Научно-исследовательская деятельность кафедры

Фактически, с даты образования (15 августа 1934 г.) и до сегодняшнего времени, на протяжении 78 лет научная деятельность кафедры основывается на разработке различных по значимости проблем преимущественно по четырем направлениям:
 

– гидрогеологическое (общая и региональная гидрогеология; формирование ресурсов, режима и состава подземных вод; разработка современных методов поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов подземных вод; минеральные и промышленные воды, шахтная гидрогеология; гидрогеология нефтяных и газовых месторождений);

– гидрогеохимическое (формирование химического состава подземных вод зоны активного водообмена; качество подземных вод, динамика изменения состава и качества подземных вод в пределах территорий градопромышленных агломераций и территорий горнодобывающих районов);

– экзогенная геодинамика (механизм проявления опасных геологических процессов (особенно карстовых), их интенсивность, условия и факторы проявления и развития, особенности распространения на фоне геодинамических обстановок, мониторинг экзогенных процессов);

– гидрогеоэкологическое (экологическое картирование техногеннонапряженных районов развития горно-добывающей промышленности Урала, зон промышленно-городских и агропромышленных агломераций, решение задач подземного захоронения трудноочищаемых сточных вод, локализация загрязнения, вопросы защищенности подземных вод).

 

Проблематика научных исследований кафедры в различные периоды видоизменялась в зависимости от актуальных требований, приобретала современные формы, но в то же время кафедрой сохранены традиции в научных приоритетах, заложенные и развиваемые её основателем – Г.А. Максимовичем и выдающимися геологами-карстоведами, гидрогеологами, работавшими на кафедре в различные периоды и составляющими «золотой фонд» геологов Прикамья.

 

Сегодня кафедра является активной участницей реализации Программы становления и развития Пермского государственного национального исследовательского университета. В рамках деятельности научно-образовательного комплекса университета «Технологии изучения, освоения, прогнозирования и управления георесурсами и геосистемами» научный потенциал коллектива кафедры реализуется по следующим научным направлениям, определенным Программой, как актуальные:
 

1. Разработка теоретических основ формирования ресурсов, режима и состава, технологий поиска, разведки и оценки эксплуатационных запасов месторождений подземных вод.

2. Геоэкология городов. Разработка теории и технологии применения пространственно-временных прогнозов проявления опасных геологических процессов в пределах градопромышленных агломераций.

3. Разработка методов и технологий оценки и прогнозирования инженерно-геологических и геоэкологических процессов.

 

Реализуя возможности, предоставляемые Программой развития национального исследовательского университета, кафедра существенно улучшила свою лабораторно-музейную базу, используемую для научных и образовательных целей не только сотрудниками, но и аспирантами и студентами (бакалаврами, магистрами, специалистами).

 

Важной структурной составляющей процесса обучения студентов является Музей динамической геологии кафедры, основанный профессором Г. А. Максимовичем в 1935 г. Направленность обучения и научно-исследовательской работы задается созданной концепцией развития музея, его фондов, экспозиций, а также уровнем развития профильных дисциплин. В настоящее время музейный фонд составляет 6000 экспонатов минералов и горных пород, размещенных по основному и научно-вспомогательному фондам. Пополнение музейных коллекций продолжается за счет экспедиционных работ кафедры и прохождения студентами геологического факультета ежегодных полевых и производственных практик, а также за счет обмена экспонатами с профилирующими учреждениями и личными коллекциями граждан. Экспозиции музея насчитывают 19 разделов. Музей располагает 50-ю учебными фильмами и соответствующей аппаратурой для их просмотра. В настоящее время на базе музея обучается более 200 студентов в неделю.

 

Уникальной структурной единицей кафедры является, успешно работающий Методический кабинет карста. В кабинете карста собрана библиотека карстологической и спелеологической литературы, составлены тематические каталоги по различным вопросам карстоведения, созданы библиотека и каталог рефератов кандидатских и докторских диссертаций по карстологической тематике с 1956 г. по сегодняшний день. Многие издания, хранящиеся в библиотеке кабинета, являются раритетными. Библиотека кабинета постоянно пополняется новыми выпусками сборников «Пещеры», «Гидрогеология и карстоведение», научных трудов карстово-спелеологических симпозиумов; изданиями сотрудников кафедры и Института карстоведения и спелеологии; научно-исследовательскими отчетами по изучению карста. В кабинете собраны видео- и слайдфильмы по карсту и пещерам различных регионов России и Мира. Студенты, школьники, специалисты-практики получают здесь консультации по карстоведению и научной спелеологии. Известные спелеологи-выпускники кафедры систематически предоставляют в кабинет карста кадастры с обновленными планами пещер Прикамья, которые используют студенты в спелеоэкспедициях.

 

К 2011 г. практически закончен процесс модернизации Лаборатории гидрохимического анализа кафедры. По сути, на сегодняшний день создана новая лаборатория, оснащенная уникальным оборудованием на уровне мировых научных центров. Деятельность лаборатории осуществляется в рамках отдельного проекта «Гидрохимические технологии анализа и прогноза состояния природно-технических систем в поверхностной и подземной гидросферах». В 2011 г. заканчена процедура аккредитации лаборатории, позволяющая официально осуществлять деятельность в области охраны окружающей среды в соответствии с ФЗ №-102 от 11.06.2008 г. и выступать в качестве независимой компетентной лаборатории. Потенциальные возможности лаборатории существенно расширены. Например, появилась возможность определения содержания нефтепродуктов в воде, в том числе идентификации извлечённых из воды нефтей, выполнения количественного анализа содержания ПАВ в воде с возможностью их качественной идентификации по ИК-спектрам поглощения, определения содержания минеральных масел в почве (ИК-Фурье-спектрометр ALPHA (Brucker)). Оборудование позволяет определять катионный (литий, калий, кальций, аммоний, стронций, барий и т.д.) и анионный (фторида, хлорида, бромида, нитрита, нитрата, фосфата, сульфата, йодида, хлорита, хлората, перхлората, бромата, тиосульфата, роданида, хромата и др.) составы различных типов вод, а также аминов и других органических веществ (двухканальная безреагентная ионохроматографическая система ICS-5000 (DIONEX, США)). Современное оборудование позволяет анализировать изотопный состав воды не только в лабораторных, но и в полевых условиях (ионохроматографическая система Изотопный анализатор воды Picarro L1102-i). Сегодня уже нет проблемы тонкого анализа водных проб – атомно-эмиссионный спектрометр индуктивно-связанной плазмой позволяет определить более 70 элементов таблицы Менделеева в различных типах вод, почве и донных отложениях. Анализ воды осуществляется высококвалифицированными специалистами - химиками-аналитиками.

 

В 2011г. была начата работа по организации учебно-научной Лаборатории гидродинамического моделирования. Процессы моделирования основаны на современном программном обеспечении, позволяющем моделировать подземный поток и загрязнение грунтовых вод (Visual MODFlow), обрабатывать опытно-фильтрационные опробования аналитическими и графоаналитическими методами по наиболее распространенным в гидрогеологической практике расчетным схемам (программный комплекс ANSDIMAT), моделировать процессы геофильтрации и массопереноса в подземной гидросфере (программная система ModTech), разрабатывать и визуализировать модели подземных вод в 3D среде, анализировать речной сток, его загрязнение, наносы, наводнения, калибровать результаты моделирования (Groundwater Modeling System 8.0 (GMS 8.0); Watershed Modeling System (WMS 8.4; Surface Water Modeling System (SMS)). Лаборатория гидродинамического моделирования полностью укомплектована оборудованием и введена в процесс обучения и научных исследований в 2012 г.

 

Наиболее крупные монографические издания и учебные пособия последних лет характеризуют исследовательские приоритеты сотрудников кафедры:
 

1. Г.А. Максимович (Георгий Алексеевич Максимович: [Научное издание] / Авт.-сост. Е.Г. Максимович, Н.Г. Максимович, В.Н. Катаев. Пермь: Изд-во «Курсив», 2004, – 512с.; Ил. 32с. (Ученые Пермского Университета).

