способ контроля за минерализацией грунтовых вод на больших территориях

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА МИНЕРАЛИЗАЦИЕЙ ГРУНТОВЫХ ВОД НА БОЛЬШИХ ТЕРРИТОРИЯХ, включающий создание сети наблюдательных скважин, отбор проб воды, проведение химического анализа на содержание в ней водорастворимых солей, определение показателей минерализации грунтовых вод, нанесение на топографическую основу в местах расположения скважин полученных показателей и вычисление последних на всей исследуемой территории, отличающийся тем, что одновременно с определением показателей минерализации грунтовых вод в местах расположения скважин и вычислением на их основе показателей минерализации на ключевом участке производят аэрокосмическую съемку всей исследуемой территории, по показателям минерализации в местах расположения скважин на ключевом участке устанавливают регрессивную зависимость между яркостью изображения на фотоснимках и минерализацией грунтовых вод, по которой определяют минерализацию грунтовых вод на всей исследуемой территории.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к мелиорации земель и может быть использовано для контроля мелиоративного состояния орошаемых земель, в частности для контроля за минерализацией грунтовых вод.

Современные способы контроля минерализации грунтовых вод основаны на отборе проб с определенных горизонтов с помощью скважин, проведении химических анализов проб воды на содержание воднорастворимых солей.

Эти способы не позволяют получать тематические карты исследуемых участков требуемой достоверности вследствие высокой изреженности сети наблюдательных скважин.

Известен способ определения минерализации грунтовых вод, включающий создание регулярной сети наблюдательных скважин, отборе проб воды из них, химический анализ проб воды на содержание воднорастворимых солей лабораторными методами, нанесение на топографическую основу заданного масштаба показателей минерализации в местах расположения скважин и экстраполяцию по ним показателей минерализации грунтовых вод по всей исследуемой территории.

Однако известный способ не обеспечивает картирование минерализации исследуемого участка с достаточной степенью достоверности. Это обусловлено тем, что на практике одна скважина контролирует территорию в 200-400, а иногда и 800 га, картирование же обычно осуществляют в масштабах 1:10000-1:50000, что соответствует минимальной площади, отображенной на карте, соответственно 0,16-4,00 га.

Увеличение количества наблюдательных скважин в 25-100 раз практически невозможно, во-первых, по экономическим причинам, во-вторых, по условиям сельскохозяйственного производства, так как появление на полях большого количества наблюдательных скважин крайне затруднит выполнение агротехнических мероприятий, потребует доступа наблюдателей к скважинам, что отрицательно скажется на состоянии поля. Кроме того, сохраняется и общий для известных способов определения минерализации грунтовых вод принципиальный недостаток невозможность картирования на участках, не покрытых сетью наблюдательных скважин.

Предлагаемый способ значительно снижает трудоемкость процесса контролирования минерализации грунтовых вод на больших территориях, повышает степень достоверности картирования минерализации грунтовых вод на исследуемых территориях. Кроме того, он позволяет с достаточной степенью достоверности картировать минерализацию грунтовых вод на участках, не имеющих сети наблюдательных скважин.

В предлагаемом способе контроля за минерализацией грунтовых вод, включающем создание сети наблюдательных скважин, отбор проб воды из скважин, химический анализ на содержание в ней водорастворимых солей, нанесение на топографическую основу показателей минерализации грунтовых вод в местах расположения скважин и определение показателей минерализации грунтовых вод по всей исследуемой территории, одновременно с определением показателей минерализации грунтовых вод в местах расположения скважин и определением на их основе показателей минерализации на ключевом участке производят аэрокосмическую съемку всей исследуемой территории, по показателям минерализации в местах расположения скважин и ключевого участка устанавливают регрессионную зависимость между яркостью изображения на фотоснимках и минерализацией грунтовых вод, задают градации яркости, соответствующие классам минерализации грунтовых вод, по установленной зависимости восстанавливают минерализацию грунтовых вод на всей исследуемой территории, переносят результаты дешифрования на топографическую основу заданного масштаба и строят карту минерализации грунтовых вод, оконтуривая места с одинаковым показателем минерализации. Кроме того, на орошаемых массивах, не охваченных сетью наблюдательных скважин для определения показателей минерализации на ключевом участке исследуемой территории, используют выборочные данные сети наблюдательных скважин другого участка такого же гидрологического района.

