Из материалов международной конференции " Интеркарто - 6 " ( г. Апатиты, 22-24 августа 2000 г.).

Макарова Т.Д., Макарова З.В., Калабин Г.В.
Институт проблем промышленной экологии Севера
Кольского научного центра Российской академии наук, Апатиты
e-mail: makarova@kolasc.inep.net.ru

Abstract. There are considered the problems of scientific and methodical provision of nature-protective aims for Sustainable Development within the structural -target basis of regional system on informational support of managerial decisions. There are given realization examples on situation approach to management problem within GIS.

Сохранение окружающей человека природной среды и природно-ресурсного потенциала - это задача текущего времени, от решения которой зависит принципиальная возможность устойчивого развития в долгосрочной перспективе.

На отдельных этапах перехода к устойчивому развитию могут меняться приоритеты основных целей, но остается постоянным влияние экологического фактора на принятие решений, направленных на достижение любой из них (рис. 1).

Необходимость сбалансированного решения задач социально-экономического развития и обеспечения благоприятного состояния окружающей среды обусловливает управление триадой общество - экономика - природа на основе системного подхода. В настоящее время представление эколого-социально-экономических систем возможно только на уровне общих связей и необходимо для разработки структурно-целевой основы систем информационной поддержки подготовки управленческих решений (экспертных систем - ЭС).

Стартовые условия перехода к устойчивому развитию неодинаковы в разных регионах. Поэтому этапы и соответствующие целевые ориентиры, а также пути их достижения должны определяться в соответствии со спецификой конкретной территории. Структурно-целевая и информационная основа региональной ЭС определяется не только региональными особенностями природных условий, природопользования и экологической ситуации, но и наличием информационных ресурсов и научно-методического обеспечения задач.

Рис. 1. Природоохранная направленность целей устойчивого развития

В работе по созданию ЭС можно выделить два главных аспекта: 1 - научное обоснование целей, целевых ориентиров и механизма управления, 2 - адаптация информационных технологий для подготовки решений. Основные задачи научного обоснования представлены в виде структурной схемы (рис. 2).










Рис. 2. Структурная схема задач научного обоснования

Целевая установка (ориентация) сохранения окружающей человека природной среды состоит в обеспечении благоприятных экологических условий. В данном контексте экологические условия представляют собой совокупность природных и измененных деятельностью людей абиотических и биотических естественных факторов, оказывающих непосредственное и опосредованное влияние на человека. Показателем благоприятности (или неблагоприятности) экологических условий является оценочное значение экологической ситуации (обстановки), под которой будем понимать соотношение параметров названных естественных факторов. Управлять необходимо именно ситуацией, добиваясь таких значений описывающих ее параметров, которые соответствуют целевым ориентирам. В качестве целевых ориентиров необходимо применение комплексных эколого-географических критериев в количественном выражении, которые должны отражать территориальные особенности структурно-функциональной организации природных комплексов по отношению к отдельным видам антропогенного воздействия или совокупности последних, обусловленной формами хозяйственной деятельности конкретного региона (Макарова, Красовская, Евсеев, 1999; Макарова, 1999). Ранжирование территории по комплексным критериям отражает также экологические коллизии или проблемы, определяемые региональной спецификой природопользования и природных условий.

На основе этого положения было осуществлено районирование Кольского полуострова по комплексным критериям (рис. 3 а-г).

































Рис. 3. Ландшафтно-геохимический потенциал закисления геосистем (а), ландшафтно-геохимический потенциал самоочищения геосистем (б), экологическая емкость ландшафтов (в), напряженность экологической ситуации (г)

Моделирование синтетических карт осуществлено в ГИС ArcView. Чтобы получить тематические показатели территориальных единиц, были разработаны соответствующие тематические слои карт с таблицами атрибутивных данных на единой цифровой географической основе.

Количественные показатели комплексных критериев рассчитаны на основе алгоритма, который позволяет получать синтетические характеристики территориальных единиц по единой шкале, а также оценить «вклад» исходных (тематических) показателей (Тикунов, 1999).

