Одним из объектов экологического мониторинга являются поля фильтрации (ПФ), которые предназначены для сбора и биохимической переработки канализационных стоков.
Выявление очагов экзотермического процесса
на полях фильтрации г.Москвы, р-н Люблино 1995 год.
*1,2,3-Очаги активных экзотермических процессов.
ГНПП "Аэрогеофизика" имеет опыт мониторинговых исследований ПФ в г. Москве. Так заказу Москомприроды в 1995 г. были обобщены материалы предыдущих исследований ТИКАС, выполнявшихся предприятием с 1984г., и разработаны основы методики проведения ИК аэросъемки, принципов дешифрирования и интерпретации ее результатов на территории Люблинских полей фильтрации с целью включения этого вида наблюдений в комплексный экологический мониторинг столицы. Задачами исследований являлись:
- определение параметров и режимов съемки - частоты, сезонности, настройки аппаратуры и др.;
- разработка методики дешифрирования и интерпретации тепловых изображений применительно к условиям района;
- определение вида представления информации в зависимости от потребителя.
Aктуальность изучения подобных объектов обусловлена исключительно быстрым расширением границ мегаполисов в процессе урбанизации, вследствие чего поля фильтрации оказываются в черте городов, вблизи плотной жилой застройки. Поэтому сегодня в повестку дня встает вопрос об их консервации, последующей рекультивации и использовании территории под жилищное строительство. Поскольку происходящие на полях фильтрации биохимические процессы сопровождаются выделением тепла, использование тепловой ИК аэросъемки позволяет оперативно оценивать интенсивность (завершенность) этих процессов, составить представление о пригодности площадей под освоение, наметить очередность рекультивации. Подобные исследования должны предварять проектные и изыскательские работы. При освоении Люблинских полей на юго-востоке г. Москвы, где возводится жилой массив "Марьинский парк", строительство было начато без такого анализа, что привело к крайне неблагоприятному воздействию на здоровье строителей и к дополнительным затратам на компенсационные выплаты строительным организациям.
Необходимость многократных наблюдений диктуется ультрадинамичным характером теплового поля. Однократная съемка не может дать полной объективной информации о состоянии изучаемого объекта. Регулярность работ вытекает из самого понятия мониторинга. Частота повторных съемок определяется особенностями объектов наблюдения.
В случае контроля ПФ регулярность съемок диктуется изменчивостью ситуации в связи с освоением этой территории, а интервал - экономической целесообразностью. По нашему мнению, съемку ПФ следует выполнять не реже, чем один раз в месяц.
Узкая направленность обусловлена спецификой теплового поля. Объем и качество полезной информации, которая может быть получена из анализа теплового поля, в значительной степени зависит от условий выполнения съемки.
Предыдущими исследованиями доказано, что не существует единых универсальных требований к условиям выполнения работ. В каждом конкретном случае выбор параметров и режима ТИКАС производится с учетом конкретных особенностей объекта наблюдений и характера решаемых задач. При этом должны быть определены наиболее подходящие для съемок сезон, время суток, метеорологическая обстановка.
Принимая во внимание, что состояние ПФ в основном связано с изменением влажности почво-грунтов, наиболее полная и достоверная информация может быть получена в летний период. При этом после обильных дождей должна быть выдержана пауза не менее 2-3 дней. Это обусловлено тем, что избыточная влажность в значительной степени нивелирует и искажает тепловое поле. Именно поэтому не рекомендуется выполнять работы в весенний и осенний периоды. Зимой тепловое поле экранируется снежным покровом.
При выборе времени суток следует учитывать, что тепловое поле на территории ПФ формируется за счет двух основных факторов: солнечного нагрева и внутренних (экзотермических) процессов. Радиационные контрасты в дневное время определяются в основном степенью влажности почво-грунтов, которая оказывает решающее влияние на тепловую инерцию, а следовательно и на величину солнечного прогрева. Для объектов с внутренним (собственным) источником нагрева наиболее информативны материалы ночной съемки. Наибольший эффект даст двукратная съемка - ночная и дневная. Сопоставление материалов (вплоть до получения разностных изображений) позволит более однозначно выполнить дешифрирование и интерпретацию, а также сделать аргументированные выводы о причинах формирования регистрируемых радиационных контрастов.
