Теория и технологии оценки и управления урбанизированными территориями на основе индикаторно-рискологического подхода (на примере Краснодарского Причерноморья)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИИ ОЦЕНКИ И УПРАВЛЕНИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫМИ ТЕРРИТОРИЯМИ НА ОСНОВЕ ИНДИКАТОРНО-РИСКОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА

(НА ПРИМЕРЕ КРАСНОДАРСКОГО ПРИЧЕРНОМОРЬЯ)

Яйли Ервант Аресович

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена в филиале Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный гидрометеорологический университет» в г. Туапсе Краснодарского края.

Научный консультант:

Заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор физико-математических наук, профессор Карлин Лев Николаевич

Официальные оппоненты:

Доктор географических наук, профессор

Лурье Петр Михайлович

(Северо-Кавказское межрегиональное территориальное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Ростов-на-Дону, Россия)

Доктор географических наук, профессор

Смирнов Николай Павлович

(Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия)

Доктор географических наук, профессор

Субетто Дмитрий Александрович

(Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена, Санкт-Петербург, Россия)

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кубанский государственный университет», г. Краснодар, Россия

Защита диссертации состоится _______ 2009 г. на заседании диссертационного совета Д 212.197.03 при Российском государственном гидрометеорологическом университете.

Адрес: 195196, Санкт-Петербург, Малоохтинский пр. 98.

Телефон: (812) 444-41-63

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического университета.

Автореферат разослан ___________________ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор П.П. Бескид

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В области геоэкологии разработкой научно-обоснованных систем оценки, контроля и управления состоянием (качеством) окружающей среды, выявлением и идентификацией источников техногенной и природной опасности, методами предупреждения чрезвычайных ситуаций, снижения рисков и смягчения их последствий, ученые и специалисты во многих странах мира занимаются уже несколько десятилетий. Однако проблема по-прежнему остается актуальной, поскольку имеющиеся показатели и методы их расчета относятся к ограниченной области применения, а в приложении к оценке экологической обстановки, состояния и качества окружающей среды территорий ориентированы на так называемую "загрязняюще - ресурсную парадигму", что делает их мало эффективными в системах принятия решений.

Анализ публикаций по этой проблеме показывает, что имеется настоятельная необходимость в пересмотре наших взглядов на проблему экологической безопасности, риска, их идентификации, классификации, ранжированию и методов их оценки. Необходимо также совершенствование существующих и создание новых современных гибких систем управления всех уровней, способных адекватно и эффективно с наименьшими финансовыми затратами реагировать на угрозы и вызовы нашего времени. Этой проблеме было уделено особое внимание лидеров "Восьмерки" на их последней в 20 веке встречи на Окинаве. Об этом неоднократно в последние годы говорил Президент РФ в своих выступлениях.

Таким образом, актуальность темы обусловлена:

1. необходимостью разработки новых информационных моделей урбанизированных территорий, на основе которых было бы возможно проводить оценки уровня экологической безопасности и риска и давать рекомендации по принятию управленческих решений;

2. необходимостью поиска и разработки научно-обоснованных, простых по интерпретации, новых показателей качества компонентов природной среды, в том числе - индикаторов и индексов, обладающих способностью к агрегированию, с относительно низким уровнем неопределенности, приемлемыми для систем принятия решений и легко воспринимаемыми обществом;

3. необходимостью модернизации и совершенствования организационной структуры сети наблюдений существующих систем геоэкологического контроля и мониторинга, а также разработке предложений по созданию системы комплексного геоэкологического мониторинга, позволяющей реализовать возможности трехуровневой схемы наблюдений и контроля за состоянием и качеством окружающей среды;

4. необходимостью выявления, идентификации и оценки всех видов рисков, проистекающих от хозяйственной деятельности человека и угрожающих его здоровью и управления этими рисками;

5. необходимостью совершенствования и разработки новых, современных систем управления разного уровня, использующих новые показатели качества компонентов природной среды и методологию риска для обеспечения желаемого функционирования и развития урбанизированной территории.

6. необходимостью разработки научно-обоснованных рекомендаций для повышения квалификации лиц, принимающих решения; для оперативного и грамотного реагирования на вызовы и угрозы, возникающие вследствие антропогенной деятельности и наличия негативных природных факторов.

В России разработкой новых способов (технологий) оценки и контроля состояния и качества окружающей среды, а также поиском новых информационных показателей для целей оценки и управления, занимаются достаточно большое число научных, правительственных и иных организаций и центров, расположенных по всей стране. Еще большее количество ученых, министерств и ведомств занимаются проблемами безопасности, рисков и систем управления самого разного уровня и назначения. Перечислить их не представляется возможным. Многие из них отражены в списке литературы, приведенном в конце диссертации.

Основные положения диссертации базируются на исследованиях и разработках автора, полученных в период 1994-2008 годов.

Работы проводились в рамках АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006-2008) (Мероприятие 1), по заданию и в соответствии с Комплексной Программой совместных научно-исследовательских работ Туапсинского филиала РГГМУ и Туапсинской научно-исследовательской лаборатории "Экология геосистем" с Институтом прикладной механики УрО РАН под руководством академика РАН Липанова А.М. в кооперации с Сочинским научным центром РАН (г. Сочи), Государственным Южным научно-исследовательским полигоном РАН (ГНИП РАН), (г. Сочи, г. Адлер), Государственной Морской Академией (г. Новороссийск), региональным отделением ОАО "Минерально-химическая компания "ЕвроХим" (г. Туапсе, г. Новороссийск, г. Москва), Южным отделением Института Океанологии РАН (г. Геленджик), Гидрофизическим институтом Академии наук Абхазии (ГИАНА), (г. Сухум) и Сухумским физико-техническим институтом Академии наук Абхазии (г. Сухуми).

