Аппаратурно-методический комплекс для геофизических исследований процессов фильтрации на пресноводных водоемах

Заключение.

На основании исследований, проведенных в области разработки аппаратурно-методического комплекса геофизических методов для исследования явлений фильтрации жидкости через ложе пресноводных водоемов можно сделать следующие выводы:

1) Предложенный аппаратурно-методический комплекс, основанный на водном варианте метода ЕП, термометрии и резистивиметрии в водном объеме, представляется обоснованным и необходимым для дистанционного исследования процессов фильтрации жидкости через границы пресноводных водоемов при помощи измерений с дневной поверхности, как в статическом режиме, так и в процессе непрерывного движения.

2) Практическая реализация комплекса в аппаратурной и методической частях применительно к натурным наблюдениям реальных поверхностных водных объектов, особенно на участках с заведомо известным наличием фильтрации, показала возможность использования комплекса для качественного решения задач локализации зон фильтрации в пространстве и выяснения направления фильтрации, и его эффективность с позиции временных и материальных затрат.

3) Методы количественной интерпретации данных комплекса, с целью нахождения скоростей и объемов фильтрации связаны с увеличением количества информации об исследуемом водоеме, построением специфических физико-геологических моделей изучаемых физических полей и требуют дальнейшей математической разработки.

Основные результаты выполненных теоретических и опытных исследований сводятся к следующему:

1) На основании теоретического анализа выбран комплекс из относительно независимых, но взаимно обусловленных геофизических методов, состоящий из ЕП, резистивиметрии и термометрии в водном объеме, предназначенный для геофизических исследований водоемов на предмет нахождения параметров фильтрационных процессов через поверхность водного объема.

2) Решена прямая задача метода ЕП о нахождении потенциала ЕЭП для принятой плоскопараллельной двухслойной геоэлектрической модели водоема. Исследованы количественные закономерности распределения потенциала ЕЭП в водном объеме, позволяющие обоснованно проектировать параметры измерительной аппаратуры и методики наблюдений в водном слое в непосредственной близости к дневной поверхности в широком диапазоне глубин воды, отношений УЭС водного слоя и отложений дна и размеров зон фильтрации.

3) Предложены два варианта методики натурных наблюдений методом ЕП. Развита и исследована процедура <восстановления> потенциала ЕЭП по данным градиентных (дипольных) установок.

4) Предложен метод <двух сопротивлений> для раздельного измерения действительной (активное сопротивление) и мнимой (реактивное сопротивление) частей комплексного сопротивления водных электролитов. Оценены точность, возможности и ограничения метода.

5) Метод <двух сопротивлений> апробирован на водном растворе соли NaCl в широком диапазоне концентраций. Оценено влияние переходного процесса, связанного с вариацией измеряемого сопротивления во времени (непрерывная буксировка ячейки), на точность измерения.

6) Вычислительно реализован метод коррекции динамической характеристики преобразователя температуры с целью увеличения его быстродействия. Исследованы возможности и ограничения метода. Сделан анализ устойчивости процедуры коррекции к погрешности входных параметров и наличию шума во входных данных.

7) Практически реализована коррекция динамической характеристики термометра в условиях конвективного теплообмена и достигнуто <увеличение> быстродействия в 4 - 5 раз. Исследованы факторы, влияющие на качество коррекции данных, полученных в динамическом режиме наблюдений.

8) Разработан и практически реализован многофункциональный масштабируемый цифровой аппаратно-программный комплекс для проведения геофизических исследований предложенным комплексом в водном объеме, как в статическом (точечном), так и в динамическом режиме.

9) Проведены опытно-методические работы по исследованию структуры ЕЭП и выявлению зон фильтрации на доступных поверхностных водных объектах (Новодевичьи пруды, юго-восточный участок р. Москвы и её притоки) предложенным аппаратурно-методическим комплексом. На нескольких объектах, которые, согласно априорным данным, в сильной степени подвержены явлениям фильтрации, зарегистрированы аномалии физических полей, которые, по результатам комплексирования методов, наиболее вероятно соответствуют значимым фильтрационным явлениям. Определены направления фильтрации и сделаны полуколичественные оценки площади развития фильтрационных процессов.

10) На основании достигнутых измерительных возможностей разработанного аппаратурно-методического комплекса возможно проведение мониторинга состояния водоемов на предмет развития и эволюции явлений фильтрации.

В свете изложенных результатов представляются обоснованными следующие рекомендации:

1) Результаты натурных наблюдений предложенным аппаратурно-методическим комплексом существенно расширили имеющуюся, преимущественно в аналоговом виде, фактологическую базу данных об элементах ЕЭП, температуре и сопротивлении водоемов, расположенных в пределах крупной городской агломерации - г. Москвы. Наблюденные фоновые значения, пространственные закономерности и временна'я динамика исследуемых полей служат основой для совершенствования методики натурных наблюдений и расширения фундаментального знания о природе наблюдаемых аномалий.

2) На текущем этапе исследований, предложенный комплекс может эффективно использоваться как экспресс-метод для выявления аномалий физических полей, наиболее вероятно связанных с наличием процессов фильтрации на пресноводных водоемах. Обработка и анализ данных комплекса позволяют определить местоположение эпицентра, направление и оценить площадь фильтрации.

3) Для получения количественных результатов интерпретации данных комплекса, в особенности метода ЕП, представляется необходимым повысить размерность и детализацию имеющейся геоэлектрической модели конкретного изучаемого водоема и обогатить имеющуюся микроскопическую модель источника фильтрации некоторыми петрофизическими параметрами (извилистость капиллярной сети, тип пористости, гидравлическая проницаемость).

4) При необходимости, для увеличения производительности работ необходимо повысить быстродействие термометрической аппаратуры аппаратными или вычислительными методами, включая коррекцию динамической характеристики термоприемника в режиме реального времени.

5) Для повышения информативности используемого комплекса геофизических методов целесообразно его дополнить методами сейсмоакустики и набором технологически и динамически совместимых химических сенсоров, обладающих значительной реакцией на изменение состава и свойств жидкости.