Методологические основы оценки функционирования природно-технической системы (агроэкосистемы) в бассейнах рек

Повышение влияния техногенных факторов на природную систему и увеличение риска нарушения экологического равновесия в речных бассейнах. Оптимизация структуры производственной деятельности, которая обеспечила бы минимальные потери неживой и живой природы.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 02.02.2019
Размер файла 40,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.671:631.43:556.01

ТарГУ им. М.Х. Дулати

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (АГРОЭКОСИСТЕМЫ) В БАССЕЙНАХ РЕК

Мустафаев Ж.С.

Козыкеева А.Т.

В последнее время становится все очевиднее, что свидетельством изменения окружающей среды является строительство водохозяйственных систем и промышленной про-изводственной инфраструктуры, которые приводят к повышению влияния техногенных факторов на природную систему и увеличивает риск нарушения экологического равновесия в речных бассейнах, являющихся средообразующими географическими объектами.

При этом изменение экологического равновесия в речных бассейнах приводит к значительным диспропорциям в единичных или общих природных явлениях, где состояние и свойства биогеоценоза требует точного и достоверного прогноза возможных последствий нарушений в природе, возникающих при техногенных или антропогенных воздействиях.

В связи с этим, одним из главных задач системы природопользования и природообустройства в бассейнах рек является оптимизация структуры производственной деятельности, которая обеспечила бы минимальные потери неживой и живой природы.

Природная и природно-техническая системы в речных бассейнах в своем совместном функционировании базируются на процессах энерго- и массо- обмена. В процессе деятельности природно-технической системы возникает поток разнохарактерных техногенных возмущений, которому противодействует реактивный поток со стороны биосферы или природной системы, а взаимодействие этих потоков обеспечивает уровень антропогенного изменения свойств природных объектов по всей совокупности параметров речных бассейнов.

Процесс формирования и развития конкретной экосистемы в результате антропогенной деятельности характеризуется закономерным изменением начальных показателей природной системы, то есть каждый вид промышленного техногенеза обладает свойственной ему спецификой воздействия на объекты природы. Следовательно, в процессе формирования и развития природно-технической системы в речных бассейнах сопровождается закономерным накоплением антропогенных изменений свойств экосистемы во времени и пространственных масштабах.

Соответственно законам природы, любое антропогенное воздействие на природную систему характеризуется ответной реакцией со стороны окружающей среды, которая может проявляться в трех формах - адаптационной, восстановительной и невосстановительной.

Адаптационная реакция природной системы предусматривает локальное, статистическое смещение равновесия, в рамках которого окружающая среда продолжает функционировать в новых условиях, сохраняя определенное равновесное состояние.

Восстановительная реакция природной системы в процессе атропогенной деятельности отвечает полному или частичному восстановлению свойств экосистемы, сохраняя определенную устойчивость техногенному воздействию.

Невосстановительная реакция природной системы соответствует критическому состоянию окружающей среды, которая полностью изменяет свою структуру и свойства, это происходит при переходе системы к экологически экстремальной ситуации, что возможно при превышении допуска хотя бы одного показателя возмущения.

Поэтому в системе природопользования и природообустройства речных бассейнов возникает необходимость прогнозирования и оценки характера влияния техногенных факторов, возникающих в процессе антропогенной деятельности, которые допускают определенное антропогенное воздействие, приводящее к изменению ряда природных факторов. экологический речной бассейн производственный

Условие экологического равновесия природной системы в природопользовании и природообустройстве требует, чтобы в процессе антропогенного воздействия состояние природной среды было бы невозрастающей функцией во времени, то есть какая-либо характеристика носит неуправляемый характер, монотонное возрастание может привести в процессе деятельности к достижению предельного антропогенного уровня, представляющего экологическую опасность и нарушающих экологическую устойчивость природной системы речных бассейнов.

Таким образом, принцип оптимального функционирования природно-технической системы при управлении и регулировании природными процессами и антропогенной деятельностью может быть сформулирован следующим образом: если природно-техническая система испытывает влияние комплекса факторов техногенного и антропогенного воздействия, то для стабильного функционирования водохозяйственной системы в речных бассейнах необходимо, чтобы сумма этих воздействий оставляла без изменения все структурные соотношения в данной системе.

Для разработки оптимального экологического режима функционирования водохозяйственных систем необходимо знать факторы технического воздействия, критерии оценки состояния экосистемы и иметь управляющие параметры, оказывающие воздействие на природную экосистему.