Объекты исследования: урбанизированные территории Российского Причерноморья Краснодарского края, гг. Краснодара, Новороссийска, Сочи, Адлера, Туапсинского района и г. Туапсе, окружающая среда, ее главные компоненты, социум, прибрежные (береговые) зоны,

Предмет исследования: экологическое состояние и качество урбанизированных территорий, методы и технологии их оценки, безопасность, риски, системы и схемы управления рисками, связанными с состоянием и качеством окружающей среды, а также с управлением конкретными сферами хозяйственной деятельности.

Основная идея работы состоит в том, что работоспособная эффективная система оценки и управления урбанизированными территориями соответствующего уровня, функционирующая в условиях рисков, может быть создана в рамках системного подхода на основе новых информационных моделей, экологического контроля и геоэкологического мониторинга, использующего новые информационные показатели и новые представления о риске и методах его оценки и управления, способных обеспечить систему принятия решений требуемыми данными.

Цель работы: разработка теоретических положений и создание, адекватных уровню ответственности властных структур, методов и технологий оценки и управления конкретными урбанизированными территориями, обеспечивающей их эффективное функционирование и устойчивое развитие при наложении ограничений, обусловленных необходимостью обеспечения приемлемых уровней экологических и техногенных рисков.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие основные задачи:

1. На основе методологии системного подхода разработать информационную модель урбанизированной территории, пригодную для любого уровня вертикальной шкалы, с помощью которой можно было бы обеспечить более полную и объективную оценку экологического состояния и качества компонентов окружающей сред.

2. Провести модернизацию и пересмотр существующих схем экологического контроля и мониторинга, их организационной структуры и предложить оригинальное видение этой проблемы. Разработать модернизированную организационную структуру и схему (модель) комплексного геоэкологического мониторинга под конкретную территорию.

3. Для получения объективной картины экологического состояния Краснодарского Причерноморья провести комплекс натурных наблюдений на море, суше и в отдельных городах, а также в прибрежной зоне Черного моря в районах Новороссийска, Анапы, Геленджика, Туапсе, Сочи и Адлера.

4. Усовершенствовать и обогатить способы оценки качества компонентов природной среды на основе индикаторов и индексов, добавив к ним такой важный показатель как риск, а также методы свертки и генерализации экологической информации и формы их представления для систем принятия решений.

5. На основе результатов натурных наблюдений провести оценку экологического состояния и качества компонентов природной среды на всех исследуемых объектах и провести сопоставление традиционных и новых методов оценки.

6. В рамках системного подхода и контекста методологии риска разработать схему связи индикаторов, индексов и риска и предложить качественные и количественные шкалы основных введенных величин в контексте применения понятия риска, как меры оценки, так и средства управления.

7. Разработать новые подходы и схемы управления рисками. Предложить на основе системного подхода конкретные поэтапные действия по идентификации, анализу и оценке рисков для сферы природопользования, охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности для урбанизированных территорий.

8. Провести анализ существующих методов управления рекреационной деятельностью в сложившихся рыночных условиях и предложить, используя индикаторно-рискологический подход, конкретный план действий и мероприятий по повышению эффективности управления рекреационной деятельностью в Краснодарском крае на побережье Российского Причерноморья.

Основные защищаемые научные положения:

1. Снижение уровня неопределенности и повышение достоверности описания состояния и качества компонентов природной среды урбанизированных территорий может быть достигнуто на основе предложенной модели урбанизированной территории, модифицированных схем геоэкологического контроля, а также нового информационного обеспечения организованного специально под эту модель.

2. Более объективное и полное, по сравнению с существующими подходами, оценивание состояния и качества урбанизированных территорий может обеспечить новая технология, основанная на системе агрегированных, обобщенных и комплексных показателей, в состав которой входят индикаторы, индексы качества и риск, разработанные в контексте системного подхода в новом толковании.

3. Применение индикаторно-рискологического подхода, особенно для целей оценки и управления сложными социально-природными системами, обогащает базу данных и обеспечивает системы принятия решений еще одним средством управления, повышающим эффективность их деятельности и уменьшающим затраты на обеспечение требуемого уровня экологической безопасности.

4. Повышение эффективности и работоспособности схем управления риском в сфере природопользования, в том числе, в рекреационной сфере, может быть достигнуто с использованием предложенных технологий в рамках системного, междисциплинарного подхода, в котором управление рассматривается, в том числе, и как конфигурация отношений, построенных между участниками всех процессов, событии и явлений, организованной для достижения поставленной цели.

Научная новизна исследования:

- Установлена ограниченность подходов и низкая полнота описания в оценке и управлении состоянием и качеством окружающей среды, основанных на "загрязняюще - ресурсной" парадигме и модели "нагрузка-состояние-отклик", и использующих в качестве базы для отсчета нормативы ПДК.

- Разработаны новая информационная модель урбанизированной территории, на основе которой проведена оценка состояния и качества конкретного региона и формы представления информации для систем принятия решений, базирующиеся на специальных показателях и методах их расчета.

- Предложена новая организационная структура и базовые элементы системы геоэкологического мониторинга, с использованием инструмента риска и новых показателей качества окружающей среды, ее пространственно-временное размещение и режим функционирования с целью получения требуемой информации для систем принятия решений.

- Доказана возможность объективной оценки экологической обстановки конкретной урбанизированной территории путем определения необходимых и достаточных показателей состояния окружающей среды - индикаторов, индексов и риска и сравнения их с аналогичными значениями показателей, принятыми за базу для отсчета.

- Разработана модифицированная схема классификации индикаторов, индексов и риска и их ранжирование, технологии свертки информации для систем принятия решений на их основе.

- Выявлена и представлена в виде формулы количественная связь между индексами качества, мерой риска и уровнем экологической безопасности.

- Обоснован теоретически приемлемый уровень экологического риска и целесообразность применения линейной шкалы при численных расчетах риска, что создало заметные преимущества для лиц, ответственных за проведение экологической политики.

