авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Методы и технологии для оценок экологическогосостояния природно-технических систем с использованием математического и геоинформационного моделирования

-- [ Страница 3 ] --

При определении зон существенного влияния водохранилищ в дополнение к выводам об общей протяженности этих зон от водохранилища в разные сезоны года предлагаемая технология позволяет представить их детальные пространственные локализацию, конфигурацию и протяженность вдоль водохранилища. Прогнозные оценки влияния водохранилищ на атмосферу позволяют выявить территории, где с большей вероятностью следует ожидать неблагоприятные изменения природной среды и условий проживания человека.

Схема 1. Алгоритм получения и обработки входной информации для численного моделирования, представления и анализа его результатов

  1. Предложенная методика, основанная на комплексировании результатов геоинформационного и математического моделирования, предназначена для оценки состояния и прогнозирования изменений качества геоэкологической среды в природных и природно-технических системах, а также для выявления степени экологической безопасности проектируемых объектов и возможного ущерба в результате реализации их проектов.

Антропогенное воздействие вызывает изменения в состоянии геоэкологической среды, проявляющиеся в ее загрязнении, деградации, «техногенном опустынивании». Мерой антропогенного воздействия на окружающую среду, характеризующей его количественную и качественную стороны, служит антропогенная нагрузка. Рассматриваются как отдельные ее индикаторы, так и интегральные, обобщающие несколько отдельных показателей. Рассчитанные на основе имеющейся экономической и экологической информации такие индикаторы могут служить для оценки состояния окружающей среды и экономики стран и регионов, а также для межтерриториальных и временных сравнений.

Автором предлагается методология построения в среде ГИС экологических и эколого-экономических индикаторов для оценки состояния геоэкологической среды территории, результатов хозяйственной деятельности человека, прогноза и оценки последствий техногенного воздействия на природные среды. Она основана на использовании методов геоинформационного моделирования и геоэкологического картографирования и заключается в комплексном анализе и агрегировании большого количества показателей для определенного набора объектов – территориальных единиц (регионов, административных районов, населенных пунктов и т.д.) – в их различных сочетаниях, выполняемом с использованием оверлейных процедур (наложения тематических слоев). Суть этого достаточно мощного средства анализа множества разноименных и разнотипных объектов состоит в геометрическом наложении двух или нескольких разноименных слоев (распределений показателей по территории), каждый из которых берется со своим весом. В оверлейных процедурах используются как математические операции и функции, так и логические операции. Преимуществом такого подхода является территориальная конкретность полученных результатов: наглядное представление распределения по территории каждого из исходных и результирующих показателей.

Количество показателей, участвующих в анализе антропогенного воздействия на окружающую среду, не регламентируется. В силу того, что для оверлейных процедур наиболее удобна в использовании растровая модель данных, на основе имеющейся статистической, картографической или др. информации по участвующим в анализе показателям, привязанным к территориальным объектам (странам, областям, районам, населенным пунктам и т.п.), строятся растры, характеризующие их распределение по территории. Построенные растровые слои затем используются в оверлейных процедурах для получения результирующих карт.

Построение растровых слоев осуществляется либо конвертированием векторных слоев данных в растры, либо созданием на их основе поверхностей распределения или плотностей показателей по территории.

Для работы с разного рода показателями, имеющими часто несравнимые напрямую диапазоны значений, используются либо нормирование, либо ранжирование, либо балльная система оценки показателей. В среде ГИС они реализуются с помощью процедуры переклассификации, или интервальной перекодировки, которая группирует значения показателя в растре в классы и каждому классу присваивает новые значения – баллы из разработанной единой для всех используемых слоев шкалы оценок.

В рамках этой технологии возможно использование всей доступной информации с целью подготовки аналитических материалов по оценке состояния и прогнозу изменения качества природной среды, которые необходимы для принятия обоснованных управленческих решений.