При этом факторы техногенного воздействия определяют: по номенклатурному (качественному) составу техногенного воздействия и по интенсивности их воздействия (оценивается коэффициентом весомости) на природную среду. А, критерием состояния экосистемы в речных бассейнах служат объективной мерой оценки эффективности разрабатываемых инженерно-экологических методов охраны окружающей природной среды для различных технологических процессов.

Выбор критериев зависит от специфики экосистемы и требований, которые к ней предъявляют в условиях антропогенной деятельности, то есть для оценки влияния природно-техногенных нагрузок на экологическое равновесие природной системы используют следующие интегральные критерии:

- абсолютные потери окружающей среды, выраженные в конкретном изменении данных биогеоценоза флоры и фауны;

- компенсационные возможности экосистемы, характеризующие ее восстанавливаемость в естественном и принудительном режимах;

- опасность нарушения природного баланса, которая определяет вероятность возникновения необратимых потерь и экологических сдвигов;

- уровень экологических потерь, которые характеризуют масштабы воздействия природно- техногенных нагрузок на окружающую среду.

В настоящее время методы эквивалентного сопоставления разнородных показателей применяются для оценки технического уровня проектных решений в мелиоративной науке [1-2]. Поэтому, для оценки уровня техногенного нарушения природной системы речных бассейнов, можно использовать показатели, характеризующие отношения использования природных ресурсов и изменения их компонентов в системе природопользования [3-4]:

- при агротехническом освоении территории:

,

где - площадь освоенной территории, га; - площадь природных или полуприродных экосистем, га;

- при мелиорации сельскохозяйственных земель:

,

где - фактическая оросительная норма или удельный водозабор, м3/га; - почвенно-экологическая допустимая норма орошения, обеспечивающая оптимальное соотношение тепла и влаги в конкретных природно-климатических зонах, м3/га;

- при использовании водных ресурсов:

,

где - располагаемые водные ресурсы бассейна рек, км3 или м3/с; - санитарный попуск, обеспечивающий экологическую устойчивость в низовьях бассейнов рек, км3 или м3/с; - объем водозабора для нужды промышленных предприятий и сельскохозяйственных организаций, км3 или м3/с;

- при оценке изменений гидрохимического режима воды:

,

где - естественная минерализация воды рек до антропогенной деятельности человека, г/л; - минерализация воды рек, в процессе антропогенной деятельности человека, г/л.

- при сбросе в водоисточник возвратных вод:

,

где - коллекторно-дренажные и сточные воды, км3 или м3/с.

- при оценке гидрохимического режима орошаемых земель:

,

где - площадь малопродуктивных засоленных земель, га.

Для демонстративного расчета показателей уровня техногенного нарушения агроландшафтов, выполнен анализ использования природных ресурсов в низовьях бассейна реки Сырдарьи (таблица 1).

Таблица 1. Динамика использования природных ресурсов и их влияние на компоненты природной системы в низовьях реки Сырдарьи

Годы

Площадь,

тыс. га

Площадь засоленных земель, тыс. га

Удельный

водозабор,

тыс. м3/га

Минерализация оросительной воды, г/л

1910

21,0

0,05

-

4,0

0,0

0,40

1,00

1920

25,5

0,06

-

4,5

0,0

0,40

1,00

1930

31,0

0,08

-

5,3

0,0

0,45

1,10

1940

35,0

0,09

-

6,0

0,0

0,50

1,25

1950

45,0

0,11

-

7,2

0,0

1,00

2,50

1960

103,0

0,26

12,2

0,12

8,2

0,1

1,50

3,75

1970

157,0

0,39

37,4

0,23

44,6

4,6

1,75

4,37

1980

447,1

1,11

283,8

0,63

25,4

2,2

1,80

4,50

1990

610,0

1.22

385,0

0,63

21,6

1,7

2,10

5,25

2000

414.9

0.98

198.5

0.48

22.1

1.8

2.00

5.00

2010

444.5

1.06

234.3

0.53

21.9

1.7

2.00

5.00

Как видно из таблицы 1, в ХХ веке игнорирование законов природы и природного процесса привело к несоответствию характера развития производительных сил характеру природоохранных отношений в низовьях реки Сырдарьи.