- Выявлены особенности рисков отдельных видов хозяйственной деятельности и проведена адаптация разработанных схем управления риском для их применения в практической деятельности.

- Разработаны новые схемы управления состоянием и качеством окружающей среды урбанизированных территорий с использованием методологии риска, в том числе в режиме чрезвычайных ситуаций.

- Предложены варианты схем управления рекреационной деятельностью на урбанизированных территориях работоспособные в современных экономических условиях.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций обеспечивается:

Корректностью аналитических и численных методов исследований, в том числе натурных, наличием полученных результатов и показателей, допускающих сравнение и сопоставление с другими независимыми методами контроля и оценки окружающей среды, существующими схемами и системами управления, положительными результатами проверки предложенных решений.

Методы исследования:

Общей методологической основой работы является системный подход, включающий элементы синергетики, информатики, экологического моделирования, а также анализ и обобщение опыта работ в области оценки техногенного воздействия и экологического состояния исследуемых объектов, методов оценки и управления рисками и построения оригинальных систем управления соответствующего уровня на урбанизированных территориях, а также натурные и социологические исследования.

Практическая ценность результатов исследования заключается в следующем:

- разработаны методические основы расчета уровня составляющей экологической безопасности, уровня экологического риска, включающие способы введения и расчета индикаторов и индексов и позволяющие в целом улучшить комплексную оценку экологической ситуации на конкретной контролируемой территории;

- разработаны методические рекомендации по выявлению, идентификации и оценке источников опасности и предложены методы оценки рисков, исходящих от них;

- разработаны методические рекомендации по снижению рисков на контролируемой территории в соответствии с иерархией вертикальной шкалы, то есть для отдельных городов, прибрежной зоны и объектов локального уровня;

- для систем принятия решений предложены форматы отображения геоэкологической информации, позволяющие в оперативном режиме оценивать экологическую ситуацию и принимать меры по минимизации возникших угроз;

- для природоохранной и рекреационной деятельности разработаны методические рекомендации по общей схеме и организационной структуре системы управления на основе методологии риска, прошедших апробацию в органах управления отдельных городов и районов Краснодарского края;

- для систем принятия решений проведен скриннинговый анализ и оценки экологических рисков, порождаемых подготовкой к Олимпиаде Сочи 2014 и предложены рекомендации по их мониторингу, идентификации и управлению;

- для обеспечения жизнеспособности предложенных схем и систем управления при их использовании на практике разработаны и рекомендованы требования к их информационному обеспечению.

Реализация работы:

- материалы диссертации использованы при разработке с участием автора курса лекций по экологической безопасности, экологическому риску, управлению рисками, управлению сложными социально-экономическими системами для студентов РГГМУ и СЗТУ (Санкт-Петербург) и в филиале РГГМУ (г. Туапсе и г. Ростов-на-Дону);

- под непосредственным руководством и при участии автора проведено внедрение разработанных материалов в повседневную практику управленческих структур Краснодарского края, г. Краснодара, г. Туапсе, в организацию "Краснодарберегзащита".

Личный вклад автора:

- основная идея работы, постановка задач исследований и разработка методологии их решения;

- совершенствование и разработка новых модификаций информационных показателей и методов их расчета;

- модели и методы идентификации и оценки источников опасности и риска;

- обоснование и разработка оригинальной системы геоэкологического контроля и мониторинга за составом и качеством главных компонентов природной среды, ее организационной структуры и требований к ее пространственно-временной привязке, а также к приборно-аппаратному и информационному обеспечению;

- руководство экспедициями, проведение натурных исследований на акватории порта г. Туапсе, в районе Сочи-Адлер и гг. Краснодар, Новороссийск, Анапа, Геленджик;

- обоснование и разработка гибкой пошаговой системы управления современными урбанизированными территориями соответствующего уровня с использованием системы показателей - индикаторов, индексов и риска.

- анализ особенностей рекреационных зон и факторов, влияющих на их функционирование, а также модели управления рекреационной деятельностью, применимые в современных экономических условиях.

В научных трудах, опубликованных в соавторстве, автор участвовал в той доле, которая указана в Заключении организации, в которой работа выполнялась. Автор глубоко признателен всем коллегам, принявшим участие в совместных работах и в обсуждении полученных результатов.

Апробация работы:

Основные результаты и отдельные положения работы докладывались автором на Международных, Российских и иного уровня конференциях, симпозиумах, совещаниях и форумах, в том числе на: Всероссийской научно-практическая конференции «Проблемы комплексного управления прибрежными зонами» г. Туапсе, 2004год. V Всероссийской научно-техническая конференции «Методы оценки и управления качеством окружающей среды: состояние и перспективы», 2006 г., г. Тула. V Общероссийском Форуме лидеров стратегического планирования, г.С.-Петербург, 2006 г. Слушаниях о перспективах развития прибрежных территорий Краснодарского Причерноморья, г. Сочи, п. Дагомыс, 2005г. Парламентских слушаниях об экологической обстановке г.Туапсе и Туапсинского района, 2005 г. 7-ой Международной конференции "АКВАТЕРРА". 2004. Санкт-Петербург. VI-Международном экологическом форуме. 2005 г. Санкт-Петербург. 5-ом Международном экологическом форуме, посвященном 30-летию подписания Хельсинской Конвенции. 2004 г. Санкт-Петербург. 7-м экологическом форуме "День Балтийского моря". Санкт-Петербург. 2006 г.. Международной научной конференции "Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон" Санкт-Петербург. 2006 г., 8-м экологическом форуме "День Балтийского моря". Санкт-Петербург. 2007 г. На VI Форуме лидеров стратегического планирования, Санкт-Петербург, 2007 г., VII Форуме лидеров стратегического планирования 2008 г., Международной научной конференции: «Геосистемы: Факторы развития, рациональное использование, методы управления», 2008 г. и др.

