При проведении изысканий и исследований состояния окружающей среды в геологических, геофизических или экологических целях одной из важных задач является пространственная интерпретация полученной информации – построение карт полей.
Источником анализируемой информации при оценке состояния окружающей среды могут быть следующие типы полей:
- потенциальные поля (магнитное, электрическое, гравитационное, температурное и аналогичные) и квазипотенциальные (карта высот или глубин – топографическая или батиметрическая карта);
- случайные или стохастические поля (геохимические поля концентраций в общем случае, в т.ч. газогеохимические).
Рис.1 – Пример потенциального электромагнитного поля напряженности от ЛЭП
Рис.2 – Пример стохастического поля зависимости степени геохимического загрязнения от расстояния до источника
Приведенные выше рисунки показывают, что осредненная линия на рисунке 2 и расчетная зависимость на рисунке 1 совпадают пол форме, хотя имеют разную природу. При этом видно, что на рисунке 2 фактические значения могут быть как выше, так и ниже графика апроскимации. График осреднения в плане может быть представлены виде карты изолиний.
Исследование потенциальных полей в основном является областью геофизических исследований или исследований физических факторой риска в экологических изысканиях и предполагает интерполяцию (между точками наблюдений) или экстраполяцию (за пределы контура наблюдений, но, как правило, не дальше половины расстояния между точками измерений.
Таблица 1 – Сравнение потенциальных и стохастических полей
Для построения карт изолиний геохимических полей используется, как правило, метод интерполяции (линейной, триангуляционной, веерной и пр.). Сущность линейного метода состоит в построении на карте по отдельным пунктам (площадкам измерений) с известными величинами (концентрациями загрязняющих веществ) системы линий, проходящих по точкам с одинаковыми числовыми значениями. Совокупность изолиний, проведенных посредством интерполяции через заранее выбранные интервалы, позволяет предположить сплошную характеристику загрязнения почвогрунтов на исследуемой территории, без учета возможных эксцессов (выбросов). С увеличением частоты сети опробования в дальнейшем будет повышаться и детализация пространственного распределения картографических материалов (фрактальные структуры). Следовательно, выбранный подход позволяет моделировать и оценить площади загрязнения земель для всей площади работ, включая как недоступные территории, так и ландшафтно чуждые участки (дороги, строения, водные объекты).
Следует также различать задачи пространственного картографирования поля и мониторинга поля. Мониторинг представляет собой регулярные наблюдения за состоянием окружающей среды в установленных программой пунктах. Картирование – это всегда более точная, техническая задача, качество выполнения которой зависит главным образом от количества отдельных пунктов с известными величинами картируемого показателя, а также регулярности сети опробования. В рамках государственного мониторинга и оценки загрязнения почвогрунтов не стоит цели обеспечивать такую точность и регулярность сети на местности.
В процессе проведения работ интерполяция может проводится с использованием средств ГИС-систем, таких как QGIS, ArcGIS, при этом могут задействоваться различные методы интерполяции (кригинг, метод обратных взвешенных расстояний, метод радиальных базисных функций), из которых выбирается наиболее подходящий для данных условий способ.
Таким образом, построение карт изолиний по стохастическим (вероятным) полям, таким как карты изолиний загрязнения тяжелыми металлами, нефтепродуктами, газогеохимическим и прочим характеристикам возможно при следующих условиях:
- данные равнодостоверные;
- число точек наблюдений большое;
- данные равномерно распределены по площади;
- на площади проведения изолиний отсутствуют участки, для которых измерения не проводились или проведенные измерения некорректны;
- распределение наблюденного поля носит нормальный (логнормальный) характер.
Рекомендуемая форма представления «карт полей» в зависимости от исходных данных представлена в таблице 2.
Таблица 2 – Рекомендуемая форма представления «карт полей» в зависимости от исходных данных