| Скачать .docx | Скачать .pdf |
Курсовая работа: Диагностирование и прогноз экологического состояния природно-технической гидрогеологической системы
Содержание
Введение
1. Формирование исходной модели
1.1 Стратиграфия и литология изучаемой территории
1.2 Гидрогеологические условия
1.3 Техногенные условия
2. Формирование информационной модели
3. Тестирование модели
Заключение
Список литературы
Введение
Целью данной работы является проведение диагностирования и составления прогноза состояния природно-технической гидрогеологической системы подольско-мячковского горизонта по содержанию хлора в его водах.
Основными задачами являются: анализ территории по набору гидрогеологических, геологических и техногенных условий состояния изучаемой территории; выяснение влияния имеющихся условий на загрязнение подольско-мячковского горизонта хлором; формирование информационно-диагностической модели; тестирование сформированной модели для прогноза состояния подольско-мячковского горизонта.
1. Формирование исходной модели
1.1 Стратиграфия и литология изучаемой территории
Исследуемая территория расположена в восточной части Московской области. Стратиграфия и литология изучается на основе гидрогеологического разреза. В геологическом строении данного района представлены следующие стратиграфические единицы: отложения среднего и верхнего карбона, средней юры, нижнего мела и четвертичные отложения.
Средний отдел карбона представлен глинистыми известняками подольско-мячковского горизонта и глинами. Мощность известняков по разрезу изменяется от 34 до 39 м., а глин >2 м. Верхний отдел карбона представлен известняками касимовского водоносного горизонта и пестроцветными глинами. Мощность касимовского горизонта около 50 м. Мощность глинистых отложений составляет 8-12 м.
Средний отдел юры на изучаемой территории представлен келловейским ярусом, который сложен черными глинами мощностью на западе 15 м., на востоке 9 м.
Нижний мел на данной территории представлен аптским ярусом, сложенным песками мощностью 11м. Пески обводнены.
Отложения четвертичной системы имеют широкое распространение и представлены пролювиальными, флювиогляциальными и ледниковыми осадками. Среднечетвертичные ледниковые отложения представлены: моренными суглинками мощностью на западе 21 м., на востоке 11 м., флювиогляциальными песками и супесью. Пролювиальные отложения представлены суглинками мощностью от 2 до 5 м.
1.2 Гидрогеологические условия
На изучаемой территории развито два водоносных комплекса: касимовский и подольско-мячковский.
Водовмещающими породами касимовского горизонта являются известняки с прослоями глинистых известняков мощностью 48-49 м. Водоносный горизонт напорный, верхним водоупором служат юрские черные глины, а нижним пестроцветные глины. Пьезометрический уровень расположен на глубине в западной части разреза 42 м, в восточной - 31 м.
Водовмещающими породами подольско-мячковского горизонта также являются известняки мощностью 34-39 м. Водоупор представлен глинами. Пьезометрический уровень этого горизонта расположен на глубине 45 м, то есть ниже уровня касимовского горизонта.
Пьезометрический уровень подольско-мячковского горизонта расположен ниже уровня касимовского горизонта. Таким образом, возможен переток воды через водоупор из касимовского горизонта в подольско-мячковский, а следовательно, подольско-мячковский водоносный горизонт может быть подвержен загрязнению. Используя данные по скважинам был построен геолого-гидрогеологический разрез по линии 1-13.
В качестве исследуемых показателей были приняты следующие: защищенность подольско-мячковского горизонта; суммарная защищенность подольско-мячковского горизонта; положение пьезометрического уровня касимовского водоносного горизонта; положение пьезометрического уровня подольско-мячковского водоносного горизонта; вертикальный градиент, определяющий направление и интенсивность перетекания между касимовским и подольско-мячковским водоносными горизонтами; водопроводимость подольско-мячковского водоносного горизонта; функциональный тип территории; уровень концентрации хлоридов в подземных водах подольско-мячковского водоносного горизонта; По первым четырем показателям были построены карты на основе данных по скважинам. Также были построены карты водопроводимости, типа территории и концентрации хлоридов в воде.
1.3 Техногенные условия
Анализ рисунков 6, 7 и 8 показал, что для территорий с/х назначения загрязнение хлоридами подольско-мячковского горизонта наибольшее и превышает 3 ПДК, но есть небольшая территория на северо-западе района, где содержание хлоридов < 1 ПДК. Что, видимо, связано с хорошей защищенностью на данной территории водоносного горизонта.
Территория индустриального назначения характеризуется содержанием хлоридов < 1 ПДК и 1-3 ПДК.
Селитебным районам соответствует содержание хлоридов в подольско-мячковском горизонте < 1 ПДК и 1-3 ПДК, но есть небольшая зона, где это содержание превышает 3 ПДК. Видимо, это связано с тем, что здесь сосредоточены большие участки с/х и индустриального использования.
Таким образом, можно сделать вывод, что максимальное загрязнение хлоридами водоносного горизонта происходит в основном в области распространения с/х угодий.
