапирена и т.д.);

Ø измерение ионизирующих a-, b- и g-излучений.

Второй, более высокий, уровень системы мониторинга – это программные комплексы на центральной ЭВМ, назначение которых:

Ø сбор оперативной информации по мониторингу с РС-1 и передача этих данных в соответствующую БД в автоматическом режиме;

Ø диалоговый режим ввода и ведения баз данных по всем видам загрязнений ОС;

Ø диалоговый режим ввода и редактирования данных по любой БД;

Ø проверка достоверности хранящейся информации;

Ø интеграция всех данных на региональном уровне и их обработка, анализ и обобщение имеющейся информации, визуализация и печать выходных документов в табличной форме, а так же построение 2-х и 3-х мерных графиков.

Первые два уровня решают технические задачи по созданию баз данных по различным видам загрязнений ОС – атмосферы, территории, воды, почвы, строительных материалов и изделий из них и т.д.

На более высоком уровне эти данные служат базой для комплексной оценки состояния ОС, здоровья населения, системного анализа состояния экосистемы, для выработки подходов реабилитации, экспертного анализа экологической ситуации и её прогнозирования.

Система метрологического обеспечения мониторинга должна предусматривать необходимую точность измерений, которая гарантируется различными видами испытаний (внутрилабораторный и межлабораторный контроль, геологический контроль) и периодической поверкой средств измерений.