2. Кунгурская Ледяная пещера: опыт режимных наблюдений / коллектив авторов под ред. В.Н. Дублянского. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – 376с.

3. Подземная кладовая пресных вод Сылвенского кряжа / Михайлов Г.К., Оборин А.А.; под ред. В.Н. Катаева; УрО РАН; Перм. гос.ун-т. – Пермь, 2006. – 154с.

4. Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края: энциклопедия / коллектив авторов под ред. Кудряшова А.И.; Книжная площадь. – Пермь, 2006. – 463с.

5. Методы исследования и защиты водохозяйственных объектов горнодобывающих районов / коллектив авторов под ред. Гаева А.Я.; Перм. гос. ун-т. – Пермь, 2006. -229с.

6. Подземные воды города Перми / Катаев В.Н., Щукова И.В.; Перм. гос. ун-т. – Пермь, 2006. – 142с.

7. Экологические основы водохозяйственной деятельности (на примере Оренбургской области и сопредельных территорий) / коллектив авторов под ред. Гаева А.Я.; Перм. гос. ун-т. – Пермь, 2007. – 327с.

8. Геологическое строение и нефтегазоносность Коми-Пермяцкого округа Пермского края / Александрова Т.В., Вилесова Л.А., Проворов В.М., Проворов М.В.; ГОУ ВПО ПГФА, – Пермь, 2008. – 132с.

9. Геология и карст города Кунгура: монография / В.Н. Катаев, О.И. Кадебская; Перм. гос. ун-т; ГИ УрО РАН. – Пермь, 2010. – 249с.: ил.

10. Дублянский В.Н., Дублянская Г.Н., Катаев В.Н., Костарев В.П., Толмачев В.В. Карстоведение. Ч. 3. Инженерное карстоведение: учеб. пособие / Перм. гос. нац. иссл. ун-т. – Пермь, 2011. – 288 с: ил.

 

Помимо «академической» научной работы сотрудники кафедры активно ведут полевые исследования или в составе экспедиционных кафедральных групп или в составе экспедиционных групп лабораторий Экологической геологии и Геологии техногенных процессов Естественнонаучного института. В среднем ежегодно на полевые научные исследования от производственных организаций – потенциальных партнеров кафедры привлекается и осваивается 7-7,5 млн. руб. Наиболее значимые прикладные исследования были проведены по следующим темам:
 

1. «Гидрогеологические условия нефтегазоносности и критерии их оценки по тектоническим регионам и отдельным зонам в пределах тектонических элементов Пермской области». Пермь, 2002. Гос. регистр. № 48-03-02;

2. «Оценка запасов подземных вод на Травнинском нефтяном месторождении для технологических целей», ООО «УралОйл» (2006);

3. «Оценка запасов подземных вод на Сивинском нефтяном месторождении для технологических целей», ООО «УралОйл» (2006);

4. «Поиски и оценка запасов пресных подземных вод для водоснабжения СКРУ-3 ОАО «Сильвинит», ОАО «Сильвинит» (2006);

5. «Оценка карстоопасности и карстологический прогноз на объекте реконструкции санатория «Новые ключи» в Суксунском районе Пермского края», КамНИИКИГС (2007);

6. «Проведение инженерно-геологических и инженерно-экологических изысканий на объекте «Расширение солеотвала БКПРУ-3», ОАО «Галургия» (2007);

7. «Карстологические изыскания на участках примыкания к створу Сангтудинской ГЭС-1 на р. Вахш (Таджикистан)», «Гидропроект», Москва (2007);

8. «Карстологические исследования на участках выбора створа и объектов ГЭС и ГАЭС «Халябия-Залябия» (Сирийская Арабская Республика)», «Гидропроект», Москва (2007-2008).