Сущность способа заключается в том, что информация о минерализации грунтовых вод с сети наблюдательных скважин и ключевого участка является опорной для построения статистических моделей, основанных на связи цифровых показателей минерализации грунтовых вод с яркостью цифрового аэрокосмического изображения в точках наземных наблюдений. При этом аэрокосмическая съемка производится синхронно с наземными наблюдениями. Индикатором той или иной степени минерализации грунтовых вод (М) является состояние культурной растительной (биомасса, урожайность, проективное покрытие). Чем проективное покрытие почвы растительностью больше, тем меньше минерализация грунтовых вод. Цифровое аэрокосмическое изображение в данном случае это изображение, строка за строкой разбитое на элементы размером l x l, где l разрешение на местности. Яркость (g) каждого элемента черно-белого изображения расквантована в определенной шкале, например 0-255, где 0 черное, 255 белое. Получив регрессионную зависимость уf(M), каждому элементу изображения исследуемой территории можно сопоставить оценку минерализации грунтовых вод в соответствии с выбранным разбиением на классы неминерализованные, слабо-, средне-, сильно-, и очень сильноминерализованные грунтовые воды. Затем одинаковые элементы изображения объединяют в однородные контуры, контурную карту переносят на топографическую основу заданного масштаба, наносят условные обозначения в соответствии с легендой карты минерализации грунтовых вод. Так как разрешение на местности l при оцифровке фотоизображения определяется только масштабами снимка и шагом оцифровки фотоизображения, легко получить любые разумные значения l. Например, при оцифровке космических снимков масштаба 1: 1000000 с шагом 25 или 50 мкм получают разрешение на местности 25 или 50 м.

На фиг.1 приведена схема расположения точек наземного оценивания минерализации грунтовых вод с шагом на местности 50 м и показателями минерализации грунтовых вод в г/л на ключевом участке поля под хлопчатником; на фиг.2 аэрофотоснимок ключевого участка поля под хлопчатником, исследуемого в конце вегетационного периода; на фиг.3 зависимость между степенью минерализации грунтовых вод и яркостью черно-белого изображения на аэрофотоснимках.

Исследуют участок хлопкового поля в конце вегетационного периода. На участке имеется сеть регулярных скважин. Из скважин, расположенных в ключевых точках исследуемой территории, отбирают пробы воды с глубины 10 м, проводят химический анализ отобранных проб на содержание водорастворимых солей. Полученные показатели минерализации наносят на топографическую основу в местах расположения скважин. Одновременно с шагом на местности 50 м осуществляют замеры электрического сопротивления грунтовых вод на глубине 10 м. На основе информации со скважин и величин электрического сопротивления в местах расположения скважин строят регрессионную зависимость между минерализацией грунтовых вод и их электрическим сопротивлением: М(). По этой зависимости определяют степень минерализации грунтовых вод в каждой точке ключевого участка, где производились замеры электрического сопротивления грунтовых вод.

Одновременно с наземными определениями степени минерализации грунтовых вод на ключевом участке осуществляют аэрокосмическую фотосъемку всей контролируемой территории, по показателям минерализации в местах расположения скважин и ключевого участка (фиг.1) устанавливают регрессионную зависимость между яркостью изображения на фотоснимках (фиг.2) и минерализацией грунтовых вод (фиг.3). В данном случае эта зависимость имеет следующее выражение

М 0,191g 6,754

g 3,560М + 59,046

Далее задают градации яркости, соответствующие классам минерализации грунтовых вод, и по установленной зависимости восстанавливают минерализацию грунтовых вод на всей исследуемой территории, переносят результаты дешифрования на топографическую основу заданного масштаба и строят карту минерализации грунтовых вод, оконтуривая места с одинаковым показателем минерализации.

В случае, если исследуемые орошаемые массивы не охвачены сетью наблюдательных скважин, то для установления регрессионной зависимости между минерализацией грунтовых вод и их электрическим сопротивлением и для дешифрования аэрофотоснимков используют выборочные данные результатов химических анализов минерализации грунтовых вод сети наблюдательных скважин другого участка, такого-же гидрологического района.

Предлагаемый способ позволяет с значительно меньшими трудозатратами и высокой степенью достоверности контролировать минерализацию грунтовых вод на больших территориях.