Для формирования информационной модели имеющиеся карты значений показателей разбили на 96 блоков, размер каждого составил 1x1 км, и вычислили средние значения этих показателей по блоку.
| Вертикальный градиент вычислялся как разность уровней касимовского и подольско-мячковского водоносных горизонтов, отнесенная к мощности кривякинского водоупора: Подсчитанные средние значения показателей представлены в таблице 1. Таблица 1. Средние значения показателей по блокам № блока |
Суммарная защищенность |
Защищенность |
Уровень |
Уровень |
Вертикальный градиент |
| 1 |
25,6 |
0 |
33 |
38,3 |
-5,3 |
| 2 |
24,5 |
3,9 |
34,1 |
32,4 |
0,435897 |
| 3 |
28,9 |
7,5 |
32,8 |
31,9 |
0,12 |
| 4 |
32,5 |
11,4 |
32,1 |
33,2 |
-0,09649 |
| 5 |
33,7 |
14,8 |
31,1 |
34,2 |
-0,20946 |
| 6 |
33,1 |
17,0 |
31,4 |
34,7 |
-0,19412 |
| 7 |
33,0 |
14,6 |
31,2 |
36,3 |
-0,34932 |
| 8 |
32,2 |
12,6 |
30,1 |
38,9 |
-0,69841 |
| 9 |
33,3 |
14,4 |
33,3 |
38,1 |
-0,33333 |
| 10 |
37,0 |
19,1 |
36,6 |
37,1 |
-0,02618 |
| 11 |
39,0 |
22,5 |
40,5 |
38,4 |
0,093333 |
| 12 |
39,2 |
24,0 |
43 |
42 |
0,041667 |
| 13 |
25,2 |
0 |
34,3 |
39,1 |
-4,8 |
| 14 |
23,8 |
3,3 |
32,8 |
33,4 |
-0,18182 |
| 15 |
26,7 |
6,8 |
31,1 |
29,8 |
0,191176 |
| 16 |
32,0 |
10,6 |
29,9 |
31,0 |
-0,10377 |
| 17 |
37,3 |
14,0 |
28,4 |
32,3 |
-0,27857 |
| 18 |
38,3 |
15,5 |
28,1 |
33,6 |
-0,35484 |
| 19 |
34,9 |
13,5 |
29,6 |
37,8 |
-0,60741 |
| 20 |
32,7 |
11,7 |
29,8 |
40,6 |
-0,92308 |
| 21 |
36,3 |
13,6 |
31,7 |
40,3 |
-0,63235 |
| 22 |
39,1 |
18,2 |
35 |
37,1 |
-0,11538 |
| 23 |
42,5 |
22,3 |
39,1 |
38,1 |
0,044843 |
| 24 |
42,6 |
23,6 |
42,5 |
40,3 |
0,09322 |
| 25 |
25,4 |
1,5 |
33,9 |
41,2 |
-4,86667 |
| 26 |
23,5 |
4,2 |
32,2 |
33,8 |
-0,38095 |
| 27 |
25,7 |
6,6 |
30,8 |
32,1 |
-0,19697 |
| 28 |
31,0 |
10,8 |
29,3 |
34 |
-0,43519 |
| 29 |
34,9 |
14,3 |
28,1 |
36,1 |
-0,55944 |
| 30 |
33,6 |
14,2 |
32.8 |
39 |
-0,43662 |
| 31 |
32,5 |
12,5 |
36.2 |
42,4 |
-0,496 |
| 32 |
31,4 |
10,5 |
33.9 |
43,7 |
-0,93333 |
| 33 |
34,4 |
12,4 |
31.6 |
39,8 |
-0,66129 |
| 34 |
37,9 |
16,9 |
33.3 |
36,4 |
-0,18343 |
| 35 |
40,1 |
20,1 |
37.1 |
36,4 |
0,034826 |
| 36 |
41,1 |
22,3 |
40.6 |
36,1 |
0,201794 |
| 37 |
25,1 |
2,3 |
33.3 |
42,1 |
-3,82609 |
| 38 |
23,2 |
5,5 |
32.1 |
39,1 |
-1,27273 |
| 39 |
25,0 |
9,9 |
31.4 |
38,4 |
-0,70707 |
| 40 |
28,5 |
11,6 |
29.7 |
39,7 |
-0,86207 |
| 41 |
27,5 |
12,5 |
29.5 |
41,3 |
-0,944 |
| 42 |
26,2 |
11,9 |
33.3 |
43,1 |
-0,82353 |
| 43 |
26,5 |
10,6 |
41.2 |
46,5 |
-0,5 |
| 44 |
30,2 |
9,3 |
39.1 |
45,0 |
-0,63441 |
| 45 |
32,5 |
11,1 |
33.8 |
39,4 |
-0,5045 |
| 46 |
34,5 |
14,7 |
31.5 |
36,5 |
-0,34014 |
| 47 |
36,6 |
17,7 |
35.3 |
35,7 |
-0,0226 |
| 48 |
38,2 |
20,1 |
40.5 |
34,5 |
0,298507 |
| 49 |
25,0 |
3,3 |
34.1 |
44,0 |
-3 |
| 50 |
24,4 |
7,0 |
32.3 |
43,9 |
-1,65714 |
| 51 |
22,5 |
11,3 |
31.2 |
43,8 |
-1,11504 |
| 52 |
24,3 |
10,9 |
30.8 |
43,9 |
-1,20183 |
| 53 |
24,9 |
10,0 |
31.2 |
44,3 |
-1,31 |
| 54 |
26,9 |
9,1 |
31.3 |
45,0 |
-1,50549 |
| 55 |
27,2 |
8,1 |
36.9 |
43,6 |
-0,82716 |
| 56 |
26,8 |
7,3 |
42.9 |
42,8 |
0,013699 |
| 57 |
27,8 |
9,7 |
37.5 |
42,1 |
-0,47423 |
| 58 |
30,3 |
13,3 |
34.7 |
38,8 |
-0,30827 |
| 59 |
33,1 |
15,7 |
35.4 |
36,1 |
-0,04459 |
| 60 |
35,1 |
18,2 |
38.8 |
34,3 |
0,247253 |
| 61 |
26,1 |
3,9 |
34.7 |
43,6 |
-2,28205 |
| 62 |
24,1 |
8,7 |
33.2 |
43,4 |
-1,17241 |
| 63 |
22,1 |
9,7 |
32.5 |
42,8 |
-1,06186 |
| 64 |
23,8 |
9,1 |
32.6 |
42,9 |
-1,13187 |
| 65 |
26,9 |
7,4 |
32.3 |
43,5 |
-1,51351 |
| 66 |
28,4 |
6,6 |
32.5 |
44,5 |
-1,81818 |
| 67 |
27,4 |
6,4 |
32.2 |
43,3 |
-1,73438 |
| 68 |
25,4 |
8,2 |
38.1 |
43,3 |
-0,63415 |
| 69 |
24,8 |
10,7 |
37.8 |
42,4 |
-0,42991 |
| 70 |
27,9 |
13,7 |
36.5 |
38,6 |
-0,15328 |
| 71 |
31,5 |
15,8 |
36.3 |
36,1 |
0,012658 |
| 72 |
33,1 |
18,1 |
38.2 |
34,1 |
0,226519 |
| 73 |
26,6 |
4,9 |
35.6 |
42,1 |
-1,32653 |
| 74 |
24,8 |
8,5 |
34.2 |
41,2 |
-0,82353 |
| 75 |
22,7 |
8,2 |
34.5 |
40,5 |
-0,73171 |
| 76 |
23,6 |
6,6 |
34.7 |
40,4 |
-0,86364 |
| 77 |
26,3 |
4,7 |
34.3 |
41,5 |
-1,53191 |
| 78 |
28,4 |
7,3 |
34.1 |
42,4 |
-1,13699 |
| 79 |
27,8 |
9,8 |
34.6 |
43,4 |
-0,89796 |
| 80 |
26,4 |
11,0 |
34.8 |
44,5 |
-0,88182 |
| 81 |
25,5 |
12,1 |
35.6 |
41,2 |
-0,46281 |
| 82 |
26,3 |
15,2 |
36.3 |
37,2 |
-0,05921 |
| 83 |
29,5 |
17,2 |
37.1 |
35,4 |
0,098837 |
| 84 |
31,5 |
19,6 |
37.2 |
34,1 |
0,158163 |
| 85 |
26,7 |
5,4 |
35.7 |
39,7 |
-0,74074 |
| 86 |
25,4 |
6,1 |
35.9 |
39,1 |
-0,52459 |
| 87 |
23,5 |
5,1 |
36.3 |
38,2 |
-0,37255 |
| 88 |
22,7 |
5,6 |
36.7 |
37,4 |
-0,125 |
| 89 |
25,1 |
5,8 |
36.4 |
38,4 |
-0,34483 |
| 90 |
27,1 |
8,8 |
37.4 |
39,2 |
-0,20455 |
| 91 |
28,1 |
11,7 |
37.5 |
41,1 |
-0,30769 |
| 92 |
29,6 |
14,9 |
37.9 |
42,1 |
-0,28188 |
| 93 |
28,9 |
16,8 |
37.8 |
40,9 |
-0,18452 |
| 94 |
28,3 |
18,3 |
37.4 |
37,6 |
-0,01093 |
| 95 |
29,5 |
19,6 |
37.5 |
34,3 |
0,163265 |
| 96 |
30,9 |
21,1 |
37.2 |
34,1 |
0,146919 |
| max |
42,6 |
24 |
43 |
46,5 |
0,4359 |
| min |
22,1 |
1 |
28,1 |
29,8 |
-5,3 |
· Далее было произведено разделение территории на обучающую и тестируемую. В нашем случае все 96 блоков на карте являются обучающими. А значения тестируемой части карты были даны изначально. Для оценки взаимной информативности имеющиеся средние значения показателей необходимо ранжировать. Для этого все имеющиеся 96 значений поделили на 3 ранга.
Важным является то, что число значений относящихся к тому или иному рангу не должно быть меньше 10. Иначе необходимо изменять шаги ранжирования. В нашем случае этим обстоятельством осложнилось ранжирование вертикального градиента, поэтому пришлось изменить шаги ранжирования, которые оказались неравнозначными. Ранжирование показателей приведено в таблице 2.
| Таблица 2. Ранжирование показателей № п/п |
Показатели |
Значения показателей по рангам |
||
| 1 |
2 |
3 |
||
| 1 |
Защищенность |
[0 – 8) |
[8 – 16) |
[16 – 24] |
| 2 |
Суммарная защищенность |
[22,1 – 28,9) |
[28,9 – 35,7) |
[35,7- 42,6] |
| 3 |
Уровень |
[28,1 – 33,1) |
[33,1 – 38,1) |
[38,1 – 43,0] |
| 4 |
Уровень |
[29,8 - 35,4) |
[35,4 – 40,9) |
[40,9 – 46,5] |
| 5 |
Вертикальный градиент |
[-5,3: -1,0) |
[-1,0: -0,3) |
[-0,3 0,4539) |
| 6 |
Водопроводимость |
< 100 |
100-200 |
> 200 |
| 7 |
Тип территории |
индустриал |
селитебная |
с/х |
| 8 |
Содержание хлоридов в |
< 1 ПДК |
1-3 ПДК |
> 3 ПДК |
Проранжировав показатели, произведем переход от средних значений показателей к рангам. Ранжированные значения показателей по блокам приведены в таблице 3.
