Синергетический подход к моделированию урбанизированных территорий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синергетический подход к моделированию урбанизированных территорий

Е.А. Мусихина

Сегодня город стал основным местом обитания людей. В целом по России в городах и поселках городского типа проживает порядка 70% населения страны. Город - специфическая пространственная среда, формирующаяся в процессе развития общества и являющаяся одним из высших проявлений цивилизации.

В современных условиях социально-экономическое развитие городов является важной стратегической составляющей муниципального управления, наряду с административно-правовым регулированием и бюджетной политикой. Основными функциями социально-экономического развития являются прогнозирование и анализ комплексного развития города, формирование сводного плана развития с составлением долгосрочного и краткосрочного плана развития территорий. Выработка стратегии социально-экономического развития, принятие решений на уровне муниципального управления предполагает информационно-аналитическую поддержку в виде информационной системы принятия решений, центральной составляющей которой является системное моделирование городских территорий.

Анализ и моделирование городских систем необходимо выполнять с учетом их характерных особенностей. Методологической основой моделирования социально-экономического развития городов является системный анализ, центральным моментом которого является построение единой модели развития территорий, отражающей важнейшие факторы и взаимосвязи реальной системы. Необходимо помнить, что город, как объект моделирования, характеризуется слабостью теоретических знаний (отсутствием единой теории развития города); качественными характеристиками знаний о системе (задачи управления являются слабоструктурированными); высоким уровнем неопределенности исходной информации. Целесообразно использовать модель системной динамики, поскольку она позволяет моделировать динамические процессы на высоком уровне, оперируя представлениями о функционировании динамической системы, как совокупности денежных, продукционных, людских и других потоков.

Технологический подход к построению моделей городских систем основан на представлении моделей ресурсного типа. При таком подходе состояние городской экономической системы описывается переменными. Внешние воздействия и управленческие решения, определяющие динамику моделируемой системы, являются константами. Основной целевой задачей при этом будет установление баланса использования ресурсов в системе без качественных изменений природной среды [1].

Однако единой технологии комплексной оценки экологической емкости территорий не существует, что приводит к возникновению целого ряда геоэкологических проблем, которые повсеместно проявляются на урбанизированных территориях. В процессе длительного формирования городских поселений природная среда претерпевает постоянные изменения под воздействием антропогенных факторов, основными из которых являются: строительство различных инженерных объектов, влекущее за собой нарушение естественных грунтовых и гидрогеологических условий; прокладка подземных коммуникаций; строительство и эксплуатация водохранилищ; высокая плотность и этажность застройки жилых микрорайонов.

Даже происходящие на начальных этапах в основном сельскохозяйственные освоения территорий, приводят к изменениям структуры грунтов и водного баланса территорий, к ослаблению закрепленности почв, что уже чревато овражной эрозией. С расширением площади антропогенного воздействия нарушается естественный дренаж территорий. При перемещении больших объемов грунта и их уплотнении проявляются оседания и деформации поверхности с образованием провалов, трещин и воронок. При прокладке коммуникаций возникают условия для развития просадочных и суффозионных процессов. При строительстве линейных сооружений (автомобильных и железных дорог) происходит изменение структуры водосборных бассейнов. При строительстве водохранилищ гидрогеологическая среда претерпевает коренные изменения: обводнение горных пород бывшей зоны аэрации, формирование новых и увеличение мощности существующих водоносных горизонтов, развитие подпора, приводящее к развитию обходной фильтрации, что в свою очередь вызывает повышение уровня воды и подтопление территории застроек.

Следовательно, городская экосистема, являясь длительно существующей, должна проектироваться и развиваться на основе технологии комплексной оценки экологической емкости территорий. Такая оценка необходима для гармоничного развития территорий без деградации природных экосистем любого уровня. «Неприятный сюрприз» для исследователя состоит в том, что небольшие, постепенные изменения параметров системы ведут к неожиданно резкому, непредсказуемому результату.

В точке выбора (точке бифуркации) система определяет свою дальнейшую эволюцию. Сам процесс бифуркации характеризует процесс перехода постепенных количественных изменений управляющих параметров в качественное изменение состояния системы. Точка бифуркации может дать начало нескольким равновероятностным траекториям поведения системы. Используя основные понятия синергетики при поведении нелинейных систем (к которым относится и природная система), приходится констатировать, что высокая чувствительность к начальным условиям ведет к невозможности прогнозирования поведения системы. Под действием сил самоорганизации происходит «возникновение упорядоченных структур и форм движения из первоначально неупорядоченных, нерегулируемых форм движения без специальных, упорядочивающих внешних воздействий».

Математическим образом точек притяжения траекторий развития динамических систем служит аттрактор. Для устойчивых равновесных систем аттрактором является точка - когда переменные не изменяются во времени, или цикл - когда система испытывает периодические колебания. В случае, если система находится в неустойчивом состоянии, траектории ее развития могут притягиваться к странному аттрактору, у которого две близкие траектории со временем перестанут быть близкими. В таком случае, как бы точно не измерялись начальные данные, ошибка со временем будет становиться все больше и больше, и тогда спрогнозировать поведение системы станет невозможно. Такие эффекты, названные метеорологом Лоренцем «эффектом бабочки», означают, что система перешла в режим странного аттрактора, и в ней наблюдаются сложные непериодические колебания. Исследование экологических моделей привело ученых к открытию каскадов удвоений периода, доказанного М. Фейгенбаумом [2]. В результате процесс развития системы становится непериодическим, случайным - возникает хаос. Характерный пример: многолетние изменения растительного покрова привели к возникновению несвойственных для зоны тайги песчаных бурь, которые в свою очередь приводят к увеличению объема выпадаемых осадков. Вырубка леса, влекущая за собой нарушение углеродного баланса, способствует загрязнению атмосферного воздуха, поскольку для связывания соединений углерода необходимы значительные объемы залесённой территории.

Устранение последствий таких процессов потребует значительных затрат и материальных, и моральных. Синергетический подход к моделированию природных систем, имеющих много степеней свободы, дает возможность создать адекватную, работоспособную модель для изучения и прогнозирования состояния урбанизированных территорий.

Литература

городской ресурс синергетический природный

1. Мусихина Е.А. Методологический аспект технологии комплексной оценки экологической емкости территорий // М.: Издательство «Академия Естествознания», 2009.-137 с.

2. Кроновер Р.Н. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории/ Р.Н. Кроновер. - М.: Постмаркет, 2000. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru