Разработка технологии прогнозирования изменений почвенного покрова под антропогенным воздействием

Актуальность. Одной из важнейших социально-экономических задач является изучение состояний окружающей природной среды, прогнозирование изменений ее состояний, как в естественных условиях, так и под воздействием антропогенных факторов, с целью прогнозирования возможных рисков.

В настоящее время риску загрязнения почвенного покрова различными группами токсикантов, его последствиям и взаимосвязям между техногенными нагрузками и устойчивостью почв уделяется недостаточно внимания. Разработка технических средств прогнозирования риска загрязнения почв, методов его оценки и управления находится еще в стадии становления. На современном уровне знаний не существует общепринятых подходов и путей решения этой крайне сложной проблемы. Для достижения указанной цели необходима интегральная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу мер экономического стимулирования, направленных на снижение антропогенной нагрузки на почвенный покров до допустимого уровня.

В последние годы для обеспечения задач прогнозирования особое внимание уделяется разработке различных библиотек и пакетов прикладных программ. В настоящее время лидирующее место среди технических (программных) средств в области охраны окружающей среды занимают программные продукты, разработанные фирмой «Интеграл», объединенные в серию «Эколог». Среди программ фирмы «Интеграл» имеются уникальные разработки: унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) Эколог (версия 3.0), охрана атмосферного воздуха, система экологического мониторинга города (региона) «Эколог-город». Программное обеспечение «Аналитический комплекс с единым программным обеспечением для экологического мониторинга», который реализует современные технологии мониторинга химического состава объектов окружающей среды, результаты которого могут быть использованы для прогнозирования состояния окружающей среды. Решение экологических проблем становится приоритетным для обеспечения устойчивости развития промышленных территорий. Особенно это касается крупных населенных пунктов, где сосредоточены промышленные предприятия.

Учитывая иерархическую структурированность окружающей среды и адекватную ей структурированность времени, соответствующую различным уровням природной системы, время рассматривается как показатель дисконтирования затрат на восстановление природной среды.

Актуальность поставленной научной задачи определяется необходимостью объективной комплексной оценки загрязнения почв и прогнозированием изменений окружающей среды, учитывающим распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды в качестве временных единиц [1,5,7,36].

Цель исследования: разработка технологии для прогнозирования изменений окружающей среды и её защиты с применением Технического (программного) средства «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области», ориентированного на комплексную оценку почв с возможностью адаптации на любую другую область воздействия.

Основная идея работы заключается в прогнозировании изменений окружающей среды под влиянием различных токсикантов с учетом распространения воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с использованием показателя времени как дисконтирование затрат на восстановление почвенного покрова.

Основные задачи исследования: 1. Изучение характеристики почвенного покрова и закономерности его изменения в промышленных центрах Иркутской области.

2. Применение формулы для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам с учетом пространственно — временных характеристик.

3. Построение модели прогнозирования антропогенного воздействия на почвенный покров с использованием фактора времени.

4. Разработка технического (программного) средства «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области» с применением обьектно-орентированного программирования и подключением баз данных для расчета эколого-экономического ущербавизуального представления границ антропогенного воздействия на почвенный покров по пространственно-временной методикевыявления областей наложения воздействия различных типов токсикантоврасчета площадей зон наложенияорганизации процесса сохранения результатов расчета и экспорта данных в пакет Microsoft Office (в частности в MS Excel) — разработка пакета документов для сопровождения программного обеспечения.

5. Апробация разработанного технического средства на фактическом материале.

6. Выявление взаимодействия между загрязнением почвенного покрова и медико-демографическими показателями.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложена технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом времени, необходимого для восстановления природной среды.

2. Разработано техническое (программное) средство, позволяющее визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и производящее расчет площадей наложения от воздействия различных объектов.

3. Осуществлено прогнозирование рисков от изменения качественных характеристик почвенного покрова с учетом влияния на медико-демографические показатели.

Объектом исследования является прогнозирование изменений качественных характеристик почвенного покрова территории Иркутской области под влиянием антропогенной нагрузки.

Предметом исследования является анализ и выявления зон риска воздействия различных токсикантов при комплексной оценки состояния почв (населенных пунктов Иркутской области) с применением технического (программного) средства и прогнозирования на перспективу. Методы исследования:

1. Структурно-иерархическое пространственно-временное моделирование оценки эколого-экономического ущерба от воздействия на окружающую среду.

2. Пространственно-временное моделирование динамики загрязнения почвенного покрова территории Иркутской области токсикантами промышленного происхождения.

3. Программное обеспечение: система объектно-ориентированного программирования Delphi, позволяющая быстро и удобно разрабатывать эффективные приложения, включая приложения для работы с базами данныхпакет Microsoft Officeсистема Microsoft Help Workshop для создания справочной информации.

4. Технология ADO (ActiveX Data Objects — объекты данных ActiveX), которая осуществляет доступ к информации с помощью OLE DB (Object Linking and Embedding Data Base — связывание и внедрение объектов баз данных), данными для ADO использовались таблицы MS ACCESS.

5. Карты информационной системы Google, применение которых разрешено в некоммерческих целях.

Достоверность результатов проведенных исследований, обоснованность сформулированных в работе научных положений и выводов обеспечена: использованием современных информационных технологий, позволяющих ограничить возможность влияния на результат расчетоврасчетом эколого-экономического ущерба на основе пространственно-временной методики (повышение достоверности на 5−10%) с возможностью визуально представить зоны антропогенного воздействияапробацией результатов на международных и всероссийских конференцияапробацией и внедрением технического (программного) средства в ГУ МЧС России по Иркутской области при прогнозировании рисков от антропогенного воздействиясвидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области» № 2 009 616 716 от 03 декабря 2009 г РОСПАТЕНТ.