| Таблица 3. Ранжированные значения показателей по блокам № блока |
Суммарная защищенность |
Защищенность |
Уровень |
Уровень |
Вертикальный градиент |
Водопроводимость T |
Тип территории |
Содержание хлоридов в |
| 1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
3 |
3 |
1 |
| 2 |
1 |
1 |
2 |
1 |
3 |
3 |
3 |
1 |
| 3 |
2 |
1 |
1 |
1 |
3 |
3 |
2 |
2 |
| 4 |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
2 |
2 |
| 5 |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
3 |
3 |
| 6 |
2 |
3 |
1 |
1 |
3 |
2 |
3 |
2 |
| 7 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
| 8 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 9 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 10 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3 |
3 |
1 |
1 |
| 11 |
3 |
3 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
| 12 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
1 |
3 |
3 |
| 13 |
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
3 |
3 |
1 |
| 14 |
1 |
1 |
1 |
1 |
3 |
3 |
3 |
1 |
| 15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
3 |
3 |
2 |
2 |
| 16 |
2 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
2 |
2 |
| 17 |
3 |
2 |
1 |
1 |
3 |
2 |
3 |
3 |
| 18 |
3 |
2 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
| 19 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
| 20 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 21 |
3 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 22 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3 |
3 |
1 |
1 |
| 23 |
3 |
3 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
| 24 |
3 |
3 |
3 |
2 |
3 |
1 |
3 |
3 |
| 25 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
3 |
2 |
2 |
| 26 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
3 |
3 |
1 |
| 27 |
1 |
1 |
1 |
1 |
3 |
3 |
3 |
1 |
| 28 |
2 |
2 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
| 29 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
3 |
| 30 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
| 31 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
1 |
| 32 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
| 33 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 34 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3 |
3 |
2 |
2 |
| 35 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
| 36 |
3 |
3 |
3 |
2 |
3 |
1 |
3 |
3 |
| 37 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
3 |
3 |
1 |
| 38 |
1 |
1 |
1 |
2 |
1 |
3 |
2 |
2 |
| 39 |
1 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
| 40 |
1 |
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
| 41 |
1 |
2 |
1 |
3 |
2 |
2 |
3 |
3 |
| 42 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
| 43 |
1 |
2 |
3 |
3 |
2 |
2 |
2 |
1 |
| 44 |
2 |
2 |
3 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
| 45 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 46 |
2 |
2 |
1 |
2 |
2 |
3 |
1 |
1 |
| 47 |
3 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
2 |
| 48 |
3 |
3 |
3 |
1 |
3 |
1 |
3 |
3 |
| 49 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
3 |
2 |
2 |
| 50 |
1 |
1 |
1 |
3 |
1 |
2 |
1 |
2 |
| 51 |
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
2 |
1 |
1 |
| 52 |
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
3 |
2 |
1 |
| 53 |
1 |
2 |
1 |
3 |
2 |
2 |
3 |
3 |
| 54 |
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
1 |
3 |
3 |
| 55 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
1 |
1 |
| 56 |
1 |
1 |
3 |
3 |
3 |
3 |
2 |
1 |
| 57 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
1 |
2 |
| 58 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
3 |
| 59 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
| 60 |
2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
2 |
3 |
1 |
| 61 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
3 |
2 |
2 |
| 62 |
1 |
2 |
2 |
3 |
1 |
2 |
1 |
2 |
| 63 |
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
2 |
1 |
1 |
| 64 |
1 |
2 |
1 |
3 |
1 |
3 |
2 |
1 |
| 65 |
1 |
1 |
1 |
3 |
1 |
2 |
3 |
3 |
| 66 |
1 |
1 |
1 |
3 |
1 |
1 |
3 |
3 |
| 67 |
1 |
1 |
1 |
3 |
1 |
3 |
1 |
1 |
| 68 |
1 |
2 |
3 |
3 |
2 |
3 |
2 |
1 |
| 69 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
1 |
2 |
| 70 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
| 71 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
| 72 |
2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
2 |
3 |
1 |
| 73 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
3 |
2 |
2 |
| 74 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
1 |
1 |
| 75 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
1 |
| 76 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
| 77 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
3 |
| 78 |
1 |
1 |
2 |
3 |
1 |
1 |
3 |
2 |
| 79 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
1 |
1 |
| 80 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
2 |
| 81 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
1 |
1 |
2 |
| 82 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 |
| 83 |
2 |
3 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
2 |
| 84 |
2 |
3 |
2 |
1 |
3 |
2 |
3 |
1 |
| 85 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2 |
2 |
| 86 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
| 87 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
1 |
| 88 |
1 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
2 |
1 |
| 89 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
3 |
| 90 |
1 |
2 |
2 |
2 |
3 |
1 |
3 |
3 |
| 91 |
1 |
2 |
2 |
3 |
2 |
3 |
1 |
1 |
| 92 |
2 |
2 |
2 |
3 |
3 |
3 |
2 |
1 |
| 93 |
2 |
3 |
2 |
3 |
3 |
1 |
1 |
2 |
| 94 |
1 |
3 |
2 |
2 |
3 |
1 |
2 |
2 |
| 95 |
2 |
3 |
2 |
1 |
3 |
2 |
3 |
3 |
| 96 |
2 |
3 |
2 |
1 |
3 |
2 |
3 |
1 |
Число значений каждого из показателей, попавших в тот или иной ранг, приведены в таблице 4.