В наибольшей степени на условия съемки влияют такие параметры метеорологической обстановки, как температура воздуха, осадки, облачность, скорость ветра. Территория ПФ должна сниматься в летний период, поэтому температура воздуха всегда будет положительной. Чтобы избежать слишком больших искажений теплового поля за счет солнечного прогрева, необходимо производить работы в ночное время или в ранние утренние часы. Дождь приводит к выравниванию естественного теплового поля, поэтому во время и после дождя съемку выполнять не следует. Облака непрозначны для ИК излучения, в связи с этим тепловую аэросъемку можно производить только с высот меньших, чем высота нижней кромки облачности. Сплошная облачность ослабляет поток солнечной радиации, вследствие чего уменьшается амплитуда температурных контрастов у объектов с разной степенью увлажненности. В то же время при наблюдении источников с внутренним источником нагрева информативность съемки повышается. Ветер приводит к существенному выравниванию температур на поверхности и затрудняет оценку теплового состояния объектов. Поэтому целесообразно проведение тепловой съемки при скорости ветра не более 5-8 м/сек.
Таким образом, при контроле состояния ПФ с помощью тепловой аэросъемки оптимальными можно считать следующие условия: сезон съемки лето
интервал съемки 1 месяц
время съемки вечер, ночь, утро
метеоусловия высокая облачность, отсутствие осадков, скорость ветра < 5-8 м/сек.
Важным моментом для получения наиболее качественного материала является правильная настройка аппаратуры и выбор дистанции (высоты) съемки. Как показали данные предыдущих исследований, при наблюдении за объектами суши, отличающимися слабыми контрастами, следует предусмотреть выполнение контрольно-настроечных маршрутов непосредственно над контролируемым объектом в начале каждого съемочного цикла. Высота съемки определяется требуемой детальностью изображения и экономической целесообразностью и обычно составляет 350м - 500м, что позволяет получить ИК изображение с пространственным разрешением 0,25м - 0,5м.
Особыми объектами наблюдений с помощью ТИКАС могут быть пруды-регуляторы стока, аналогичные тем, что расположены на территории района Марьино. Тепловая съемка - единственный дистанционный метод, который позволит обнаружить все локализованные сбросы вод, даже малодебитные и подводные, т.е. те, которые визуально не могут быть выявлены. Это позволяет получить дополнительную информацию для принятия оперативных решений.
Как любой дистанционный метод ТИКАС требует сопровождения наземными методами исследований. Место тепловой съемки в системе мониторинговых наблюдений ПФ, определяется ее возможностями как дистанционного рекогноcцировочного метода, на данные которого прежде всего следует ориентироваться при выборе мест наземного контроля (газовой, аэрозольной, геохимической съемок и др.). Кроме того, ТИКАС удачно комплексируется с рядом экологических аэросъемок (аэрогаммаспектрометрией, аэрозольной и газовой аэросъемками), что позволяет за один цикл залетов получать широкий набор данных о состоянии ПФ.
Выводы:
Тепловая инфракрасная аэросъемка безусловно решает задачи картирования участков активных биотермических процессов на территории ПФ.
ТИКАС позволяет провести районирование территории ПФ по степени активности этих процессов, влажности почво-грунтов.
ТИКАС позволяет выявлять локализованные сбросы вод в пруды-регуляторы стока (в том числе малодебитные, слабоконтрастные и подводные)
Выполняемая в режиме мониторинга ТИКАС позволит проследить динамику экзотермических процессов и составить прогностическую модель их развития.
- Для выбора оптимальных условий и режима съемки следует предусмотреть небольшой объем опытно-методических работ.
- Мониторинговые работы следует выполнять в дневном и ночном режимах съемки лучше всего в летний период с интервалом в 1 месяц.
- Представляется целесообразным комплексировать ТИКАС с экологическими аэросъемками ( аэррогамма-спектрометрической, газовой и др.).
- ТИКАС должна предшествовать широкому комплексу наземных мониторинговых исследований и ее данные должны являться основой для их планирования.
- Управленческие решения о приоритетности освоения участков на территории ПФ должны приниматься на основе анализа материалов ТИКАС.