Способ мониторинга уровня грунтовых вод в лесном массиве Российский патент 2023 года по МПК G01V9/02 E21B47/00 

Изобретение относится к лесному хозяйству и может быть использовано в области исследования факторов лесопригодности почвогрунтов в применении к конкретным лесным породам, а также найдет применение в области локализации лесных пожаров.

Способ может быть использован в лесном хозяйстве, в частности при оценке водонасыщения грунтов с привязкой к природно-климатическим условиям. Способ направлен на повышение достоверности оценки количественных показателей высоты залегания грунтовых вод.

Известен «Способ мониторинга эксплуатируемого гидротехнического сооружения, попадающего в зону гидравлического влияния нового строительства» (Беллендир Евгений Николаевич (RU), Рубин Олег Дмитриевич (RU), Щербина Владимир Иванович (RU), Поляк Леонид Ефимович (RU), Кобочкина Екатерина Михайловна (RU), Антонов Антон Сергеевич (RU). RU 2 726 234 C1, МПК E02B 3/00 (2006.01), 18.02.2020 г.) Предметом изобретения является способ мониторинга эксплуатируемого гидротехнического сооружения, попадающего в зону гидравлического влияния нового строительства на общем (для эксплуатируемого и строящегося сооружений) грунтовом основании, характеризующийся тем, что формируют в зоне между эксплуатируемым и строящимся сооружениями, по меньшей мере, один наблюдательный створ из скважин, оборудованных датчиками уровня грунтовых вод, создают компьютерную геофильтрационную модель общего грунтового основания эксплуатируемого и строящегося сооружений и компьютерную геомеханическую модель «основание - эксплуатируемое сооружение», рассчитывают с помощью указанных моделей предельно-допустимый нижний и/или верхний уровни грунтовых вод для каждого указанного датчика, наблюдают за показаниями указанных датчиков и сигнализируют об опасности необратимых деформаций эксплуатируемого сооружения, если показания, по меньшей мере, одного из указанных датчиков достигают рассчитанного предельно-допустимого уровня.

Недостатками данного способа является отсутствие комплексной оценки факторов, влияющих на уровень грунтовых вод; недостаточная точность измерения уровня грунтовых вод за пределами наблюдательного створа.

Известен «Способ инженерных грунтово-гидрологических изысканий автомобильных дорог» (Кулижников А.М., Метла Т.А. RU 2 109 872 C1 МПК

E01C 1/00 (1995.01), G01C 7/04 (1995.01)). Согласно способу инженерных грунтово-гидрологических изысканий автомобильных дорог, включающему определение в камеральных условиях границы полосы варьирования трассы и маршрута движения вездехода, разбивку маршрута и сбор информации по грунтово-гидрологическим условиям местности при прохождении вездехода со станцией, всю полосу варьирования разбивают на зоны с различными грунтово -гидрологическими условиями, в каждой зоне задают минимальное a и максимальное b расстояния между точками определения грунтово -гидрологического разреза, задают начальное направление движения под углом 35 - 55° вправо или влево по направлению воздушной линии, а сбор информации по грунтово -гидрологическим условиям местности выполняют при прохождении вездехода со станцией. Вездеход со станцией C-023 движется по начальному направлению, обходя деревья и другие препятствия, к границе полосы варьирования с фиксацией маршрута с помощью спутниковой системы GPS по установленному на вездеходе P-кодовому приемнику ASHTECH P-12; у границы полосы варьирования вездеход проходит на расстояние (a+b)/2 параллельно воздушной линии, связывающей конечные точки трассы, далее маршрут движения вездехода в обход деревьев и других препятствий выполняют по направлению к другой границе полосы варьирования трассы и определяют программой на ПЭВМ в виде коридора, границы которого находятся: ближняя на расстоянии a, дальняя на расстоянии b от траектории предыдущего маршрута, при этом при переходе из одной зоны грунтово-гидрологических условий в другую расстояния a и b соответственно изменяют, аналогичным образом производят движение вездехода по всей полосе варьирования трассы.

К недостаткам данного способа возможно отнести отсутствие возможности использования транспортно-технологических машин в условиях леса без повреждения лесной флоры.

Наиболее близким к заявленному способу такого же назначения по совокупности признаков является «Способ диагностики изменений водонасыщения слоев торфа в стратиграфии торфяной залежи» (Покровский Олег Сергеевич (RU), Кузнецов Александр Александрович (RU), Шмаков Андрей Валентинович (RU), Шмакова Галина Андреевна (RU), Шмаков Даниил Андреевич (RU). RU 2 681 270 C1, МПК G01V 99/00 (2009.01), 29.12.2017 г.) Способ работает следующим образом: на выбранном стратиграфическом участке верхового или переходного болота на фиксированном расстоянии друг от друга устанавливают две скважины. Одну из скважин устраивают по методике, используемой на болотных станциях и постах в соответствии со стандартами Росгидромета. Вторую скважину устраивают в виде обсадной трубы, проходящей через всю толщу торфяной залежи и заглубленной в грунтовое основание болота. По длине обсадной трубы расположены калиброванные отверстия на равном расстоянии друг от друга, фильтрационный расход через которые тарирован и известен. При этом положение устья второй скважины принимают за репер, ему присваивают высотное значение в любой удобной геодезической системе высот и используют его как геодезическую основу измерений. Периодически, один раз в 1-2 недели, фиксируют уровень воды в первой скважине и в обсадной трубе второй скважины, а разность уровней болотных вод соотносят с суммой осадков за период между очередными замерами. Определяют наличие и плотность корреляционной связи между разностью уровней болотных вод в упомянутых скважинах и суммой осадков за период между очередными замерами. Строят графики, по которым судят о нормальном развитии или о начале процесса деградации болота. Технический результат: диагностика изменения водонасыщения слоев торфа по глубине их залегания.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного способа, принятого за ближайший аналог, относится недостаточная точность полученной информации по площади исследуемого участка, а также отсутствие возможности корреляции полученных данных с природно-климатическими условиями для нахождения зависимости.