Личный вклад автора диссертации заключается: в отборе, анализе и обобщении литературных источников по оценке ущерба почвенного покрова, прогнозированию изменений почвенного покровав разработке технологии комплексной оценки почв, учитывающей распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого для восстановления природной среды в разработке и создании технического (программного) средства, позволяющего визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и производящего расчет площадей наложения от различных объектов, позволяющего осуществлять прогнозирование изменений состояния окружающей среды.

Научная новизна работы:

1. Предложен универсальный способ повышения адекватности комплексной оценки ущерба на основе пространственно — временной методики по заказу Иркутской областной администрации;

2. Разработан способ визуализации границ возможного антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом фактора времени;

3. Впервые установлена интерференция плотности антропогенного воздействия, имеющая в большинстве случаев аддитивный характер;

4. Показана зависимость медико-демографических показателей состояния здоровья населения от характера антропогенного воздействия на почвенный покров.

Практическая ценность:

1. Выполнен расчет эколого-экономический ущерба, наносимый почвам территории Иркутской области на основе пространственно-временной методики.

2. Создано техническое (программное) средство для расчета интерференции плотности наложения от различных типов воздействия, позволяющее визуально представить зоны антропогенного воздействия, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ № 2 009 616 716 3.12.2009.

3. Результаты научного исследования могут быть применены в дальнейшем для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам других территорий.

4. Показано влияние промышленных центров Иркутской области на показатели здоровья населения под влиянием изменения состояния окружающей среды.

5. Спрогнозировано возможное изменение состояний окружающей среды с целью локализации и ликвидации, негативных как природных, так и техногенных воздействий.

6. Разработанное программное обеспечение апробировано и внедрено в ГУ МЧС России по Иркутской области, акт внедрения технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств, утвержденный заместителем начальника Главного управления МЧС России по Иркутской области подполковником М. В. Бегуном 25 сентября 2008 года.

Апробация результатов научного исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технической конференциях разного уровня: «Геонауки» (Иркутск, 2008), «Экология и современное образование» (Москва, 2008), в том числе международных -«Экология промышленных регионов России» (Дубай, 2008),.

Природопользование и охрана окружающей среды" (Пекин, 2008), «Экология большого города» (Санкт-Петербург, 2009), «Актуальные проблемы науки и образования» (Варадеро, 2009), «Природопользование и охрана окружающей среды» (Париж, 2009).

По результатам научного исследования опубликовано 13 печатных работ, из них 4 — в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Текст диссертации изложен на 146 страницах и содержит 66 рисунков, 15 таблиц, 1 приложение. Библиографический список состоит из 85 наименований, акт внедрения, патентное свидетельство.

Заключение

.

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований загрязнения почв Иркутской области токсикантами разработана технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды с применением технического (программного) средства для прогнозирования изменений окружающей среды.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы: 1. При обзоре методик оценки антропогенного воздействия на окружающую среду можно сделать вывод, что не производится комплексная оценка почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства время, необходимое на восстановление природной среды. Поэтому особую значимость приобретает деятельность, направленная на снижение и предотвращение антропогенного воздействия на почвенный покров, сохранение и рациональное использование природных ресурсов с прогнозированием изменений окружающей среды.

2 В настоящее время риск загрязнения почвенного покрова различными группами токсикантов, его последствия и взаимосвязь между техногенными нагрузками и устойчивостью почв изучены недостаточно.

3. Разработка технологии прогноза изменений загрязнения почв, методов ее оценки и управления находится еще в стадии становления. На современном уровне знаний не существует общепринятых подходов и путей решения этой крайне сложной проблемы. Для достижения указанной цели необходима комплексная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу мер экономического стимулирования, направленных на снижение антропогенной нагрузки на почвенный покров, не превышающий допустимого уровня.

4. Разработано техническое (программное) средство по уточнению эколого-экономичекого ущерба, наносимого почвам территории Иркутской области, на основе пространственно-временной методики, позволяющее рассчитывать интерференцию плотности наложения от различных типов воздействия и визуально представлять зоны антропогенного воздействия.

5. Техническое (программное) средство позволяет осуществлять прогнозирование рисков, наносимых почвенному покрову территории Иркутской области антропогенным воздействием, с учетом распространения воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды по формуле (2).

6. Почвы территории Иркутской области испытывают значительные антропогенные нагрузки, связанные, прежде всего со спецификой хозяйственной деятельности предприятий и скученностью промышленности, связанной с индустриальным развитием региона, что в свою очередь является одним из факторов негативного влияния на здоровье населения. Хотя ориентировочное влияние состояния окружающей среды на здоровье населения оценивается исследователями в 25%, тем не менее, это, по сути, очень высокая цифра, а почвы являются основной составляющей природной системы.

7. По произведенным расчетам отмечено преимущественное загрязнение следующими токсикантами: ванадием, ртутью и свинцом с превышением допустимого уровня в следующих городах Иркутской области — Иркутск, Ангарск, Шелехов, Усолье-Сибирское, Свирск, Черемхово, Тайшет, Байкальск, Слюдянка, Саянск и Зима. По полученным данным прогнозируется значительное время для восстановления почвенного покрова, что неминуемо скажется на здоровье нескольких поколений.

Известно, что именно свинец и ртуть вызывают многие болезни системы кровообращения, преобладающие среди причин смертности населения Иркутской области.

8. Результаты научного исследования могут быть применены в дальнейшем для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам других территорий.

9. Техническое (программное) средство для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия обеспечивает достоверность и высокую степень адекватности оценки выполняемого прогнозирования изменений окружающей среды.

Ю.Проанализировав и обработав данные по загрязнению почв территории Иркутской области, приходим к выводу о необходимости более тщательного и проходящего хотя бы раз в 3 года обследования почв, особенно городов с так называемым «вредным» производством.