Очевидно, что участие регионов в техногенном давлении, оказываемом на природные среды, неодинаково: плотность размещения объектов техногенного воздействия и «объемы» их воздействия очень сильно варьируют. Кроме того, различают фоновые и очаговые антропогенные воздействия на природную среду. Основные очаги техногенного воздействия связаны либо с объектами промышленного производства и находятся в урбанизированных зонах, либо с объектами добывающих отраслей промышленности, в большинстве своем расположенных на значительном удалении от крупных населенных пунктов, что не исключает их негативного воздействия на природные среды удаленных от них территорий. Для анализа распределения антропогенной нагрузки по территории и межтерриториальных сопоставлений строятся как карты антропогенных воздействий на разные природные среды, так и карты воздействий отдельных отраслей человеческой деятельности. Такое представление информации способствует ее визуальному восприятию и более глубокому осмыслению и анализу. Применение интегрированных экологических индикаторов и использование возможностей геоинформационных технологий в аспекте представления подобной информации помогают решению данной задачи.

Показателем техногенного давления, оценивающим вредную для окружающей среды антропогенную нагрузку, может служить удельный показатель объемов загрязнений, приходящихся на единицу площади, который мы определяем как уровень экологической нагрузки на окружающую среду территории. Этот показатель может выступать в роли экологического индикатора, как качества геоэкологической среды, так и качества экономического роста, качества жизни территории. Удельные объемы выбросов (плотности) загрязняющих веществ в атмосферу, сбросов сточных вод, и отходов различного происхождения назовем интенсивностями соответствующих выбросов.

Чтобы учесть неравномерность в распределении отходов и выбросов в границах каждого территориального объекта (ТПС, административный район, территориальный округ, субъект и т.п.), предлагается разделить все источники на фоновые и очаговые, построить по отдельности поверхности плотности выбросов по каждому виду загрязнения и, тем самым выделить зоны существенного воздействия очаговых источников загрязнений. Результатом последующего наложения (суммирования) двух поверхностей (рис. 7: а, б, в) будет поверхность распределения экологической нагрузки на природную среду от соответствующего вида загрязняющих выбросов (рис. 7г). Такой подход позволит для каждой конкретной территории учесть воздействие источников, находящихся вне ее пределов, например, в городах соседних регионов. Кроме того, по этой же схеме можно построить поверхности распределения нагрузки на отдельные компоненты природной среды – воду, воздух, почвы (рис. 7г)., а также построить карту суммарной экологической нагрузки на природную среду в целом (рис. 7д). Для суммирования (наложения) и сопоставления разнородных величин можно использовать нормировку показателей или оценочную балльную шкалу.

В третьей главе диссертационной работы приводится подробный алгоритм, реализующий данный подход. Апробация данного алгоритма была выполнена при обработке статистических данных Федеральной службы государственной статистики. В качестве модельной была выбрана вся территория РФ. Методология исследования и его результаты опубликованы в работах, представленных под номерами 9, 17 и 21 в приведенном ниже списке публикаций автора.

 Схема оценки распределения экологической нагрузки от отдельных видов-15

Рис. 7. Схема оценки распределения экологической нагрузки от отдельных видов
загрязнений как на отдельные компоненты природной среды, так и на окружающую среду в целом

Следует заметить, что этот способ определения интенсивности загрязнений не учитывает трансграничного переноса в воздушной и водных средах, однако позволяет для каждой конкретной территории учесть воздействие источников, находящихся вне ее пределов, в городах соседних регионов. При построении поверхностей плотности нами задаются два параметра – радиус поиска и размер ячейки растра, первый отвечает за степень генерализации данных на поверхности, а второй – за разрешение растра. Поэтому есть возможность варьировать этими параметрами, имитируя распространение загрязнений по территории.

Построенные поверхности плотностей выбросов загрязнений по некоторой территории, давая представление о «фоновом» уровне антропогенного давления и загрязнения природных сред, могут быть использованы и в других задачах, например, при оценке риска здоровью населения этой территории от загрязнения окружающей среды и в других исследованиях социально-экологической направленности.

