ВЫЯВЛЕНИЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ ЗОН СУБАКВАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (АКВАТОРИЯ ПОС. ШИДА) | Опубликовать статью РИНЦ

ВЫЯВЛЕНИЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОТОМОГРАФИИ ЗОН СУБАКВАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (АКВАТОРИЯ ПОС. ШИДА)

Научная статья

Минаев А.В.^1, *, Минаев В.В.², Сутурин А.Н.³

   ¹ ORCID: 0000-0003-1577-8440;

   ² ORCID: 0000-0001-9760-6057;

³ ORCID: 000-0002-6805-5986;

^{1, 2, 3} ЛИН СО РАН

* Корреспондирующий автор (mav[at]lin.irk.ru)

Аннотация

В работе сотрудники описывают применение метода электротомографии для оценки антропогенного влияния на уникальные экосистемы оз. Байкал. Рассмотрены данные электрометрических исследований урезовой зоны и акватории оз. Байкал в районе пос. Шида. Установлена изменчивость удельного электрического сопротивления (УЭС) в различных участках дна и береговой линии, позволяющая выявить зоны субаквальной разгрузки антропогенно загрязненных вод. Данные получены с применением метода электротомографии. Результаты представлены в виде геоэлектрических разрезов удельного электрического сопротивления.

Ключевые слова: электротомография, удельное электрическое сопротивление, акватория оз. Байкал.

ELECTROTOMOGRAPHY METHOD FOR DETECTION OF SUBAQUATIC GROUNDWATER DISCHARGE ZONES (WATER AREA OF SHIDA VILLAGE)

Research article

Minaev A.V.^1, * Minaev V.V.², Suturin A.N.²

   ¹ ORCID: 0000-0003-1577-8440;

   ² ORCID: 0000-0001-9760-6057;

³ ORCID: 000-0002-6805-5986;

^{1, 2, 3} Limnological Institute, SB of RAS

* Corresponding author (mav[at]lin.irk.ru)

Abstract

In this paper, employees describe the application of the electro-tomography method to assess the anthropogenic impact on the unique ecosystems of the Baikal lake. The data on electrometric studies of the coastal zone and the water area of the Baikal lake near the vil. Shida are considered. The variability of electrical resistivity in different parts of the seabed and shoreline is established, and that allows identifying areas of subaquatic discharge of anthropogenically polluted groundwater. The data obtained with the use of the electro-tomography method. The results are presented in the form of geoelectric sections of electrical resistivity.

Keywords: electro-tomography, electrical resistivity, water area of Baikal lake.

Существенной причиной трансформации береговых систем биогеоценоза прибрежных полос участков водной поверхности прибайкальских населенных пунктов является выявленное поступление различных видов антропогенных загрязнений как микробиологического, так и химического загрязнения с подземными потоками грунтовых вод. Различное влияние на потоки в населенных пунктах и местах отдыха, не имеющих очистных сооружений, многократно увеличивается на участках экваториальных выходов грунтовых вод. В точках акваториальных выходов антропогеновых потоков или загрязненных потоков происходит процесс подмены ореолов фитобентоса на обширные поля зарослей спирогиры. К подобным участкам привязываются отдельные места “цветения” воды. Обнаружение данных участков и зон, разделение площадок акваториальной разгрузки с антропогенным загрязнением и естественных высокоминерализованных потоков грунтовых вод возможно с привлечением малоинвазивного метода электротомографии.

Информации о величинах электропроводности воды по оз. Байкал в источниках немного. Проведение измерений и получение этих массивов информации, целесообразно для объяснения ряда практических задач электротомографии и геоэкологии. Эти материалы могут быть источниками прогнозирования изменения существующих экосистем в различных объектах.

В источниках [8], [9], [10] визуализированы возможности метода электротомографии и определения величины удельного электрического сопротивления (УЭС – сопротивление электрическому току куба горной породы со стороной равной 1 м, единица удельного сопротивления – Ом·м [1]) водной толщи при геофизических, гидрогеофизических исследованиях.

Основной целью выполненных геофизических и гидрогеофизических исследований является выявление и определение специфических маркеров самочувствия и состояния экосистемы, определение участков поступления и транзитных каналов подземных вод под и в акваторию озера Байкал в районе пос. Шида.

Обследование прибрежной и мало глубинной территории залива проходило с помощью метода электротомографии, в частности находящейся в институте геофизической станции «Скала48» с использованием модифицированной электроразведочной косы для работы под водой, а также по береговой линии с привлечением электроразведочных кос одно- и пятиметровой размерности по пикету. Предварительная фильтрация, инверсия и представление материалов в виде геоэлектрических профилей выполнены с помощью комплекса программ RiPPP (ИНГГ СО РАН), ERT Lab и Surfer. Ортофотоплан выполнен с квадрокоптера DJI Phantom 4. Съемка выполнена одним пролетом 31.07.2018. Обработка проведена ScanEx Image Processor.

Осуществлены исследования методом электротомографии в вариации двумерной установки по профилям (пр.1 – 3), рисунок 1. Исследования могли быть неудачными при условии присутствия повышенной минерализации воды в оз. Байкал, которая бы выделила водную толщу как единую зону низких сопротивлений [8] от 0 до 20 Ом·м. В акватории был отработан один участок работ, он выбран на основе оценки густоты застройки и участков свободных от нее.

Рис. 1 – Схема расположения геоэлектрических профилей и выявленных потоков грунтовых вод с наложением ортофотоплана полученного с квадрокоптера Phantom 4

 

Удельное электрическое сопротивление воды, по интерпретированным материалам электротомографии во время измерений у поверхности дна изменялось от 50 Ом·м до 100 Ом·м. Данные величины УЭС являются единичными и не характерными для озера в связи их с минимальными значениями УЭС 80 Ом·м, данные величины выявлены сотрудниками Института физического материаловедения СО РАН [2].