В полном объеме диссертация докладывалась в Кубанском государственном университете (г. Краснодар) и в Российском государственном гидрометеорологическом университете (С.-Петербург) и в отдельных органах государственной и муниципальной власти Краснодарского края.

Публикации:

Основное содержание диссертации опубликовано автором в 48 научных работах, в том числе в 4 монографиях и учебных пособиях.

Объем и структура работы:

диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов; изложена на 276 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 43 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В 1-й главе рассмотрены предмет и объекты исследования, проведен анализ их хозяйственной деятельности и экологического состояния, обозначены основные пути решения имеющихся экологических проблем. Все исследуемые объекты представляют собой искусственные экосистемы (урбанизированные территории (УТ), которые входят в состав естественных экосистем и представляют собой чрезвычайно сложный симбиоз природных и искусственных живых и неживых элементов, для которых в последующем развиваются соответствующие методы оценки и управления экологическим состоянием и качеством окружающей среды.

А) Объект регионального уровня. Краснодарский край (рисунок 1). По данным 2002 -2008 гг. экологическая обстановка в Краснодарском крае в значительной мере осложнилась в результате крайне неблагоприятных климатических аномалий. Помимо этого негативное влияние на окружающую среду связано с увеличением в последние годы транспортных потоков, а также с нефтедобычей, применением несовершенных технологий, наличием экологически опасных нефтехранилищ и транспортирующих нефтепроводов.

Рисунок 1 - Карта Краснодарского края

рекреационный управление экологический краснодарский

С точки зрения приоритетности на первые места поставлены следующие проблемы.

Проблема экологического состояния окружающей среды городов: выбросы токсичных веществ в атмосферу, в т.ч. от передвижных источников; загрязнение окружающей среды токсичными промышленными отходами; сбросы городских и промышленных сточных вод, содержащих токсичные вещества.

Проблемы сельских районов: пестицидное загрязнение, деградация почв и водных объектов; переувлажнение земель.

Проблемы Азово-Черноморского побережья: физическая деградация уникальных экосистем курортных районов; загрязнение морской среды вредными веществами; эрозия берегов, оползни; аварийные чрезвычайные ситуации естественного и антропогенного происхождения; дефицит питьевой воды в курортной зоне Азово-Черноморского побережья; сокращение биоразнообразия.

Проблемы окружающей среды горных районов Краснодарского края: деградация ресурсов и окружающей среды, в том числе особо важных природных объектов; эрозия берегов рек и горных склонов.

Пестицидное загрязнение и токсичные промышленные отходы. Одним из основных направлений решения проблемы токсичных промышленных отходов предполагалось строительство в крае полигона для их захоронения, что в настоящее время реализовать невозможно. Вследствие этого принято решение об изменении концепции утилизации токсичных промышленных отходов в направлении переработки отходов по видам в районах их образования.

Свалки твердых бытовых отходов. Здесь принята концепция ограничения неблагоприятного влияния свалок твердых бытовых отходов на здоровье человека и окружающую среду. Предусмотрены мероприятия как для вновь строящихся свалок, так и для существующих свалок. В перспективе предлагается изыскать возможности для строительства в крае мусороперерабатывающих заводов.

Выбросы вредных веществ в атмосферу от передвижных источников. Разработана общая концепция решения данной проблемы.

Выбросы в атмосферу оксидов углерода, серы, азота и ванадия. Предлагается на основе специально разработанной концепции решить и эту проблему.

Аварийные выбросы (сбросы) и утечки химических веществ. В соответствии с упомянутой концепцией разработан комплекс мероприятий, направленных на снижение угрозы аварийных ситуаций.

Сбросы городских загрязненных сточных вод. Концепция решения проблемы заключается в интенсификации строительства и реконструкции очистных сооружений в населенных пунктах.

Сброс промышленных сточных вод. Концепция решения данной проблемы также подробно разработана органами, ответственными за проведение экологической политики.

Загрязнение подземных вод. Комплекс мер по охране подземных вод от загрязнения в Краснодарском крае включает, в основном, профилактические меры, направленные на предотвращение загрязнения и на оперативное слежение за состоянием подземных вод.

Сжигание растительных остатков. Концептуальным направлением решения проблемы является поиск возможностей заинтересовать аграрный сектор не сжигать растительные остатки, а использовать их в народном хозяйстве.

Деградация почв. В основу концепции решения проблемы деградации почв Краснодарского края положен принцип ландшафтного земледелия, позволяющий управлять потоками влаги и веществ и защищать почву от эрозии.

В целях улучшения и стабилизации экологической обстановки в крае Главное управление природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Краснодарскому краю совместно с учеными сосредоточило основное внимание на решении приоритетных экологических проблем и выполнении рекомендаций «Регионального плана действий по охране окружающей среды Краснодарского края на 2000-2005 гг.», разработанного Северо-Кавказским филиалом ВНИИ природы при участии автора настоящей диссертации, а также результатов, полученных в диссертации.

Б) Объект регионального уровня. Прибрежная зона. Хозяйственная деятельность человека в прибрежной (береговой) зоне (ПЗ) является частным случаем природопользования в целом и приводит к заметному влиянию на динамику берегов ПЗ. Основными ее видами является: строительство берегозащитных и портовых сооружений, застройка надводной части пляжа различного рода и назначения капитальными сооружениями и другие.

Имеющиеся антропогенные факторы можно разделить на две группы:

«техногенные» (связанные непосредственно с использованием технических средств);

«техноплаганические» (проявляющиеся скрытно, так что механизмы их воздействия на природные процессы остаются невыясненными и трудно понимаемыми). К ним относятся, например, акклиматизационные рыбохозяйственные мероприятия, промысел и др. Основные виды антропогенных воздействий на береговую зону приведены в таблице 1.

В этой связи сформулирован ряд положений, которых рекомендовано придерживаться при разработке экологической политики в ПЗ. К ним предложено отнести следующие:

Каждая прибрежная экосистема уникальна и требует разработки специфической стратегии менеджмента. Применение только стандартных подходов, СНиПов, ГОСТов и пр. способствует не решению существующих проблем, а их усугублению и переходу в кризисное состояние.