| Таблица 4. Число значений попавших в ранги № п/п |
Показатели |
Число значений показателей входящих в ранг |
||
| 1 |
2 |
3 |
||
| 1 |
Защищенность |
27 |
49 |
20 |
| 2 |
Суммарная защищенность |
22 |
30 |
14 |
| 3 |
Уровень |
35 |
49 |
12 |
| 4 |
Уровень |
19 |
40 |
37 |
| 5 |
Вертикальный градиент |
20 |
39 |
37 |
| 6 |
Водопроводимость |
16 |
40 |
40 |
| 7 |
Тип территории |
19 |
42 |
35 |
| 8 |
Содержание хлоридов в |
39 |
36 |
21 |
Аналогичные формулы для: сложных двоичных признаков: сложных троичных признаков. В нашем случае в качестве функции отклика является содержание хлоридов в водоносном горизонте. Таким образом, имея ввиду наличие 3-х рангов по хлору полная информативность равняется: начения логарифмов приведены в приложении 1. Узнав значения логарифмов получаем полную информативность: 
бит
.
В дальнейшем при расчете взаимной информативности признаков 145,9 бит будут приняты за 100% информативности, по отношению к которой и будет выясняться наибольшая информативность признаков.
Производим расчет информативности простых признаков.
1. Суммарная защищенность.
2.
| Cl |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
22 |
20 |
10 |
|
| 2 |
14 |
12 |
4 |
|
| 3 |
3 |
6 |
5 |
|
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-143=2,9 бит |
В дальнейшем при расчете информативности в скобочках сразу будут приведены значения 
.
2. Защищенность.
| Cl |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
11 |
12 |
4 |
27=39,31 |
| 2 |
22 |
17 |
10 |
49=74,3 |
| 3 |
6 |
9 |
5 |
20=30,8 |
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-144,41=1,5 бит |
1. Уровень касимовского горизонта
| Cl |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
15 |
12 |
8 |
35=51,7 |
| 2 |
19 |
23 |
7 |
49=70,7 |
| 3 |
5 |
3 |
4 |
12=18,7 |
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-141, 1=4,8 бит |
2. Уровень подольско-мячковского горизонта
| Cl |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
8 |
7 |
4 |
19=29,1 |
| 2 |
16 |
16 |
8 |
40=60,9 |
| 3 |
15 |
15 |
7 |
37=55,8 |
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-145,8=0,1 бит |
3. Вертикальный градиент
| Cl |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
8 |
8 |
4 |
20=30,4 |
| 2 |
19 |
15 |
5 |
39=55,2 |
| 3 |
12 |
15 |
10 |
37=57,9 |
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-143,5=2,4 бит |
4. Водопроводимость
| Cl Т |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
- |
6 |
10 |
16=15,3 |
| 2 |
13 |
18 |
9 |
40=61,2 |
| 3 |
26 |
14 |
- |
40=37,4 |
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-113,9=32 бит |
| Тип территории Cl ТТ |
1 |
2 |
3 |
|
| 1 |
12 |
7 |
- |
19=17,5 |
| 2 |
16 |
23 |
3 |
42=53,1 |
| 3 |
11 |
8 |
16 |
35=53,5 |
|
|
39 |
38 |
19 |
145,9-124,1=21,8 бит |
Все произведенные выше расчеты информативности простых признаков приведены в таблице 5.
| Таблица 5. Информативность простых признаков Показатели |
Информативность |
|
| бит |
% |
|
| Суммарная защищенность |
2,9 |
1,9 |
| Защищенность |
1,5 |
1,0 |
| Уровень касимовского горизонта |
4,8 |
3,3 |
| Уровень подольско-мячковского горизонта |
0,1 |
0,06 |
| Вертикальный градиент |
2,4 |
1,6 |
| Водопроводимость |
32 |
21,9 |
| Тип территории |
21,8 |
14,9 |
| Уровень концентрации хлоридов |
145,9 |
100 |
Анализируя полученные результаты можно сказать, что половина признаков оказались практически не информативными, и ни один из признаков не показал минимальной информативности в 30% для дальнейшего их использования для диагностики и прогнозирования экологического состояния ПТГГС.
В сложившейся ситуации необходимо сформировать сложные двоичные и троичные признаки, чтобы повысить информативность имеющихся признаков с помощью способа перебора. Для этого выбираем 4 наиболее информативных признака таких как: суммарная защищенность; уровень касимовского горизонта; водопроводимость; тип территории (
).
Нам необходимо выбрать 3 наиболее информативных двоичных признака и 1 троичный.
Вначале сформируем двоичные признаки и выберем наиболее информативные из них.
Здесь и в дальнейшем будут указаны в отдельном столбце сразу значения относительной информативности.
1. Суммарная защищенность и уровень касимовского горизонта (
).