Задача и технический результат предлагаемого изобретения заключается в точном прогнозировании и определении многофакторной взаимосвязи уровня залегания грунтовых вод в исследуемом секторе лесного массива.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Грунтовые воды - один из видов подземных вод, находящийся между поверхностным слоем и слоем водонепроницаемой породы (инфильтрационное происхождение). Характерной особенностью грунтовых гравитационных вод является способность перемещаться, заполняя имеющиеся возможные пустоты в грунте. Расстояние от поверхности земли до установившегося уровня воды в скважине называется глубиной залегания грунтовых вод, на исследование которой и направлено предлагаемое изобретение.

Уровень грунтовых вод на обширных территориях на данный момент изучается путем прокладки гидрогеологических створов. Утверждение о равномерности уклона уровня залегания грунтовых вод к месту разгрузки (низинные болота, ручьи, реки, озера и т.п.) не всегда является достоверным. Поэтому прокладка гидрогеологической трассы не позволяет оценить все факторы, влияющие на глубину залегания грунтовых вод.

Предлагаемый вариант основан на принципе создания исследуемой плоскости методом бурения скважин в двух перпендикулярных направлениях через равные промежутки. Расстояние между скважинами выбирается исходя из принятой площади наблюдения и необходимой точности получаемого результата. Для повышения точности позиционирования измерительных скважин следует применять системы глобального позиционирования через спутниковую навигацию. В каждой измерительной скважине устанавливается программируемый микроконтроллер с измерительным оборудованием, состоящим из: датчика относительной влажности и температуры; датчика влажности почвы; датчика уровня воды. Скважине присваивается условный номер, включающий в себя порядковый номер ряда и номер скважины. Также скважины рекомендуется изолировать на уровне поверхности земли для исключения попадания внутрь земноводных и мелких млекопитающих, что существенно увеличивает трудоемкость снятия информации при классическом методе сбора данных.

На уровень залегания грунтовых вод влияет множество факторов. Изобретение позволяет исследовать взаимосвязь уровня залегания грунтовых вод в совокупности с природно-климатическими условиями: температура и влажность окружающей среды, влажность поверхностного слоя почвы климатическими датчиками, собирая информацию через временные интервалы (час, день, неделя и т.п.) зависящие от необходимого уровня статической значимости производимого исследования.

На фиг 1. представлена схема расположения измерительных скважин, создающая в совокупности систему мониторинга уровня грунтовых вод в исследуемом участке лесного массива. Данные с измерительного оборудования, расположенного на скважинах 1 с присвоенным условным номером, включающим в себя порядковый номер ряда и номер скважины, по каналу беспроводной связи 2 с заданными временными промежутками передаются в модуль-концентратор, представляющий из себя программируемый микроконтроллер центральной измерительной скважины (3) предназначенный для сбора и накопления текстовой информации на модуле SD карты. На фиг.2 представлен пример визуализации измерений уровня грунтовых вод, сформированный на основании экспериментальных данных и наглядно демонстрирующий, что методом прокладки гидрогеологических створов не всегда возможно получить объективные данные об уровне залегания грунтовых вод. На графике показаны экспериментальные данные исследуемого участка местности, проведенные для подтверждения актуальности представленного способа. По оси «х» и «у» представлена плоскость, образуемая установленными измерительными скважинами, по оси «z» продемонстрированы средние значения показателей в сантиметрах уровня грунтовых вод от поверхности земли в исследуемый промежуток времени.

Уменьшение трудоемкости сбора исследуемой информации достигается использованием технологий беспроводной передачи данных и их аккумулированием на модуле SD карты, подключенному к программируемому микроконтроллеру 3 (фиг.1). Для реализации беспроводной связи к каждому микроконтроллеру необходимо добавить часы реального времени с источником резервного питания и непосредственно модуль беспроводной связи. При наличии технической возможности возможен вариант дистанционной передачи данных, посредством GSM-технологий.

В полученных данных выявляются зависимости, качественно отображающие взаимосвязь факторов на формирование уровня грунтовых вод.

Изобретение относится к способам контроля уровня грунтовых вод в лесном массиве. Сущность: бурят скважины через равные расстояния, принимаемые исходя из необходимой точности измерений. Устанавливают в каждой скважине измерительное оборудование и измеряют уровень залегания грунтовых вод, температуру и влажность окружающей среды, влажность поверхностного слоя. Передают измеренные данные с измерительного оборудования по каналу беспроводной связи в модуль-концентратор. Определяют многофакторные взаимосвязи уровня залегания грунтовых вод с измеренными параметрами. Технический результат: повышение точности результатов мониторинга. 2 ил.

Способ мониторинга уровня грунтовых вод в лесном массиве, заключающийся в бурении скважин через равные промежутки, принимаемые исходя из необходимой точности измерений, установке в каждой скважине измерительного оборудования и измерении уровня залегания грунтовых вод, температуры и влажности окружающей среды, влажности поверхностного слоя, передаче данных с измерительного оборудования по каналу беспроводной связи в модуль-концентратор, определении многофакторной взаимосвязи уровня залегания грунтовых вод с измеренными параметрами.