Охрана береговой зоны заключается не только в охране прибрежной растительности и сообществ животных, а в комплексной охране природных биотопов - дюн, террас, пляжей, ветлендов, образующих «тело» эколого - социо - экономической системы. При любых, самых незначительных изменениях биотопов изменяется стабильность всей системы в целом.

Физические, биологические и социальные процессы в береговой зоне могут быть поняты только при рассмотрении системы в целом. Всякое отступление от системного подхода грозит обернуться редукционизмом.

Для каждой прибрежной системы существует свой набор природных и антропогенных рисков. Идентификация и корректная оценка этих рисков будут способствовать поиску адекватных методов их снижения и предотвращения негативного воздействия на природные элементы ПЗ.

Таким образом, геоэкологическое состояние прибрежной (береговой) зоны вызывает серьезную озабоченность.

В) Объект локального (местного) уровня. Туапсинский район и город Туапсе. Рассмотрено общее состояние городских территорий и социальной инфраструктуры в комплексе и даны их основные характеристики и параметры по следующим направлениям:

Промышленность. Увеличение мощности по переработке нефти ОАО «НК «Роснефть» - Туапсинский НПЗ» только в 2003 году привело к увеличению количества выбросов вредных веществ в атмосферный воздух на 207 тонн по сравнению с 2002 годом при отсутствии у предприятия нормативной санитарно-защитной зоны.

Технологические трубопроводы, по которым происходит перекачка нефтепродуктов с ТНПЗ на ОАО «НК «Роснефть» - Туапсенефтепродукт» проходят под федеральной автомобильной трассой, причем, над трубопроводами уже возведены капитальные строения, в том числе и социально-культурного назначения. Это означает, что охранная зона таких трубопроводов, составляющая 25 метров в каждую сторону от оси трубопровода, проигнорирована.

Транспорт. Проведен анализ состояния транспорта в городе и установлено, что транспортная схема города несовершенна, что порождает дополнительные экологические риски.

Энергообеспеченность. В ряде случаев продолжает эксплуатироваться оборудование, требующее или ремонта, или даже замены. Газоснабжение представлено природным газом низкого давления, распределительная сеть в настоящее время находится в стадии строительства.

Таблица 1 - Основные виды антропогенных воздействий на береговую зону

№ п/п	Вид деятельности	Характер антропогенных воздействий	Возникающие или активизирующиеся процессы
1	Строительство и эксплуатация железных и автомобильных дорог на приморских участках	Подрезка склонов при устройстве выемок, полувыемок, полок, берм. Нарушение склонов насыпями. Динамические нагрузки от транспорта, судоходно-вибрационных механизмов, взрывных работ.	Выветривания, оползни, отвалы, осыпи, заболачивание и затопление западин, эрозия откосов, насыпей и склонов, загрязнение прибрежной зоны моря.
2	Гидротехническое строительство в прибрежной зоне моря (сооружение портов, молов, пристаней и др.)	Изменение параметров гидро и литодинамического режима на участке строительства и прилегающем побережье.	Активизация береговой и донной абразии. Сокращение пляжевой полосы. Накопление наносов перед сооружением и во входящем углу, образование низовых размывов берега.
3	Организация карьеров на подводном береговом склоне, в устьях и руслах рек, на надводной части пляжей	Изменение поперечного профиля подводного берегового склона. Нарушение режима вдольберегового и поперечного транспорта наносов. Изъятие галечного и песчаного пляжеобразующего материала с русел и устьев рек и пляжей.	Загрязнение прибрежной зоны моря. Активизация абразионных процессов. Размыв пляжей.
4	Курортное, городское, поселковое, промышленное и коммунальное и др. строительство.	Подрезка склонов при их вертикальной и горизонтальной планировке, проходка строительных котлованов, траншей, подземных коммуникаций. Нагрузка верховых частей склонов, клифа берега различного рода зданиями и сооружениями.	Выветривание. Оползни. Эрозия. Заболачивание. Подтопление грунтов. Загрязнение прибрежной зоны. Изменение экологической обстановки территории.

Водоснабжение. Водоснабжение осуществляется от одного водозабора, находящегося в п. Мессожай, водозабор производится из артезианских скважин, глубиной до 37 метров, территория водозабора находится в зоне затопления р. Туапсе. Потребности в пресной воде удовлетворяются на 70 %, до 30 % скважин после наводнения 1991 года находятся в неработоспособном состоянии, наблюдаются перебои в водоснабжении из-за понижения уровня воды в скважинах.

Экологическая ситуация в г. Туапсе. Экологическая обстановка на территории города Туапсе не может рассматриваться как благополучная. В настоящее время, г. Туапсе является городом с очень высоким риском инвестиционной деятельности, так как любая производственная программа может быть прекращена в результате появления новых неконтролируемых экологических процессов.

Город Туапсе находится в сфере действия Конвенции о защите Черного моря от загрязнения (Бухарест, 21.04.1992 г.), и, следовательно, на органы местного самоуправления автоматически возлагаются государственные полномочия по выполнению международных обязательств, взятых на себя Российской Федерацией.

В этой части диссертации предложены рекомендации по улучшению экологической обстановки в городе, в числе которых входят необходимость принятия отдельного нормативного акта на уровне субъекта Федерации о путях дальнейшего развития Туапсинского транспортного узла с определением конкретных жестких сроков выполнения, источников финансирования, порядка взаимодействия органов власти края и города, возможности привлечения к решению вопросов Федеральных структур.

Во 2-й главе рассматривается методология системного подхода и моделирование урбанизированных территорий (УТ), схем и систем экологического контроля и мониторинга. Подчеркнуто, что в моделировании главная проблема - это проблема количества и учета переменных факторов. Отмечено, что в процессе участвуют как внутренние, так и внешние переменные. Это означает, что любая переменная, которую на данный момент нельзя определить или измерить количественно, должна игнорироваться и, по возможности, регистрироваться для последующего анализа накопленных результатов.