Для реализации описанного алгоритма или отдельных его этапов можно построить новые или использовать уже имеющиеся математико-картографические модели.

Если используются данные за несколько лет, то с помощью оверлейных процедур можно получить среднюю величину (взвешенную или нет) либо на этапе рассмотрения отдельных показателей (рис. 8а), либо на заключительном этапе (рис. 8б).

Все полученные слои и карты вместе с исходной информацией хранятся в созданном в процессе работы геоинформационном каталоге и доступны как для построения и расчета других интегральных индикаторов, так и для использования в других геоэкологических исследованиях.

Результатом выполнения каждого процесса в построенной модели является растровый слой данных, для отображения каждого из которых в модели определена легенда. Тем самым, в процессе выполнения модели получается набор тематических карт, классифицирующих распределение каждого из рассматриваемых показателей по территории края. Полученные слои хранятся в геоинформационном каталоге и их можно использовать не только как промежуточные для построения интегрального показателя, но и как самостоятельные для визуального пространственного анализа территории, они могут быть использованы и для расчетов других показателей.

 Модель создания средневзвешенного за 6-летний период показателя – а)и-16

 Модель создания средневзвешенного за 6-летний период показателя – а)и фрагмент-17

Рис. 8. Модель создания средневзвешенного за 6-летний период показателя – а)
и фрагмент заключительного процесса (арифметический оверлей) создания и расчета суммарной экологической нагрузки на природные среды в отдельности
или на окружающую среду в целом – б)

Модель можно использовать для других периодов, чтобы проследить динамику в дифференциации территории по рассматриваемым показателям, а также в сравнительном анализе качества геоэкологической среды на других территориях.

Определение пространственной структуры и размеров зоны негативного воздействия проектируемого технического сооружения на такой важный компонент геоэкологической среды, как животный мир, является еще одной задачей, которая эффективно решается с использованием инструментов и возможностей ГИС-технологий.

При строительстве и эксплуатации технических сооружений оказывается значительное негативное воздействие на окружающую среду прилегающей территории, в целом, и на ее животный мир, в частности. Основным антропогенным фактором, оказывающим наибольшее воздействие на природные комплексы территории, будет являться нарушение мест обитания животных. Для оценки ущерба животному миру от реализации технических проектов, в соответствии с «Методикой оценки вреда и исчисления размера ущерба от уничтожения объектов животного мира и нарушения их среды обитания (Приказ Госкомэкологии России от 28.04.2000)», выделяются четыре зоны воздействия на его среду обитания, по каждой из которых и считается прогнозируемый ущерб.

Расчет ущерба животному миру основан на оценке площадей каждого типа угодий в каждой из зон антропогенного воздействия, показателях плотности обитания животных разных видов на различных типах угодий. Провести классификацию угодий в каждой из 4 зон воздействия по каждому из затронутых строительством и эксплуатацией железной дороги районов в отдельности, определить их площади – задача, которую в настоящее время можно эффективно решить только в среде ГИС. Подсчеты площадей, которые до сих проводились вручную с использованием разного рода подручных средств, не отличались точностью, результаты были очень приблизительными.

В диссертации предложена разработанная и опробованная автором технология определения площадей угодий, основанная на использовании ГИС-инструментария. Эта технология значительно повышает точность расчетов экономического ущерба, наносимого животному миру техническими сооружениями. Точность расчетов здесь определяется только точностью используемого картографического материала и точностью его оцифровки.

Для дифференцированной оценки вреда и исчисления ущерба объектам животного мира необходимо знание расположения и пространственного распределения угодий на исследуемой территории, их классификация по типам, оценка площадей. В рамках созданного ГИС-проекта все местообитания животных в 10-километровой полосе вдоль линии проектируемой дороги подразделялись на три категории местообитания животных: лес, поле, болото. Кроме того, выделялись селитебные зоны (населенные пункты и их окрестности в радиусе 5 км), на территории которых ущерб животному миру не оценивался.

