Информационные технологии в сохранении и восстановлении экосистем региона КМВ

В современных реалиях весьма актуальной задачей для специалистов мелиораторов стало умение использовать информационные технологии для решения сложных задач по сохранению экологических систем и моделированию различных экологических процессов с целью прогнозирования развития явления во времени.

Горько-соленое озеро Большой Тамбукан — уникальный источник целебной грязи расположено в особо охраняемом эколого-курортном регионе КМВ. Первое упоминание об этом озере встречается в 1773 году в записках путешественника И. А. Гюльденштедта. И только спустя почти столетие, в 1872 году химиком Ф. Ф. Шмидтом был произведен первый химический анализ рапы озера, который и положил начало изучению этого водоема. Минерализация рапы в этот период составляла: 50,45г/л. Работы Ф. Ф. Шмидта и А. И. Фомина (1886 год) послужили толчком к применению тамбуканской грязи в лечебных целях. Добыча грязи на озере Большой Тамбукан началась в 1886 году на курортах Кавминвод с использованием аппликационного метода применения ее в лечебных целях.

Тамбуканская лечебная грязь относится к типу иловых сульфидных высокоминерализованных, обладающих ценными лечебными свойствами. Общие геологические запасы ее в озере составляют 2,6 млн. тонн, при максимальном уровне эксплуатации этих запасов должно было бы хватить более чем на 180 лет.

Установлено, что бактерицидное действие грязи зависит от минерализации воды и грязевого раствора, действия микроэлементов, микробов, наличия колибактериофагов. Оптимальное содержание солей в воде озера должно составлять 40–60г/л, критическое: минимальное 30г/л, максимальное 70г/л. В настоящее время уровень воды в озере более чем на 4м выше оптимального, а величина минерализации рапы снизилась до 23г/л. Грязеобразование — многофакторный биологический процесс, зависящий от атмосферных осадков; солей, приносимых подземными и поверхностными водами; температуры воздуха; микробиологических процессов; воды, в растворе которой преобладают сульфаты и хлориды натрия, магния.

В настоящее время выросло количество атмосферных осадков, упала величина испарения, увеличилась доля поверхностного стока, что ведет к опреснению рапы. В связи с опреснением рапы произошли существенные изменения в составе гидробионтов и микробиологии водоема, в толще воды Большого Тамбукана стали активно развиваться представители пресноводной фауны.

Галофильный микробиологический биоценоз заменяется пресноводным, отмечается уменьшение числа сульфатредуцирующих бактерий, генерирующих сероводород, чисто сероводородный запах сменяется меркаптановым. Распреснение рапы озера может привести к изменению качества и ухудшению лечебных свойств иловой грязи.

В целях сохранения уникального месторождения лечебной грязевой залежи необходимо разработать и реализоватькомплекс мер по рациональному регулированию водно-солевого баланса озера Большой Тамбукан, моделируя процессы, происходящие в озере, и прогнозируя результаты применения тех или иных мероприятий на основе программ статистической обработки данных и эмпирических зависимостей. Анализ данных метеостанции «Тамбукан» ОАО «Кавминкурортресурсы» (Таблица 1. уровень воды в таблице приведен относительно репера с абсолютной отметкой 545,00 м — условного нуля для озера Тамбукан) по водно-солевому балансу озера позволил выявить ряд ярко выраженных зависимостей. На рассоление рапы озера, как уже отмечалось, оказывает влияние большое количество разнообразных факторов. И в первую очередь, это водный баланс, которой формируется осадками и испарением, притоком и оттоком подземных вод, поверхностным стоком с водосборной территории, которая, в свою очередь, зависит от занятости склонов лесными насаждениями, различной растительностью, пашней, лугами и д. т.

Таблица 1

Применение современных статистических программных продуктов позволяет на основе корреляционно-регрессионного анализа построить математические модели исследуемых процессов. Для построения эмпирического уравнения, отражающего изменение солевого баланса под влиянием водного, использовалась программа «Statistica». В таблице 1 и на графике (рисунок 1) приведены данные, отражающие естественный водно-солевой баланс озера с 1971 по 2005 год.

Корреляционно-регрессионный анализ результатов исследований, проведенный на базе пакета «Statistica», позволяет получить эмпирическое уравнение, описывающее зависимость минерализации рапы от уровня воды в озере.

Широкие возможности пакета позволяют проанализировать различные формы кривых для описания связи и выбрать наиболее подходящую, с максимальным коэффициентом корреляции. В результате проведенной обработки и анализа данных выбор был остановлен на полиномиальном уравнении третей степени (рисунок 2) с коэффициентом корреляции 0,9910124.

 Рис. 1. Динамика водно-солевого баланса в озере «Большой Тамбукан»

Рис. 2. Использование пакета «Statistica» в регрессионном анализе

Приведенная формула статистической зависимости минерализации от величины поступления в озеро склонового стока водозабора может быть использована при водобалансовых расчетах, практическое применение формула может найти при эксплуатации построенных регулирующих гидротехнических сооружений для автоматизированного расчета необходимого количества поступающего склонового стока в озеро с его водосборной площади при требуемой минерализации рапы.

Современные информационные технологии при решении проблем уникального, грязевого, лечебного месторождения озера Большой Тамбукан дают возможность:

-          произвести обработку метиогидрологических данных наблюдений с удлинением рядов для получения наиболее достоверных водно-балансовых расчетов без регулирования и с регулированием гидротехническими сооружениями склоновых стоков с водосборного бассейна озера;

-          определить необходимый водный баланс экосистемы озера, прекращающий деградацию залежей грязи и восстанавливающий уникальное месторождение целебной грязи;

-          получить ретроспективу и перспективу изменения солевого состава рапы и залежи месторождения грязи;

-          получить графические и эмпирические зависимости изменения солевого состава рапы от климатических условий, занятости склона и гидрологии водосборной площади бассейна (поверхностная и подземная составляющие стока).

-          создать информационную модель для эксплуатации Тамбуканского месторождения лечебной грязи, позволяющую на основании проводимого информационного мониторинга автоматически регулировать необходимый водный режим, с оптимальным водно-солевым балансом.

Литература:

1.                   Казанкин А. П., Флоринский О. С. О гидрологическом режиме озера Большой Тамбукан // Водные ресурсы, 2007, том 34, № 2, с.150–157

2.                   Флоринский О. С., Носов А. К. Уникальным национальным природным богатствам КМВ необходима действенная государственная защита. // Международное научное издание «Современные фундаментальные и прикладные исследования» № 4 (7), 2012, с. 74–77