Постоянные изменения в УТ рождают серьезные проблемы. Особо обращено внимание на то обстоятельство, что если переменных слишком много, то это еще не означает, что мы не можем попытаться внести ясность в рассматриваемую задачу. Центральной здесь является проблема оценки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Объектно-информационная модель УТ

Подходы к моделированию УТ могут быть сформулированы в разных предпочтениях. В диссертации рассмотрены: Традиционный системный подход с некоторыми модификациями; Оригинальный системный, междисциплинарный, информационный подход в новом толковании.

УТ (рисунок 2) определена как единый природно-антропогенный комплекс, образованный территорией и проживающим на ней населением, а также непосредственно примыкающими к нему территориями, и решающим образом преобразованной или искусственно созданной человеком среды обитания, характеризующейся специфическим обменом веществ и потоками энергии и информации..

В состав УТ входят и те прилегающие территории, которые обслуживают население. Первичная продукция внутри УТ составляет доли процентов от потребляемой. Микробиологическая деструкция различного рода органических отходов здесь большей частью сосредоточена на специальных полигонах, часто заменяется искусственным уничтожением и, в отличие от природных экосистем, не используется для воспроизводства биотических компонентов.

Подсистемы УТ - атмосферный воздух, воду, почву назовем главными компонентами. В УТ содержатся также две важные подсистемы - техногенная и социальная, являющиеся источником специфического воздействия. Под специфическим воздействием понимается такое, которое способно нарушить пространственную, временную или функциональную структуру УТ или любой из ее подсистем, что приводит к ее перестройке и возникновению у нее новых свойств, а значит и нового качества.

Следующий шаг - выделение предметных составляющих.

Их три: 1. Физическая, 2. Химическая, 3. Биотическая.

Затем вводятся направления (классы) исследований.

Их четыре: 1.Состав, 2. Процессы, 3. Свойства, 4. Явления (Эффекты).

Предложенная модель позволяет отслеживать изменения, происходящие в УТ и выявлять наиболее характерные тренды, как в отдельных главных компонентах, так и в системе в целом.

Введенная модель универсальна в иерархическом плане и обладает рядом преимуществ. Важнейшее из них состоит в том, что с ее помощью при использовании таких новых показателей как индикаторов и индексов, а также риска, можно достичь требуемой полноты и простоты интерпретации информации, представляемой в систему принятия решений, что очень важно для систем управления.

Теоретические предпосылки и модернизация систем мониторинга. Результаты мониторинга в значительной степени зависят от объема и качества полученной исходной информации, которая должна включать как можно более подробные данные о пространственно-временной изменчивости показателей состояния (качества) окружающей среды, а также должна содержать подробные сведения о видах хозяйственной и иной деятельности на УТ, включая данные об источниках загрязнения.

В то же время необходимо постоянно опираться на все законодательные акты, связанные с контролем и управлением качеством окружающей среды, учитывать финансовые возможности, общую физико-географическую обстановку и другие сведения, имеющие значения для конкретной территории.

С учетом сказанного в диссертации предложена модифицированная схема комплексного геологического мониторинга (КГЭМ). Сформулирована цель создания КГЭМ как мониторинга геоэкологического состояния прилегающей сухопутной и морской территории, морских биотических и абиотических ресурсов, в том числе рекреационных, в зоне Краснодарского причерноморья в совокупности с мониторингом загрязняющих веществ, вследствие техногенной деятельности.

Эта цель предопределила задачи, которые необходимо решать в рамках этого мониторинга:

Контроль территориальных и внутренних вод.

Контроль за освоением ресурсов моря и береговой зоны.

Контроль морской обстановки.

Контроль за состоянием рекреационной зоны.

Предупреждение и оценка масштабов стихийных бедствий.

Связь и управление в чрезвычайных ситуациях.

Ликвидация последствий чрезвычайных ситуаций и экологических бедствий.

Наблюдение за геологической, сейсмической и вулканической обстановками.

Модификация заключается в том, что система КГЭМ строится по многоуровневому иерархическому принципу, основанному на идее функционального поэтапного развития существующих и создаваемых национальных космических и авиационных средств дистанционного зондирования, береговых, судовых, гидроакустических средств, функционирующих автономно, создании единого органа обработки информации и управления системой.

Акцент делается на сопоставление и сравнение прогрессивных изменений, а не состояния, что важно для построения прогнозных моделей.

Первое преимущество предложенного подхода по сравнению с традиционным состоит в том, что комплексную оценку уровня экологической безопасности удобнее реализовать на основе предложенной информационно-объектовой модели.

Второе преимущество заключается в том, что развитые идеи позволяют повысить эффективность принимаемых решений, понизить риски избыточных финансовых затрат и риски принятия ошибочных решений.

3-я глава посвящена рассмотрению традиционных и новых технологий оценки состояния и качества компонентов окружающей среды и их сопоставлению.

В этой части работы обоснована необходимость поиска и разработки новых показателей и соответственно - модернизации и пополнении банка данных систем принятия решений новыми показателями, более адекватно описывающими состояние и качество окружающей среды.

Предложено использовать в роли таких показателей, свободных от многих недостатков, экологические индикаторы и индексы, а также риск.

Идея реализовывалась в рамках идеологии индексной квалиметрии и методологии риска.

Индексную квалиметрию можно определить как область знания, содержащую теорию измерения и оценку качества или отдельных компонентов качества феноменов и процессов в заданном пространстве, в интересующем нас интервале времени с помощью индексов.

Индекс - это мера отклонения от уровня, принятого за базовый, а индикатор - это сигнал или аналог индуцируемого явления, могущий выступать как мера величины, мера свойства или мера параметра какой-либо характеристики процесса.