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 12 |
11 |
15 |
5 |
31 |
45,3 |
| 21 |
6 |
6 |
2 |
14 |
20,3 |
| 22 |
6 |
5 |
2 |
13 |
18,9 |
| 32 |
2 |
3 |
- |
5 |
4,9 |
| 33 |
- |
2 |
4 |
6 |
5,5 |
| 11 |
8 |
5 |
5 |
18 |
27,8 |
| 31 |
1 |
1 |
1 |
3 |
3,75 |
| 13 |
3 |
- |
- |
3 |
0 |
| 23 |
2 |
1 |
- |
3 |
2,8 |
| сумма |
96 |
130,25 |
|||
| 145,9-130,25=15,7 бит |
|||||
3. Суммарная защищенность и водопроводимость (
).
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 13 |
17 |
10 |
- |
27 |
25,7 |
| 23 |
7 |
3 |
- |
10 |
8,8 |
| 22 |
5 |
8 |
3 |
16 |
23,6 |
| 33 |
3 |
1 |
- |
4 |
3,2 |
| 32 |
- |
5 |
1 |
6 |
3,7 |
| 31 |
1 |
- |
4 |
5 |
3,6 |
| 12 |
6 |
5 |
5 |
16 |
25,3 |
| 11 |
- |
5 |
5 |
10 |
10 |
| 21 |
- |
1 |
1 |
2 |
2 |
| сумма |
96 |
105,9 |
|||
| 145,9-105,9=40 бит |
|||||
4. Суммарная защищенность и тип территории (
)
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 13 |
7 |
2 |
8 |
17 |
24,2 |
| 22 |
8 |
6 |
1 |
15 |
18,8 |
| 23 |
5 |
5 |
3 |
13 |
20,1 |
| 31 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 32 |
1 |
5 |
- |
6 |
3,8 |
| 33 |
- |
1 |
5 |
6 |
3,9 |
| 12 |
6 |
12 |
2 |
20 |
25,9 |
| 21 |
1 |
1 |
- |
2 |
2 |
| 11 |
9 |
6 |
- |
15 |
13,1 |
| сумма |
96 |
111,8 |
|||
| 145,9-111,8=34,1 бит |
|||||
5. Уровень касимовского горизонта и водопроводимость (
)
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 23 |
13 |
9 |
- |
22 |
21,5 |
| 12 |
4 |
8 |
6 |
18 |
27,5 |
| 13 |
11 |
4 |
- |
15 |
20,1 |
| 22 |
6 |
8 |
3 |
17 |
25,2 |
| 21 |
- |
6 |
4 |
10 |
9,7 |
| 32 |
3 |
2 |
- |
5 |
4,8 |
| 31 |
- |
- |
4 |
4 |
0 |
| 33 |
2 |
1 |
- |
3 |
2,8 |
| 11 |
- |
- |
2 |
2 |
0 |
| сумма |
96 |
104,1 |
|||
| 145,9-104,1=41,8 бит |
|||||
6. Уровень касимовского горизонта и тип территории (
)
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 23 |
6 |
5 |
4 |
15 |
23,5 |
| 12 |
8 |
8 |
- |
16 |
16 |
| 13 |
3 |
3 |
8 |
14 |
20 |
| 22 |
6 |
11 |
3 |
20 |
28,1 |
| 21 |
8 |
6 |
- |
14 |
13,8 |
| 32 |
3 |
3 |
- |
6 |
6 |
| 33 |
2 |
- |
4 |
6 |
5,5 |
| 11 |
4 |
1 |
- |
5 |
3,6 |
| сумма |
96 |
116,5 |
|||
| 145,9-116,5=29,4 бит |
|||||
7. Водопроводимость и тип территории 
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 33 |
7 |
- |
- |
7 |
0 |
| 32 |
12 |
14 |
- |
26 |
25,9 |
| 22 |
4 |
8 |
- |
12 |
11 |
| 23 |
4 |
7 |
9 |
20 |
30,3 |
| 31 |
7 |
- |
- |
14 |
0 |
| 13 |
- |
1 |
7 |
8 |
4,3 |
| 21 |
5 |
3 |
- |
8 |
7,6 |
| 11 |
- |
4 |
- |
4 |
0 |
| 12 |
- |
1 |
3 |
4 |
3,2 |
| сумма |
96 |
82,3 |
|||
| 145,9-82,3=63,6 бит |
|||||
Анализируя имеющиеся результаты расчетов, выбираем 3 двоичных признака с наибольшей информативностью: 
, , .
Теперь необходимо сформировать троичные признаки.
