Геоинформационные системы в природообустройстве и в мелиорации»

Таганрога окрашивается в один из трех цветов. Каждый цвет характеризует  качественную оценку экологической  обстановки в городе. Так красный  цвет указывает на “особо опасные  участки”, желтый на “опасные участки”, зеленый на “безопасные участки”. Таким образом информация представляется в доступной для пользователя и удобной для восприятия форме. Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная система с вычислительным модулем для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Геоинформационные системы в мелиорации

 

В новых социально-экономических  условиях XXI века актуальной задачей современности является создание необходимых условий для сохранения и наиболее полной реализации природно-ресурсного потенциала сельскохозяйственных угодий. Научное обоснование комплекса мелиоративных мероприятий для повышения продуктивности обрабатываемых земель и экологической устойчивости агроландшафта будет способствовать решению проблемы воспроизводства природно-ресурсной агрогеосистемы с целью предупреждения негативных последствий антропогенной деятельности. В таком ракурсе комплексную мелиорацию можно рассматривать как инструмент эколого-ландшафтного земледелия, а ее роль приобретает природоохранный характер.

Обосновать  необходимость проведения мелиоративных  мероприятий, а затем и назначить  адекватный комплекс мелиораций возможно через оценку текущего и потенциально возможного состояния природно-ресурсного потенциала агроландшафта. Оценку состояния агрогеосистемы возможно выполнить по двум интегральным показателям: биопродуктивности и  экологической устойчивости.

Для оценки величины продуктивности мелиорированных угодий возможно использовать модель, разработанную Т.М. Хомяковым,  С.А. Пеговым [5] так как она является интегральной и позволяет учитывать свойства почвы, выражающиеся через индекс почвы (S), влияние климатических условий, определяемых коэффициентом благоприятности климата для естественных ценозов (CL) и показателем соответствия климатических условий данной культуре (ART) – для агроценозов, а также уровень культуры производства (GGR):

                          (для естественных ценозов);

                         (для агроценозов).                                    (1)

Для оценки экологической  устойчивости мелиорированного агроландшафта  нами была разработана методика на основе методологии, предложенной в  работе «Комплекс природоохранных  мероприятий по обеспечению экологической устойчивости осушаемых агроландшафтов» [3], которая позволяет определить коэффициент устойчивости в зависимости от типа воздействия на агроэкосистему, основных параметров состояния мелиорированного агроландшафта и их оптимальных значений, структуры агроландшафта.

Коэффициент экологической  устойчивости мелиорированного агроландшафта  имеет следующий вид

                                     ,                                 (2)

где К^'_эс – коэффициент экологической стабильности агроландшафта; - коэффициент устойчивости каждого выдела (местности);   F_i – площадь каждого выдела (местности). Величина коэффициента устойчивости находится в интервале от 0 до 1, поэтому значения коэффициентов К^'_эс и должны находиться в аналогичных пределах.

Коэффициент экологической стабильности зависит от площади биотических элементов, расположенных на территории агроландшафта, и геолого-морфологической устойчивости рельефа [2]

                                                                                           (3)  

 

где f_i – площадь биотического элемента, га;  К_эз – коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов; К_р – коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа; F – площадь всей территории агроландшафта, га.

При К_эс >0,66 – структура агроландшафта стабильна. Для приведения значения коэффициента экологической стабильности в интервал от 0 до 1 можно воспользоваться формулой

                                                   ,                                         (4) 

 

где 0,67 – значение коэффициента, определяющее стабильную структуру агроландшафта. При  К_эс  более 0,67, структура стабильна, тогда   К^'_эс = 1.

Коэффициент устойчивости каждого выдела рассчитывается следующим  образом

                                                      (5)

где  К(H_i), К(Th_i), К( ), К(Q_i), К(pH_i), К(C_i), К(D_i), К(T_i) – показатели Th, H, , Q, pH, C, D, Т, приведенные к единой размерности по формулам

                                   К(H_i), К(Th_i), К( ), К(Q_i), К(pH_i), К(C_i),

                                  К(D_i) = К (Х_i)  = (Х_i – X_min)/(X_opt – X_min),

                                 К (Т_i)  = (Х_i – X_max)/(X_opt – X_max),                                          (6)

где Х_opt – оптимальное значение i-го показателя;   Х_i – текущее значение i-го показателя; Х_min, Х_max – соответственно,  минимальное и максимальное значение  i-го  показателя;

H_i – содержание гумуса в почве в i-ой точке, %;   Th_i – мощность гумусовых горизонтов почв, см;   – содержание элементов минерального питания в гумусовых горизонтах почвы, в долях от максимального значения;  Q_i – величина оросительной нормы, мм; рН_i – кислотность гумусовых горизонтов почв;     С_i – содержание физической глины, %; D_i – норма осушения, см;    Т_i – величина сработки торфа, см.

Коэффициент К^'_yi преобразуется в коэффициент устойчивости К_yi, значения которого находятся в пределах от 0 до 1, следующим образом

                               ,                                                      (7)

где - значение коэффициента устойчивости при совокупности всех оптимальных показателей. При > 0,9,  < 0,1.

Зависимость для  расчета устойчивости каждого выдела универсальна. Она может быть дополнена  любыми показателями, характеризующими состояние агроландшафта, или же некоторые параметры при необходимости, возможно, исключить (например, если не проводится гидромелиорация, то оросительная норма и  норма осушения не включаются в расчетную формулу). Эти изменения учитываются при расчете показателя , и на структуру зависимости для определения общей устойчивости влияния не оказывают.