Качество природной среды в целом или ее отдельных компонентов оценивается на основе сопоставления признаков качества контролируемой системы с системой, выступающей в роли эталона и выявления отклонений при проводимом сопоставлении.

Простой индикатор для воды или атмосферного воздуха рассчитывается по формуле:

i = (Mi - Fi) / Ci. (1.1)

В этой формуле Сi - измеренная концентрация ЗВ, i - его номер, Мi - значение концентрации конкретного ЗВ, влияющего на здоровье человека. Fi - фоновое значение конкретного ЗВ (можно взять значение ПДК, но не обязательно).

Простой индекс качества определяется как: мij= mij / nij , в котором nij - число полных признаков качества, mij - число совпавших при сопоставлении признаков. Его числовые значения заключены в диапазоне ноль - единица, (0 - 1).

Мера отклонения от качества рассматривается как величина пропорциональная соответствующей составляющей экологического риска Rij по данному показателю, то есть:

Rij = k (1 - ij) (1.2),

где, k - корректирующий коэффициент и из нее же следует, что диапазон численного изменения Rij также заключен в интервале (0 - 1), и с ростом качества риск уменьшается и наоборот.

Обобщенные, интегральные и комплексные индексы качества строятся на основе рекомендаций квалиметрии и разработок, представленными в наших работах.

Такой подход изначально предусматривает включение в информационную модель соответствующих данных в физической химической и биотической составляющих по всем четырем классам: состав, свойства, процессы, явления и в силу этого заметно повышает полноту описания состояния и качества исследуемого объекта.

Индекс качества, связанный с экологическим риском, позволяет ввести количественную шкалу оценки уровня экологической безопасности. Количественной оценке подлежат:

Экологическая опасность (D) - угроза изменения состава или свойств окружающей среды, либо появление изменений, связанных с возникновением в ней нежелательных процессов, обусловленных антропогенным воздействием. Смысл данного определения - вероятностный. Это значит, что диапазон изменений этой величины также меняется от 0 до 1.

Экологическая безопасность - S = 1/ D - величина, обратная экологической опасности. Диапазон изменений будет соответственно (1 - ). Для практических целей вполне достаточно оперировать диапазоном (1 - 10).

Приемлемый уровень риска Rпр. Rпр. = 0,3 - 0,4 .Все риски, выше этих значений, следует рассматривать как неприемлемые.

Уровень экологической безопасности, отвечающий уровню приемлемого риска равен 2.5 - 3,3.

Для представления экологической информации в систему принятия решений разработана специальная таблица (таблица 2), иллюстрирующая соотношения между качественными и количественными оценками обобщенных индикаторов, экологического риска и уровня экологической безопасности.

Таким образом, количественные оценки качества окружающей среды или ее отдельного главного компонента можно провести: 1) посредством индикаторов, 2) с помощью индексов качества, 3) привлекая понятие экологического риска.

Системам принятия решений, в первую очередь, необходимо иметь обобщенные крупные показатели, характеризующие как общую ситуацию, так и ситуацию по отдельным направлениям.

При проведении расчетов рассматривались следующие объекты:

Прибрежная зона Черного моря между гг. Адлером и Сочи;

Атмосферный воздух в г. Краснодаре;

Атмосферный воздух в г. Новороссийске;

Атмосферный воздух в г. Туапсе;

Атмосферный воздух в г. Сочи;

Оценка загрязнения атмосферного воздуха в городах Краснодар, Новороссийск, Сочи. Был взят ряд наблюдений по г. Краснодару и г. Новороссийску за 2002-2005 гг., по Сочи 2001-2005 гг.

Не все выбрасываемые загрязняющие вещества (ЗВ) одинаково опасны для человека. Поэтому по г. Краснодару и по г. Новороссийску наблюдения велись за концентрациями следующих веществ:

1. Взвешенные вещества, 2. Диоксид серы, 3. Сульфаты растворимые, 4. Оксид углерода, 5. Диоксид или оксид азота, 6. Бенз(а)пирен, 7. Сероводород, 8. Фенол, 9. Формальдегид.

В г. Сочи, например, отслеживалась ситуация по пяти-шести, в некоторых случаях по семи веществам: 1. Взвешенные вещества, 2. Диоксид серы, 3. Растворимые сульфаты, 4. Оксид углерода, 5. Диоксид азота, 6. Оксид азота. 7. Фенол.

Измерялась концентрация Ci данного ЗВ и отношение Сi/ПДКi. Затем рассчитывался ИЗА5 или ИЗА7 по известной формуле Аверьянова. ИЗА трактуется как комплексный индекс загрязнения атмосферы, рассчитываемый по значениям средних за год концентраций. Интегрированные данные представлены в таблице 3.

Таблица 2 - Соотношения между качественными и количественными оценками обобщенных индикаторов, экологического риска и уровня экологической безопасности.

Численные значения обобщенного индикатора, об. = 1/	Качественная характеристика уровня экологического риска, R	Примерное численное значение уровня экологического риска, R	Уровень экологической безопасности, S
0,01 - 0,1	Катастрофический	Риск близок к единице	Минимальный и равен единице (1)
0,1 - 0.15	Запредельный	0,9	1,1 -1,2
0,15 - 0,2	Критический	0,8	1,2 - 1,3
0,2 - 0,4	Опасный	0,7	1,3 - 1,4
0,4 - 0,8	ЗОНА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА	0,7-0,5	1,5 - 2,0
0,8 - 1,0	Допустимый	0,5	2,0 - 2,2
1 - 2	Приемлемый	0,4	2,2 - 2,5
2 - 4	Удовлетворительный	0,3	2,5 - 3,3
4 -7	Хороший	0,2 и меньше	3,3 - 5,0
Cвыше 8	Фоновый	0	Свыше 5 Максимальный Уровень может быть принят равным 10

Данные наблюдений, на основе которых рассчитаны ИЗА5 одновременно были обработаны по новой методике индексной квалиметрии. Результаты расчетов, усредненные по годам, приведены в таблице 4.