1. Суммарная защищенность, уровень касимовского горизонта и водопроводимость 
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 123 |
9 |
7 |
- |
16 |
15,8 |
| 112 |
2 |
2 |
3 |
7 |
10,9 |
| 113 |
6 |
3 |
- |
9 |
8,3 |
| 111 |
- |
- |
2 |
2 |
0 |
| 133 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 121 |
- |
5 |
3 |
8 |
7,6 |
| 221 |
- |
1 |
1 |
2 |
2 |
| 222 |
3 |
3 |
1 |
7 |
10,1 |
| 232 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 122 |
3 |
3 |
2 |
8 |
12,5 |
| 223 |
3 |
1 |
- |
4 |
3,2 |
| 213 |
4 |
1 |
- |
5 |
3,6 |
| 212 |
2 |
5 |
2 |
9 |
12,9 |
| 323 |
2 |
1 |
- |
3 |
2,8 |
| 332 |
- |
2 |
- |
2 |
0 |
| 331 |
- |
- |
4 |
4 |
0 |
| 312 |
- |
1 |
1 |
2 |
2 |
| 313 |
1 |
- |
- |
1 |
0 |
| 322 |
- |
2 |
- |
2 |
0 |
| 233 |
- |
1 |
- |
1 |
0 |
| сумма |
96 |
91,7 |
|||
| 145,9-91,7=54,2 бит |
|||||
2. Уровень касимовского горизонта, водопроводимость и тип территории 
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 233 |
4 |
- |
- |
4 |
0 |
| 132 |
6 |
4 |
- |
10 |
9,7 |
| 122 |
2 |
4 |
- |
6 |
5,5 |
| 123 |
- |
3 |
6 |
9 |
8,3 |
| 232 |
5 |
9 |
- |
14 |
13,2 |
| 231 |
4 |
- |
- |
4 |
0 |
| 322 |
1 |
2 |
- |
3 |
2,8 |
| 313 |
- |
- |
4 |
4 |
0 |
| 133 |
3 |
- |
- |
3 |
0 |
| 222 |
1 |
2 |
- |
8 |
12,5 |
| 223 |
2 |
4 |
3 |
9 |
13,8 |
| 332 |
2 |
1 |
- |
3 |
2,8 |
| 131 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 121 |
2 |
1 |
- |
3 |
2,8 |
| 113 |
- |
- |
2 |
2 |
0 |
| 211 |
- |
4 |
1 |
4 |
0 |
| 212 |
- |
1 |
3 |
4 |
3,2 |
| 323 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 221 |
3 |
2 |
- |
5 |
4,8 |
| 213 |
- |
1 |
1 |
2 |
2 |
| сумма |
96 |
71,7 |
|||
| 145,9-71,7=71,7 бит |
|||||
3. Суммарная защищенность, уровень касимовского горизонта и тип территории 
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 122 |
1 |
8 |
1 |
10 |
9,2 |
| 112 |
2 |
4 |
- |
6 |
5,5 |
| 111 |
2 |
1 |
- |
3 |
2,8 |
| 113 |
4 |
- |
5 |
9 |
8,9 |
| 121 |
6 |
5 |
1 |
12 |
15,9 |
| 132 |
3 |
- |
- |
3 |
0 |
| 223 |
2 |
2 |
1 |
5 |
7,6 |
| 233 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 232 |
- |
1 |
- |
1 |
0 |
| 123 |
4 |
2 |
3 |
9 |
13,8 |
| 221 |
- |
1 |
- |
1 |
0 |
| 212 |
5 |
4 |
- |
9 |
8,9 |
| 213 |
- |
2 |
2 |
4 |
4 |
| 321 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 332 |
- |
2 |
- |
2 |
0 |
| 333 |
- |
- |
4 |
4 |
0 |
| 313 |
- |
1 |
1 |
2 |
2 |
| 312 |
1 |
- |
- |
1 |
0 |
| 322 |
- |
2 |
- |
2 |
0 |
| 211 |
1 |
- |
- |
1 |
0 |
| сумма |
96 |
86,3 |
|||
| 145,9-86,3=59,6 бит |
|||||
4. Суммарная защищенность, водопроводимость и тип территории 
| Cl |
1 |
2 |
3 |
Сумма |
Относительная информативность |
| 133 |
7 |
- |
- |
7 |
0 |
| 232 |
6 |
3 |
- |
9 |
8,3 |
| 222 |
3 |
3 |
- |
6 |
6 |
| 223 |
4 |
5 |
3 |
12 |
18,7 |
| 331 |
2 |
- |
- |
2 |
0 |
| 322 |
- |
4 |
- |
4 |
0 |
| 313 |
- |
- |
4 |
4 |
0 |
| 132 |
5 |
10 |
- |
15 |
13,8 |
| 323 |
- |
1 |
1 |
2 |
2 |
| 332 |
1 |
1 |
- |
2 |
2 |
| 122 |
1 |
1 |
- |
2 |
2 |
| 121 |
5 |
3 |
- |
8 |
7,6 |
| 113 |
- |
1 |
3 |
4 |
3,2 |
| 131 |
4 |
- |
- |
4 |
0 |
| 111 |
- |
3 |
- |
3 |
0 |
| 212 |
- |
- |
1 |
1 |
0 |
| 112 |
- |
1 |
2 |
3 |
2,8 |
| 211 |
- |
1 |
- |
1 |
0 |
| 231 |
1 |
- |
- |
1 |
0 |
| сумма |
96 |
70,3 |
|||
| 145,9-70,3=75,6 бит |
|||||
В результате проведения расчетов информативности методом перебора, необходимо выбрать наиболее информативных три двоичных и один троичный признаков для того, чтобы произвести тестирование модели. Итоговые значения наиболее информативных сложных двоичных и троичных признаков сведены в таблице 6.