При удовлетворительных значениях показателей состояния  агрогеосистемы антропогенная деятельность может осуществляться в том же объеме, в котором она и проводилась. В противном случае необходимо проведение мелиоративных мероприятий, обосновать которые возможно путем проведения сценарных исследований. Для эффективного использования этого инструментария нами была разработана методика проведения сценарных исследований на базе ГИС-технологий, предполагающая проведение следующих этапов:

1. Обоснование экологических ограничений на  величину продуктивности сельскохозяйственных угодий и показатели антропогенной (мелиоративной) деятельности для выбранного объекта.
2. Выбор траектории развития агроландшафта, обоснование возможности проведения мелиоративных мероприятий.
3. Формирование различных вариантов проведения комплексной мелиорации агроландшафтов.
4. Выполнение расчетов по оценке устойчивости и продуктивности элементов ландшафта и в целом агроландшафта.
5. Выбор наиболее приемлемого сценария по результатам проведения технико-экономических расчетов.

Экологически  обоснованная величина продуктивности сельскохозяйственных угодий определяется в зависимости от почвенных и  климатических условий местности. В качестве критериального значения коэффициента экологической устойчивости принято значение , при котором агроландшафт можно отнести к категории экологически благополучных мелиоративно освоенных комплексов (агроландшафт функционирует без проявления деградационных изменений своих компонентов).

Основными критериями, ограничивающими мелиоративную  деятельность, следует считать: почвенно-мелиоративные  показатели (содержание гумуса в почве, степень засоления почвы, глубина  залегания грунтовых вод и  т.д.); степень преобразования ландшафта; соотношение различных угодий, их расположение в пределах морфологических частей; удельный вес гидромелиорации в общем мелиоративном комплексе. 

При выборе мелиоративных  мероприятий рекомендуется учитывать  влияние каждого вида мелиорации на продуктивность и коэффициент устойчивости. Проведенный нами анализ параметров, определяющих величину продуктивности и коэффициента экологической устойчивости, показал, что действие различных видов мелиорации направлено в основном либо на повышение объема продукции сельскохозяйственных культур, либо на увеличение коэффициента экологической устойчивости. Так, например, проведение агротехнических мероприятий позволит повысить биопродуктивность, а реализация гидромелиоративных мероприятий – коэффициент экологической устойчивости.

После выбора и  обоснования возможных мероприятий  формируются сценарии развития агроландшафта, представляющие собой мелиоративные  комплексы. Возможность осуществления  предложенного комплекса мелиораций определяется через вариантные расчеты  по моделям устойчивости и продуктивности. Оценка приемлемости выбранного сценария производится сравнением величин коэффициента устойчивости и объема продуктивности с критериальными значениями. Расчеты проводятся до тех пор, пока их результаты не будут соответствовать поставленным условиям. В случае если несколько сценариев удовлетворяют предъявляемым требованиям, проводится технико-экономическое обоснование, на основе которого и осуществляется окончательный выбор наиболее подходящего варианта комплексной мелиорации агроландшафта. Использование ГИС-технологий позволяет быстро и наглядно представить результаты сценарных расчетов в виде рекомендательных карт, позволяющих в дальнейшем принять решение о применение того или иного комплекса мелиораций. Таким образом, не только повышается уровень производительности исследований, но и появляется возможность постоянного обновления и расширения информационных данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Вывод

ГИС реализуют  задачу в целях диагностики и  обеспечения сохранности здоровья человека и окружающей среды.

Влияние информационных технологий на человека и окружающую среду носит двунаправленный  характер. С одной стороны, информационные технологии - это один из наиболее перспективных  инструментов сбора данных и научного познания, в том числе в медицине и экологии. С другой - это важный фактор, влияющий на здоровье человека и окружающую среду.

Несмотря на эти препятствия, информационные технологии получают все более широкое распространение  в сферах медицины и экологии. На данный момент разработаны общие  принципы и структуры глобальных информационных систем, решающих проблемы охраны здоровья человека и окружающей среды. Однако потенциал в данной области намного превышает наши возможности.

Необходимо  решить, кто обладает достаточными административными и финансовыми ресурсами для реализации подобных систем. Российская академия наук обладает рядом преимуществ перед зарубежными организациями в силу своей централизованности, способствующей решению проблем начального этапа (стандартизация и структурирование информации). Но это только стартовое преимущество. Вскоре после старта решающую роль начнут играть финансы и менеджмент проекта, а это не самые сильные наши стороны.

 

 

 

 

Список  литературы

1) Берлянт А.М.  Картография: Учебник для вузов. - М.: Аспект Пресс, 2001. - 336 с.

2) www.gisa.ru Проект  системы медико-экологического мониторинга  окружающей среды на базе ГИС.  Д.Р. Струков.

3) Берштейн Л.С., Целых А.Н. Гибридная экспертная  система с вычислительным модулем  для прогноза экологических ситуаций. Труды международного симпозиума “Интеллектуальные системы - ИнСис - 96”, г.Москва, 1996г.

4) Алексеенко  В.А. Геохимия ландшафта и окружающая cреда. - М.:Недра, 1990. -142с.:ил.

5) http: // www. gis. su

6) Дьяченко Н.В.  Использование ГИС-технологий

7) Анненская Г.Н., Мамай И.И., Цесельчук Ю.Н. Ландшафты Рязанской Мещеры и возможности их освоения. – М.: Изд-во МГУ, 1983.

8)   Клементова Е., Гейниге В. Оценка экологической устойчивости сельскохозяйственных ландшафтов//Мелиорация и водное хозяйство. 1995. № 6.

9)   Комплекс природоохранных мероприятий по обеспечению экологической устойчивости осушаемых агроландшафтов (проект). – Тверь, 1999.

10)   Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов мелиорации сельскохозяйственных земель. РД-АПК 3.00.01.003-03.

11)   Пегов С.А., Хомяков П.М. Моделирование развития экологических систем. – Л.: Гидрометеоиздат, 1991.