Таким образом, объект исследования - комплексный эколого-географический критерий, само исследование - количественная оценка критерия и результат - серия электронных тематических и синтетических карт представляют в целом систему, которую можно использовать для получения новых знаний в ЭС. Включение в структуру ЭС блока, ориентированного на создание в ГИС оценочных экологических карт, позволяет получать воспроизводимые результаты и контролировать экологическую ситуацию при меняющихся параметрах воздействия.

На данном этапе создания региональной ЭС для управления охраной природы Мурманской области разработаны серии тематических слоев электронных карт, ориентированные на управление экологической ситуацией. Например, серия, содержащая данные о природных условиях и антропогенных факторах формирования гидрохимических параметров, о критических нагрузках серы для поверхностных вод и об уровне их превышения, ориентирована на регламентацию поступления кислотообразующих веществ от промышленных источников в атмосферу и водоемы.

В формировании экологической ситуации участвуют факторы непосредственного воздействия (антропогенные) и факторы опосредованного воздействия (социально-экономические) на природную среду, а также природные факторы. Они образуют систему, в которой связи управления направлены от социально-экономических факторов к антропогенным и от них - к природным. Поэтому для определения мер, направленных на изменение экологической ситуации, применимы различные методы причинно-следственного анализа. Существенным положительным моментом является возможность распространения причинно-следственного анализа на вероятностные ситуации. Ситуационный подход дает возможность адекватного описания окружающей человека природной среды и факторов, определяющих ее состояние, при ограниченных возможностях формального (количественного) представления элементов системы и системных связей.

Изменить экологическую ситуацию - это значит изменить формирующие ее факторы. Для того, чтобы принять обоснованное решение, направленное на регламентацию антропогенного воздействия, необходимо установить соответствие между этим воздействием и состоянием природной среды или ее компонента. Экологическая ситуация, отражая всю предшествующую «историю» взаимодействия природы и общества, представляет собой некую стадию процесса антропогенного изменения природы.

Например, если рассматривать состояние ландшафта в импактных зонах источников загрязнения атмосферы, то оно соответствует определенной стадии последовательного изменения элементов, компонентов, а затем структуры природно-территориальных комплексов (ПТК). Выделяемые техногенные стадии образуют динамический ряд и соответствуют дискретным значениям функции двух переменных - нагрузки за период воздействия и его продолжительности. Показатель воздействия приобретает прогностическое содержание, а также прагматический смысл, если он учитывает нагрузку и фактор времени и соотнесен с изначально однотипными ПТК.

Уровень воздействия, при котором происходит переход однотипных ландшафтных единиц в следующую динамическую стадию, определяется как критический. Таким образом, критическое воздействие является переменной величиной, соотнесенной с конкретным отрезком времени, и этим принципиально отличается от критической нагрузки, предельно допустимых концентраций и подобных, ориентированных на неограниченно длительный период, критериев.

Функционально-динамический подход к оценке критического воздействия на природно-территориальные комплексы реализован на примере импактных зон горно-металлургических предприятий Мурманской области. На исследуемой территории представлено почти все разнообразие типов ПТК Кольской ландшафтной области, многие геосистемы практически полностью исчерпали экологическую емкость, а значительная площадь характеризуется высокой напряженностью экологической ситуации.

Изменение ландшафтов в условиях аэротехногенного загрязнения относится к таким явлениям, для которых закономерности, справедливые для временных рядов, распространяются и на пространственные ряды. Это позволяет описать процесс, не располагая необходимым количеством последовательно датированных данных, на основе статической карты состояния геосистем и сопряженной с ней карты нагрузок. На основе математико-картографической модели, реализованной в ГИС ArcView, разработана серия электронных карт, отражающих нагрузки нарастающим итогом с 1973 по 1996 гг. по равномерной сети узлов, имеющих координатную привязку, с шагом 400 м.