Таблица 6. Наиболее информативные сложные признаки
| Показатели |
Информативность |
|
| Бит |
% |
|
|
|
40,0 |
27,4 |
|
|
41,8 |
28,6 |
|
|
63,6 |
43,6 |
|
|
75,6 |
51,9 |
| Уровень концентрации хлоридов |
145,9 |
100 |
3. Тестирование модели
После определения более информативных сложных признаков необходимо произвести тестирование сформированной модели для выяснения её пригодности для дальнейшего прогноза. Для этого используется контрольная модель, с помощью которой, с использованием матриц взаимных переходов, считается сумма голосов. В контрольной части смотрят сочетание значений признаков и по матрице взаимных переходов определяют количество попаданий этих сочетаний в 1, 2 и 3 ранг по хлору и в итоге суммируют их. Тот ранг, в который попадет наибольшее значение сочетаний, будет считаться прогнозным. Этот ранг будет сравниваться с фактическим значением ранга по хлору. Чем больше будет совпадений прогнозных значений с фактическими, тем более пригодной для прогноза окажется наша модель.
Результаты диагностирования модели приведены в таблице 7
| Таблица 7. Диагностирование модели № блока |
Ранги |
Содержание хлора |
|||
| 1 |
2 |
3 |
фактическое |
прогнозное |
|
| 97 |
|
|
|
2 |
1 |
| 98 |
|
|
|
1 |
2 |
| 99 |
|
|
|
3 |
1 |
| 100 |
|
|
|
2 |
3 |
| 101 |
|
|
|
2 |
2 |
| 102 |
|
|
|
2 |
3 |
| 103 |
|
|
|
3 |
2 |
| 104 |
|
|
|
2 |
2 |
| 105 |
|
|
|
2 |
1 |
| 106 |
|
|
|
1 |
3 |
| 107 |
|
|
|
2 |
2 |
| 108 |
|
|
|
1 |
3 |
| 109 |
|
|
|
2 |
1 |
| 110 |
|
|
|
1 |
2 |
| 111 |
|
|
|
3 |
1 |
| 112 |
|
|
|
2 |
3 |
| 113 |
|
|
|
2 |
2 |
| 114 |
|
|
|
2 |
3 |
| 115 |
|
|
|
3 |
1 |
| 116 |
|
|
|
2 |
2 |
| 117 |
|
|
|
2 |
1 |
| 118 |
|
|
|
1 |
3 |
| 119 |
|
|
|
2 |
2 |
| 120 |
|
|
|
1 |
3 |
Анализируя таблицу стоит обратить внимание на так называемый «отказ», который свидетельствует об недостаточности значений показателей входящих в ранг. В нашей ситуации при нашей модели, разбитой на 96 блоков, идеальным количеством значений входящих в 3 ранга составляло бы 32.. К сожалению, в нашей модели такое условие не выполняется. В некоторых случаях число значений входящих в ранг не превышает и 12. Это снижает эффективность нашей модели.
На основании составленной таблицы необходимо посчитать ошибку по формуле: 
, где 
- количество совпадений прогнозных значений и фактических.
Такая высокая ошибка свидетельствует об неэффективности сформированной нами информационной модели.
Если следовать методике диагностирования и прогноза экологического состояния ПТГГС, то после проведения тестирования имеющейся информационной модели, нам необходимо произвести прогноз состояния ПТГГС. В нашем случае, т.к. модель оказалась неэффективной, прогноз, с точки зрения здравого смысла, производить не стоит, потому что его результаты не будут корректными и достоверными. Но т.к. главной нашей целью является освоение методики проведения диагностирования и прогноза экологического состояния ПТГГС, прогноз необходимо произвести.
Результаты прогноза приведены в таблице 8.
Таблица 8. Результаты прогноза
| № блока |
Ранги |
Содержание хлора |
||
| 1 |
2 |
3 |
прогнозное |
|
| 121 |
|
|
|
1 |
| 122 |
|
|
|
2 |
| 123 |
|
|
|
1 |
| 124 |
|
|
|
3 |
| 125 |
|
|
|
2 |
| 126 |
|
|
|
3 |
| 127 |
|
|
|
1 |
| 128 |
|
|
|
2 |
| 129 |
|
|
|
1 |
| 130 |
|
|
|
3 |
| 131 |
|
|
|
2 |
| 132 |
|
|
|
3 |
Как уже было сказано выше, данный прогноз является некорректным и не представляет никакой ценности.
Заключение
В процессе проведения данной работы нами были оценены гидрогеологические, геологические и техногенные условия изучаемой территории, выяснено влияния имеющихся условий на загрязнение подольско-мячковского горизонта хлором, была сформирована информационно-диагностическая модель, подвергавшаяся тестированию. Выяснилось, что имеющаяся модель не эффективна, потому как имеет большую ошибку 
. В таком случае необходимо повышать эффективность модели, теми или иными способами.
На мой взгляд, есть несколько способов повышения эффективности модели, а именно: - замена показателей, не полностью связанных с функцией отклика и не сильно влияющих на ее изменение. В нашем случае, такими признаками, на мой взгляд, являются защищенность и вертикальный градиент, т.к. он имеет важную роль в местах перетекания, а таких мест на карте не много, поэтому его роль незначительна; - введение дополнительного показателя, такого как минерализация вод подольско-мячковского горизонта; - разбиение имеющихся значений не на 3 ранга, а, предположим, на 2 или 4 ранга; - изменить способ разбиения на обучающую и контрольную части; - уточнение достоверности исходных данных; - разбиение на ранги таким образом, чтобы в каждый ранг входило одинаковое количество значений показателя.
Список литературы
1. Учебное пособие Природно-технические гидрогеологические системы. М.: 2006 г.
2. Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б. Попов Е.В., Экологическая гидрогеология