9. «Мониторинг закарстованных территорий Пермского края», МПР края (2008-2010); 

10. «Разработка методики гидрогеологического картирования зон повышенной трещиноватости и разработка рекомендаций по оценке запасов подземных вод, приуроченных к зонам повышенной трещиноватости», «Кировнедра», Киров (2008-2010).

11. «Оценка фонового состояния компонентов окружающей среды Половодовского участка, части Ново-Соликамского участка и части остальной площади Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей», ОАО «Камская горная компания», г. Соликамск (2010);

12. «Состав программы мониторинга окружающей среды на стадии разведки и проведения мониторинга в 2010 г. в пределах лицензионного участка, включающего Половодовский участок, часть Ново-Соликамского участка и часть остальной площади Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей», ОАО «Камская горная компания», г.Соликамск (2010);

13. Разработка и создание «Концепции геологической безопасности г. Перми», Департамент планирования и развития территории города администрации г. Перми (2010);

14. «Комплексная оценка гидрогеологического и инженерно-геологического состояния территории промышленной площадки филиала «Азот» ОАО «Объединенная химическая компания «УРАЛХИМ» в г. Березники и разработка мер по предупреждению развития опасных геологических процессов» (2011-2012 гг.).

 

Ряд договоров 2009-2010 гг. были выполнены в интересах оптимизации и безопасности работ на действующих объектах соледобычи: «Расширение солеотвала в юго-восточном направлении (Ш очередь) БКПРУ-2», «Реконструкция промышленной канализации промплощадки СКРУ-2 с обустройством русла р. Поповка», «Отработка шахтного поля рудника СКРУ-1, СКРУ-2» и др. (заказчик ОАО «Галургия»).

 

Следует отметить, что помимо работ, выполняемых по договорам и контрактам, кафедрой уже более 50-ти лет (с 1960 г.) ведутся инициативные работы, связанные с гидродинамическим и геохимическим мониторингом родникового стока на территории г. Перми. Современные базы данных наблюдений за химическим составом вод родников насчитывают свыше 1600 результатов анализов. Отдельный раздел баз составляют анализы 1200 водных проб из скважин, пробуренных на территории города.

 

Часть научных проектов разрабатывается сотрудниками кафедры в рамках ведомственных программ Министерства образования и науки РФ, конкурсных программ РФФИ. Например, по НТП Министерства образования РФ «Университеты России» выполнена работа по теме «Разработка и обоснование критериев построения концептуальной модели карста на примере Урала и Предуралья» (2002-2003); «Изучение субаквальной разгрузки карстовых вод на территории Уральского региона» (2004-2006). По ведомственной программе Минобрнаки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» выполнены работы по теме «Разработка теоретических основ прогноза опасности и риска возникновения динамично развивающихся природных и техногенных явлений» (2007), выполняются работы по теме «Развитие методологии риск-анализа хозяйственного освоения закарстованных территорий» (2011-2012).

 

Через конкурсную поддержку РФФИ выполнены работы по темам № 02-05-96414_р «Эколого-геохимическое изучение постликвидационных процессов в Кизеловском угольном бассейне»; № 04-05-64234_а «Комплексное изучение новых природно-техногенных образований на территории Кизеловского угольного бассейна»; № 04-05-64234_к «Организация и проведение экспедиции для комплексного изучения новых природно-техногенных образований на территории Кизеловского угольного бассейна»; № 04-05-96038_р «Теоретические основы создания геохимических барьеров на участках воздействия сернокислотного процесса»; № 04-05-97504_р-офи «Разработка теоретических основ и технологии проведения опытно-промышленных испытаний метода улучшения экологической ситуации на участках прежнего водоотлива шахт Кизеловского угольного бассейна».

 

Современный профессиональный потенциал кафедры обеспечил ей всероссийское признание. В декабре 2010 г. на базе кафедры при участии специалистов производственных организаций было создано Пермское отделение Российского Союза Гидрогеологов, объединяющего 53 региональных отделения. Филиал Союза в Приволжском федеральном округе возглавил профессор кафедры А.Я. Гаев.