В начале ХХ века в низовьях реки Сырдарьи орошаемые земли были приурочены в основном к Присырдарьинским предгорным и бугористогрядовым равнинам, речным долинам и сухим дельтам рек и предгорным равнинам южного Казахстана на незасоленных автоморфных почвах, где имелись благоприятные климатические условия для возделывания сельскохозяйственных культур. В период 1900-1950 годов поливная норма составила 4-8 тыс. м3/га, что соответствовало почвенно-экологическим допустимым нормам орошения земель и обеспечивало энергетическую сбалансированность тепла, влаги и питательных веществ природных арголандшафтов. По мере расширения масштабов орошения, особенно связанные с освоением засоленных земель и рисовых систем, оросительная норма или удельная водопадача на один гектар непрерывно возрастала и достигла 44,6 тыс. м3. Согласно этим данным, годовые непродуктивные потери оросительной воды для уровня «водовыдел на поле - корнеобитаемая зона сельскохозяйственных культур» составляют 346 % или в 3,46 раза больше чем потенциальное испарение воды с поверхности почвы. Все это привело к тому, что в несколько десятков раз увеличилась интенсивность геологического круговорота воды и химических веществ в низовьях реки Сырдарьи, что привело к ухудшению качества воды, особенно в дельтах рек, где минерализация возросла до 2,5 г/л и существенно превысила ПДК по многим показателям вследствие сбросов в реки коллекторно-дренажных вод (12,0-14,0 км3 в год ) [5].

Таким образом, показатель характеризующий темпы использования природных ресурсов в определенной степени дает возможность определить степень изменения природной системы, тогда приближенное значение коэффициента, характеризующего уровень техногенного нарушения агроландшафтов, можно определить по формуле:

,

где - количество компонентов природной системы, принятых для определения уровня техногенных нарушений природных систем.

Для оценки уровня техногенного нарушения природной системы, можно использовать обобщенный показатель , который определяется по формуле [4-7]:

,

где - относительные значения уровня техногенных нарушений природного объекта [8].

Для анализа оценки техногенного нарушения компонентов локальных экосистем в низовьях реки Сырдарьи использованы данные о почвенно-экологическом и почвенно-мелиоративном состоянии агроландшафтов и на основе их выполнен прогнозный расчет, характеризующий степень техногенного нарушения (таблица 2).

Анализ почвенно-экологического состояния агроландшафтов по водохозяйственным бассейнам Казахстана позволил выявить следующий уровень техногенных нагрузок на природную систему [4-6]:

1. Оптимальная техногенная нагрузка на природную систему (адаптационная реакция природной системы) ( ) - это результат совокупного проявления сложных, длительных или сравнительно кратковременных процессов с природной и антропогенной составляющими, которые обеспечивают благоприятное экологическое состояние агроландшафта или замедляющего процессы его ухудшения.

2. Удовлетворительная техногенная нагрузка на природную систему (восстановительная реакция природной системы) () - неустойчивое функционирование системы в результате совокупного проявления сложных, длительных или сравнительно кратковременных процессов с природной и антропогенной составляющими, что приводит к нарушению динамического или экологического равновесия агроландшафтов.

3. Напряженная техногенная нагрузка на природную систему (невосстановительная реакция природной системы ) () - это результат совокупного проявления сложных, длительных или сравнительно кратковременных процессов с природной и антропогенной составляющими, которые характеризуются значительными изменениями агроландшафтов и общим ухудшением среды обитания человека.

Таблица 2. Оценка техногенно-нарушенных агроландшафтов в низовьях реки Сырдарьи

Показатели

Годы

1960

1970

1980

1990

2000

2010

0.26

0.39

1.11

1.22

0.98

1.06

0.10

4.60

2.20

1.70

1.80

1.70

3.75

4.37

4.50

5.25

5.00

5.00

0.12

0.23

0.63

0.63

0.48

0.53

0.77

0.68

0.39

0.29

0.38

0.35

0.90

0.01

0.11

0.18

0.16

0.18

0.02

0.01

0.01

0.006

0.007

0.007

0.87

0.79

0.53

0.53

0.62

0.59

0.900

0.993

0.985

0.946

0.935

0.984

Таким образом, предложенный методологический подход позволяет оценить уровень техногенного нарушения агроландшафтов и экологическую безопасную норму использования природных ресурсов, определить снижение ресурсоемкости производства и повышение его экологичности, сформировать качественно новую методологию индуктивного планирования и стратегии управления природными процессами в условиях антропогенной деятельности в техногенных нарушенных природных системах.

При этом основной целью природопользования и природообустройства речных бассейнов - преодоление экологического антагонизма в системе «человек - производство - природа», базирующихся на обосновании экологически безопасных допустимых уровней техногенного воздействия на геосферы Земли, обеспечивающее сохранение устойчивости биогеоценоза и природных функций экосистемы.

Литература

1. Мустафаев Ж.С. Методологические и экологические принципы мелиорации сельскохозяйственных земель. - Тараз, 2004. - 306 с.