Расположение точек базовых станций и окраин геофизической электроразведочной установки приведены в таблице 1. Расположение геоэлектрических профилей получено с помощью навигатора Garmin GPSMAP 64st.

Массив информации, полученный по результатам измерений на каждом профиле с помощью двумерной электротомографии, подвергнут фильтрации в программе RiPPP от шумов и вылетающих точек. После этого в программном обеспечении ERT LAB подвергнут двумерной инверсии. Раскладка всех двумерных разрезов представлена на рисунках 1, 2. Двумерные геоэлектрические разрезы по измерениям представлены на рисунках 3, 4, 5. На рисунках отображены материалы по проведенным измерениям и разрезы электрических сопротивлений грунтов с переходами к зонам низких и пониженных сопротивлений. Исследования в пос. Шида проведены по акватории оз. Байкал и по береговой части.

Рис. 2 – Вид на участок выполнения работ на территории пос. Шида 31 июля 2018 г

Рис. 3 – Профиль 1 Геоэлектрический разрез по дну

   

Рис. 4 – Участок 2. Профиль 2 Геоэлектрический разрез по урезовой зоне 5 метровой косой

 

Рис. 5 – Профиль 3 Геоэлектрический разрез, выполненный однометровыми косами

По факту работ выполнены геофизические исследования методом электротомографии электроразведочной станцией «Скала48». Геофизические исследования проведены как по урезовой части оз. Байкал в районе пос. Шида, так и непосредственно в акватории озера. Исследования в урезе позволяют выделить зоны низких сопротивлений, которые являются транзитными коридорами для поступления как естественных минерализованных источников подземных вод, так и антропогенно загрязненных подземных вод. Результаты гидрогеофизических исследований по дну позволяют выделить транзитные коридоры прохождения минерализованных вод, места выхода подземных вод и их распространения по дну или водной толще при смешивании с не минерализованными водами озера.

 

Таблица 1 – Координаты расположения базовых станций «Скала 48» на берегу залива Шида

lat	Lon	№ профиля и точки	Описание
53,06317˚	106,7850˚	П1Т1	Профиль 1 подводный профиль пятиметровая коса
53,06333˚	106,7881˚	П1Т2Б
53,06317˚	106,7850˚	П2Т1	Профиль 2 пятиметровая коса по урезу
53,06409˚	106,7855˚	П2Т2Б
53,06435˚	106,7872˚	П2Т3Б
53,06470˚	106,7888˚	П2Т4
53,06316˚	106,7850˚	П3Т1	Профиль 3 однометровая коса по урезу
53,06334˚	106,7848˚	П3Т2Б
53,06354˚	106,7848˚	П3Т3Б
53,06375˚	106,7850˚	П3Т4Б
53,06393˚	106,7852˚	П3Т5Б
53,06411˚	106,7854˚	П3Т6Б
53,06421˚	106,7858˚	П3Т7Б
53,06426˚	106,7862˚	П3Т8Б
53,06429˚	106,7865˚	П3Т9Б
53,06432˚	106,7869˚	П3Т10Б
53,06434˚	106,7871	П3Т11Б
53,06445˚	106,7875˚	П3Т12Б
53,06453˚	106,7878˚	П3Т13Б
53,06457˚	106,7882˚	П3Т14Б
53,06463˚	106,7885˚	П3Т15

Примечание: Т – точка, П – профиль Б – базовая станция

 

Проведенные геофизические работы в 2018 году не позволили выделить зоны разгрузки подземных вод в оз. Байкал и картировать их на ортофотоплане по данным, полученным с квадрокоптера. На профиле № 1 на расстоянии от 25 – 60 метров выделены две зоны низких сопротивлений (0 – 40 Ом·м), являющиеся транзитными коридорами подземных вод. Следовательно, разгрузка этих вод происходит на бо̒льших глубинах в заливе Мухор. Обширная область пониженных сопротивлений до глубины 10 м (40 – 100 Ом·м), возможно, является органическими отложениями на дне либо аллювиальными отложениями при эрозии данной местности.

Этот малоинвазивный метод классической и подводной электротомографии показал свою эффективность в районе по изучению экологической обстановки на прибрежной зоне оз. Байкал, особенно при корреляции с данными томографии проведенной по урезовой части оз. Байкал в этом же районе.

В результате проведенных измерений удельного электрического сопротивления получены геоэлектрические разрезы удельного электрического сопротивления, отображающие транзитные зоны прохождения или накопления вод с более низкими значениями УЭС относительно всех измеренных. На подводном геоэлектрическом разрезе выделены отдельные зоны низких сопротивлений (0 – 50 Ом·м) на глубине 5 метров. Эти зоны образованы наличием на этом участке либо антропогенной нагрузки, либо источником поступления минерализованных вод.

Вывод, сделанный по итогу проведенных работ. На рассматриваемом участке акватории поселка Шида (район малого моря залив Мухор) продолжаются работы по изучению экологической обстановки и выявлению антропогенных факторов, влияющих на акваторию озера Байкал [9]. Данный метод электротомографии показал свою эффективность при выполнении аналогичных работ в 2016 – 2017 г. в районе пос. Листвянка (южный Байкал, исток р. Ангара). Были выявлены потоки антропогенно загрязненных грунтовых вод. Выполненные работы в 2018 году выявили несколько потоков подземных вод, которые требуют проведения отбора проб в местах их выхода в акватории. Необходимо продолжить работы в 2019 году по поиску мест выхода существующих потоков в акватории залива Мухор пролива Малое море оз. Байкал, являющихся источниками преобразования существующей экосистемы озера.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.