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 07.01.2014Понятие, 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 28.09.2010Научное 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 04.04.2013Деятельность 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 18.04.2014Понятие 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 13.11.2003Географическое 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 22.04.2015Понятие 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 08.12.2011Особенности 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 11.04.2017Антропогенное 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 19.02.2011История 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