Следуя описанным критериям, был разработан алгоритм расчета площадей каждого типа местообитаний животных в каждой зоне антропогенного воздействия с целью оценки размеров наносимого данным объектом ущерба, по каждому из n затронутых проектом районов. Подробный алгоритм, реализующий данный подход, представлен в третьей главе диссертации. Основные используемые операции этого алгоритма:

  • процедуры построения буферов разного радиуса (полосы шириной 100 м, 1 км, 1 км, 3 км) вокруг технического объекта и населенных пунктов для создания Зон прогнозируемого воздействия,
  • процедуры Объединение и Вырезание (Merge и Clip из GeoProcessing Wizard) полученных слоев для разбиения всех предварительно расклассифицированных угодий по типам и по зонам воздействия,
  • функция вычисления площадей с использованием Field Calculator или QueryBuilder для определения площадей каждого из имеющихся угодий в каждой зоне и каждом районе,
  • процедура Summarize для суммирования площадей угодий каждого типа для каждой из 4 зон прогнозируемого воздействия, для каждого из n районов.

Предложенный алгоритм был использован в выполненных с участием автора инженерно-экологических изысканиях, разработке системы экологического мониторинга к проекту создания транспортной инфраструктуры для освоения минерально-сырьевых ресурсов юго-востока Забайкальского края. В рамках данного проекта предусматривается строительство железнодорожной линии Нарын-Лугокан протяженностью более 370 км. Общая площадь, которую планируется занять под строительство железной дороги, составляет около 4 тыс. га. На территории планируемого строительства обитает более 320 видов животных: более 70 видов млекопитающих и более 250 видов птиц.

В рамках этих исследований на основе определенных автором площадей угодий, попадающих в различные зоны воздействия проектируемой железной дороги, был дан прогноз наносимого данным объектом ущерба среде обитания охотничье-промысловых животных на прилегающих к объекту территориях и выполнена его экономическая оценка.

В соответствии с изложенным выше алгоритмом с использованием процедуры буферизации были построены 4 соответствующие названным зонам полосы указанных размеров. Из них были исключены уже освоенные территории вокруг населенных пунктов, где предполагаемое строительство уже не окажет особого негативного влияния на животный мир.

Районы, затронутые воздействием проектируемой ветки, и их количество окончательно определились после построения зон воздействия. Расчеты были проведены по каждому из четырех районов: Борзинскому, Александрово-Заводскому, Газимуро-Заводскому и Сретенскому. На рис. 9 представлены карты угодий рассматриваемых районов, попадающих в зону прогнозируемого воздействия железной дороги, и результаты расчетов площадей каждого вида угодий, по каждой из 4 зон.

По полученным оценкам, суммарный ущерб среде обитания охотничье-промысловых животных, который будет нанесен при строительстве и функционировании железнодорожной линии Нарын-Лугокан, в стоимостном эквиваленте составит почти 50 млн. руб., а по районам он распределится следующим образом (тыс. руб.): Борзинский – 1 703, Александрово-Заводский – 19 628, Газимуро-Заводский – 24 393, Сретенский – 3 936.

Рис. 9. Охотничьи угодья районов, попадающие в зоны прогнозируемого воздействия, и площади этих угодий по зонам

Реализация предложенных автором подхода и алгоритма использования ГИС-инструментария для оценки размеров ущерба животному миру в результате техногенного воздействия демонстрируют, на наш взгляд, достаточно высокую их эффективность. Они имеют особую практическую значимость именно на стадии принятия решений по выбору основных характеристик и местоположений проектируемого технического сооружения, так как дают возможность оценить и сравнить возможные варианты как инженерно-технических решений, так и размещения объекта на территории.

заключение

Диссертация является завершенной научно-квалификационной работой, в которой автором исследований предложен комплексный подход по использованию математического и геоинформационного моделирования как метода и инструмента геоэкологических исследований. Основные результаты и выводы выполненной работы:



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.