Таблица 3 - Среднегодовой индекс ИЗА5 для трех городов Краснодарского края

Город	2001	2002	2003	2004	2005
Краснодар ИЗА5		16	23	12	9
Новороссийск ИЗА5		12	14	15	17
Сочи ИЗА5	2,07	1,83	1,47	3,24	3,22

Уже сама таблица показывает, что она гораздо информативнее предыдущей, и более удобна для лица принимающего решение (ЛПР). На основании расчетов предложено наглядное изображение полученных результатов.

Вариант такого представления, удобного для ЛПР, изображен на рисунке 3.

В данном случае ситуация не требует оперативного вмешательства, хотя и находится в зоне риска.

Картинка, изображенная на рисунке 3, может, к примеру, еженедельно представляться ЛПР. Она является статической графической интерпретацией экологической ситуации по обобщенному показателю в химической составляющей в классе «состав». Однако остается весьма высокой степень неопределенности в понятии «состояние». Более высокая степень полноты описания будет достигнута, если к рассмотрению будут привлечены физическая и биотическая составляющие, а также приняты во внимание результаты, полученные по оставшимся трем классам, которые могут.

Таблица 4 - Представление информации по новой методике индексной квалиметрии

Город	Индекс качества, м	Качественная характеристика уровня экологического риска, R	Примерное численное значение уровня экологического риска, R	Уровень экологической безопасности, S
Краснодар	0,65	Удовлетворительный	0.35	2,5-3,3
Новороссийск	0,57	Приемлемый	0,43	2,2-2,5
Сочи	0,9	Хороший	0,1	3,3-4,0

Оценка качества поверхностного слоя воды в населенных пунктах Новороссийск, Анапа, Туапсе и в районе Сочи-Адлер за период 2002-2006 гг.

В поверхностном слое воды в указанных населенных пунктах отслеживалась ситуация по 14 ингредиентам, среди которых были нитраты нитриты, ртуть и нефтеуглероды (НУ).

Рисунок 3 Графическое представление оценки качества атмосферного воздуха

Показатели концентрации последних превышали ПДК, особенно по нитритам и ртути, где превышение ПДК составляло от 30 до 80 раз. Так как применение индекса качества в этом случае неоправданно в силу усреднения результата, то был задействован для оценки ситуации уровень индикаторов, который показал следующее. Численное значение индикаторов по нитритам, ртути, фосфатам и НУ составило порядок 0,01 - 0,1(сотые, десятые доли), а это значит, что риск катастрофический, а уровень экологической безопасности по этим показателям минимальный, что указывает на необходимость срочного рассмотрения этой ситуации и принятия адекватных решений. На рис.14 сказанное отмечено красной линией.

В 2005-2006 годах в прибрежной зоне Черного моря в районе Сочи Адлер была проведена оценка качества морской воды по гидрохимическим показателям, в числе которых были НУ, ртуть, железо свинец, фосфаты и детергенты. Пробы отбирались на 8-и станциях, расположенных между Сочи и Адлером с поверхностного и придонного горизонтов. Всего отобрано 155 проб, произведено 3302 анализа на 27-30 ингредиентов и параметров. Из них 13 являются нормируемыми.

По результатам этих анализов следует, что на всех станциях по НУ наблюдалось превышение ПДК более, чем в 7 раз, причем в придонном слое всегда концентрация НУ была выше, чем в поверхностном слое. Концентрация железа во всех случаях превышала ПДК в среднем в 2 раза. Отмечен также неблагоприятный режим по растворенному кислороду.

По традиционной методике был рассчитан ИЗВ, где в качестве ингредиентов были взяты НУ, БПК, растворенный кислород и железо. В соответствии с общепринятой классификацией качества морских вод, воды были классифицированы как «умеренно загрязненные».

Оценка по представленной, оригинальной методике, дает значение индекса качества воды м = 0,7, то есть уровень риска R = 0,3 (удовлетворительный) и уровень экологической безопасности S = 3,3. Однако в отличие от традиционной оценки, имеющий успокоительный характер, новая методика оценки может быть представлена графически и четко указывает ЛПР на необходимость разработки мероприятий по блокированию прогрессирующего загрязнения территории ингредиентами, имеющими высокий класс опасности.

В 4-й главе представлены результаты натурных наблюдений за состоянием и качеством окружающей среды в г. Туапсе и на прилегающих территориях.

Конкретными объектами исследования явились: Акватория морского порта г. Туапсе;

Прилегающая прибрежная акватория; Поверхностный слой почвы в черте г. Туапсе и воды рек Паук и Туапсе.

В этой связи была разработана программа работ и организованы экспедиции. Экспедиции были согласована с администрацией соответствующих городов и выполнялась при непосредственной помощи Туапсинского Филиала РГГМУ, управления природных ресурсов и охраны окружающей среды администрации г. Туапсе, Морской администрации порта и ООО «КубаньЭкоПром».

Исследования были разделены на четыре основных направления: Исследование морских прибрежных систем; Исследование загрязнения атмосферного воздуха в городах; Исследование загрязнения поверхности почв; Исследование загрязнения стока рек.

Первоочередной задачей явилось изучение экологического состояния и качества компонентов природной среды, сформировавшееся под действием естественных и антропогенных факторов с использованием идей и представлений, развитых в главе 2.

Обработка некоторых данных и их анализ выполнялись в аккредитованной экоаналитической лаборатории Испытательного центра ФГУ Научно-производственного предприятия «ГЕОЛОГОРАЗВЕДКА» в городе Санкт-Петербург. Всего в районе причальных сооружений Туапсинского морского порта выполнено 39 океанографических станций. Отобрано проб воды с поверхностного и придонного горизонтов на 11 станциях и осуществлен отбор проб с поверхности донных отложений на 3 станциях (рисунок 4).