| 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
|