2. Хачатурьян В.Х. Прикладные методы оценки водно-солевого, теплового и питательного режимов черноземов // Мелиорация и водное хозяйство, серия орошение и оросительные системы (Обзорная информация). - М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1988. - Вып. 3.- 56 с.

3. Мустафаев Ж.С., Рябцев А.Д. Математическая модель расчетного мониторинга агроландшафтов. - Тараз, 2009. - 136 с.

4. Мустафаев Ж.С., Умирзаков С.И., Козыкеева А.Т., Ахметов Н.Х. Оценка уровня техногенных нагрузок на природную систему в низовьях реки Сырдарьи // Сборник научных трудов КазНИИВХ / Научные исследования в мелиорации и водном хозяйстве.- Тараз: ИЦ»Аква», 2001.- том. 38.- выпуск 2. -С. 132-136.

5. Мустафаев Ж.С., Рябцев А.Д. Адаптивно-ландшафтные мелиорации земель в Казахстане.- Тараз, 2012.- 538 с.

6. Мустафаев Ж.С.,Умирзаков С.И., Козыкеева А.Т.,Ахметов Н.Х., Мустафаева Л.Ж. Оценка уровня техногенных нагрузок на природную систему в низовьях реки Сырдарьи // Вестник ТарГУ / Природопользование и проблемы антросферы. - Тараз, 2001. - №4(4). - С. 107-11

7. Щедрин В.Н., Гузыкин Д.С. Эколого-экономические аспекты обоснования мелиорации. // Мелиорация и водное хозяйство. - М.: 1993.- №2. -С. 9-11.

8. Джени К. Средние величины. М.: Статистика, 1990. -341 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Особенности моделирования процессов в природно-техногенных комплексах. Модель передвижения тяжёлых металлов и легких нефтепродуктов. Прогнозирование функционирования природно-техногенных комплексов. Минерализация грунтовых вод на мелиоративных системах.

    реферат [85,2 K], добавлен 07.01.2014

  • Понятие, сущность, виды и классификация экологических правонарушений. Общая характеристика и анализ ответственности за нарушение правил экологической безопасности при осуществлении специальных видов деятельности, а также охраны живой и неживой природы.

    курсовая работа [48,0 K], добавлен 28.09.2010

  • Научное обоснование и реализация комплекса методов интегральной оценки влияния природных и техногенных факторов на формирование экосистем Янаульского района на территории Башкортостана. Характеристика природных условий и хозяйственной деятельности.

    курсовая работа [47,0 K], добавлен 04.04.2013

  • Деятельность живых организмов. Основные абиотические и биотические факторы. Формы взаимодействия между живыми организмами. Классификация экологических факторов по степени адаптивности. Факторы неживой природы. Классификация по степени постоянства.

    презентация [2,2 M], добавлен 18.04.2014

  • Понятие агроэкосистемы, оптимизация структуры агроэкосистем, источники химического загрязнения агроэкосистем, экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах. Оценка состояния агроэкосистем России в отношении загрязняющих веществ.

    курсовая работа [58,3 K], добавлен 13.11.2003

  • Географическое положение степной экосистемы Евразии, особенности ее геологической структуры. Характеристика всех компонентов живой и неживой природы, продуктивность экосистемы, описание почв. Использование живых и неживых ресурсов данной системы.

    реферат [1,1 M], добавлен 22.04.2015

  • Понятие экологического риска. Географо-экономическая характеристика района. Виды методов исследований. Выявление основных источников техногенных нагрузок в исследуемом районе. Анализ техногенных и природных опасностей, динамика техногенного воздействия.

    курсовая работа [355,0 K], добавлен 08.12.2011

  • Особенности управления экологическими рисками на предприятии. Методологические подходы и принципы оценки экологического ущерба. Экологические риски и экологический ущерб от деятельности ОАО "ИСКО-Ч". Повышение экологической безопасности предприятия.

    курсовая работа [464,6 K], добавлен 11.04.2017

  • Антропогенное воздействие на природные ландшафты - реальная опасность нарушения экологического равновесия. Осуществление экологического мониторинга с помощью аэро- и космических фотоснимков. Отрицательные последствия хозяйственной деятельности человека.

    презентация [2,3 M], добавлен 19.02.2011

  • История создания географических информационных систем, их классификация и функции. Сущность геохимической оценки техногенных аномалий. Применение геоинформационной системы ArcView 9 для оценки загрязнения тяжелыми металлами атмосферного воздуха г. Ялты.

    дипломная работа [66,1 K], добавлен 19.12.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.