Критические значения и амплитуды суммарной нагрузки серы для каждой техногенной стадии выявлены при помощи информационной модели системы «нагрузка-состояние ПТК» (Макарова, 1999). Определена функциональная зависимость между уровнем и продолжительностью нагрузки для отдельных стадий процесса преобразования геосистем в условиях аэротехногенного загрязнения.

Разработана математико-картографической модель прогноза и реконструкции состояний ПТК (рис. 4 а-б). Результаты моделирования представлены в виде своеобразной анимации при помощи мультимедийных средств.







Рис. 4. Состояние ПТК в 1979 г. - реконструкция (а), состояние ПТК в 2006 г. -прогноз (б)





Сравнение нескольких прогностических сценариев при изменяемых входных параметрах дает возможность выбора оптимального управленческого решения, направленного на сохранение окружающей природной среды.

Устойчивость ПТК к нагрузке серы в пределах изученной территории изменяется от 0.07 до 0.56 относительных единиц. В районах исследования не стоит вопрос о сохранении горных ПТК верхнего яруса, так как они уже нарушены. Больше вероятность успеха восстановления наиболее ценных в экологическом, экономическом и социальном плане северотаежных комплексов. Ежегодные выбросы в атмосферу, при которых нарушение лимитирующих (северотаежных) ПТК не приведет к их техногенной трансформации в течение 10, 20 и 50 лет, определен с учетом сохранения технологии производства, а также в случае ее модернизации. Полученные оценочные значения допустимого выброса при условии сохранения современного состояния северотаежных ландшафтов в течение последующих 50 лет существенно ниже по сравнению с объемами предельно допустимых выбросов, рассчитанных по санитарно-гигиеническому критерию.

Сравнение нескольких прогностических сценариев при изменяемых входных параметрах дает возможность выбора оптимального управленческого решения, направленного на сохранение окружающей природной среды.

Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по таким критериям, как предельно допустимые концентрации и критические нагрузки для отдельных природных сред фактически предполагает неограниченно длительное существование источников выбросов и не учитывает, что реакция на загрязнение находится в тесной связи с реальной продолжительностью воздействия данного антропогенного фактора. Регламентации выбросов на основании критического воздействия (функционально-динамического критерия) исходит из оценки реального срока использования конкретной технологии производства и приемлемых изменений параметров природной среды.

Таким образом, создание интеллектуальных систем информационной поддержки для управления охраной окружающей природной среды регионов связано с решением проблемы научно-методического обеспечения структурно-целевой основы таких систем. При этом ГИС являются необходимым средством решения этой проблемы.

Литература

Ї Макарова Т.Д., Красовская Т.М., Евсеев А.В. Районирование Кольского полуострова на основе эколого-географических критериев // Эколого-географические проблемы Кольского Севера. Апатиты, 1999. С. 6-15.
Ї Макарова Т.Д. Ландшафтно-климатический потенциал загрязнения атмосферы // Эколого-географические проблемы Кольского Севера. Апатиты, 1999. С. 16-21.
Ї Макарова З.В. Информационный анализ условий изменения геосистем под воздействием аэротехногенной нагрузки // Эколого-географические проблемы Кольского Севера. Апатиты, 1999. С. 111-119.
Ї Тикунов В.С. Методика создания оценочных экологических карт Кольского полуострова // Эколого-географические проблемы Кольского Севера. Апатиты, 1999. С. 22-28.
Ї Makarova T.D., Krasovskaya T.M., Evseyev A.V. Kola Peninsula zonation based on ecological-geographical criteria // Ecological-geographical problems of Kola North. Apatity, 1999. P. 6-15.
Ї Makarova T.D. Landscape-climatic potential of the air pollution // Ecological-geographical problems of Kola North. Apatity, 1999. P. 16-21.
Ї Makarova Z.V. Informational analysis of the geosystems‘ change conditions under the impact of deposition load // Ecological-geographical problems of Kola North. Apatity, 1999. P. 111-119.
Ї Tikunov V.S. Methods of estimating ecological maps production for Kola Peninsula // Ecological-geographical problems of Kola North. Apatity, 1999. P. 22-28.