Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Вопросы теории мониторинга ландшафтов 8
Глава 2. Ландшафтная структура Тункинской ветви котловин - интегральная совокупность состояния, функционирования и динамики ландшафтов 16
2.1 Геолого-геоморфологические условия 16
2.2 Климат и воды 27
2.3 Почвенный покров и растительность 36
2.4 Ландшафтная структура котловин 44
2.5 Взаимодействие природы и общества в историческом срезе 50
Глава 3. Геоэкологическая оценка ландшафтов Тункинской ветви котловин 67
3.1 Принципы экологической инвентаризации ландшафтов 67
3.2 Ландшафтно-экологическая дифференциация территории 69
3.3 Устойчивость ландшафтов к антропогенным нагрузкам 72
3.4 Оценка экологической обстановки Тункинских котловин 77
Глава 4. Космическая подсистема мониторинга ландшафтов 93
4.1 Методология системного дешифрирования космических снимков 93
4.2. Роль космической информации в формировании содержания ландшафтных карт 100
Глава 5. Картографическая подсистема мониторинга ландшафтов 111
5.1 Картографическое моделирование 111
5.2 Технология создания экологических карт 116
5.3 Использование топографических карт в процессе создания экологических карт 121
5.4 Структура мониторинга ландшафтов Тункинской ветви котловин 126
5.5 Прикладные экологические карты в системе мониторинга ландшафтов Тункинской ветви котловин 133
5.5.1 Карта «Ландшафтно-экологические комплексы и природопользование Тункинского района Республики Бурятия» 133
5.5.2 Карта «Рекреационно-экологические комплексы и туризм национального парка «Тункинский» 135
Заключение 143
Список литературы 145
- Климат и воды
- Ландшафтно-экологическая дифференциация территории
- Роль космической информации в формировании содержания ландшафтных карт
- Технология создания экологических карт
Введение к работе
Актуальность темы. Любой вид человеческой деятельности связан с поступлением в окружающую среду (главным образом на поверхность земли) загрязняющих веществ. С поверхности земли загрязняющие вещества мигрируют через зону аэрации в подземные воды. При этом вещество либо полностью обезвредится в зоне аэрации, либо достигнет подземных вод, в таком случае необходимо осуществлять мероприятия по охране вод. На Урале многолетняя горнодобывающая деятельность привела к существенным изменениям природного состояния геоэкологической среды, к снижению естественной защищенности подземных вод, активизации геохимических и геомеханических процессов. На Урале расположено немало промышленных и сельскохозяйственных предприятий, негативно влияющих на подземную гидросферу за счет сброса сточных вод.
Аналогичную отрицательную роль выполняют и урбанизированные территории.
Общей чертой подземных вод урбанизированных территорий является азональный тип вод, присутствие соединений азота и нефтепродуктов. Они неблагополучны в санитарно-экологическом отношении.
Одним из актуальных вопросов улучшения геоэкологической среды является необходимость повышения степени очистки сточных вод от загрязнений, сбрасываемых в поверхностные воды.
В связи с этим повышение эффективности работы очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод имеет исключительно большое значение. В настоящее время в России 80% всех городских сточных вод подвергаются биохимической (биологической) очистке. При этом на Урале и в Сибири только около 40% указанных сооружений
работают в соответствии с нормативными показателями. Даже при полной биологической очистке из городских сточных вод не удается удалить до требуемых норм такие вредные и распространенные загрязнения, как СПАВ, нефтепродукты, соединения азота и фосфора, соли тяжелых металлов и другие растворенные вещества. Поэтому для глубокой очистки сточных вод необходима комбинация технологии биохимической очистки с использованием физико-химических методов. Разработке технологии очистки городских сточных вод посвящено много исследований и публикаций. Однако сохраняется актуальность создания новых эффективных и дешевых технологических решений.
Цель диссертационной работы. Разработка новых технологических решений и технических средств очистки хозяйственно-бытовых сточных вод химико-биологическим методом с использованием отходов производства и биосорбционным способом с применением дешевых сорбентов, позволяющих обеспечить экологическую безопасность геоэкологической среды.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
- обосновать и разработать технологию и определить оптимальные условия и режим химико-биологической очистки городских сточных вод с использованием отходов производства;
- обосновать и разработать технологию и определить оптимальные условия и режим биосорбционной очистки городских сточных вод с использованием дешевых углеродсодержащих сорбентов;
- разработать модель биосорбционной очистки сточных вод с использованием порошкообразного углеродсодержащего сорбента на основе буроугольного полукокса.
Объектом настоящего исследования являются хозяйственно-бытовые сточные воды населенных пунктов, содержащие загрязняющие компоненты промышленных сточных вод (СПАВ, нефтепродукты,
тяжелые металлы) и отходы производства - нейтрализованные известью кислые железосодержащие стоки станций нейтрализации.
Предметом исследования являются технологические процессы удаления загрязняющих примесей из хозяйственно-бытовых сточных вод населенных пунктов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использован комплекс методов, включающий: анализ и обобщение данных научно-технической литературы по исследуемому направлению, математическое моделирование, экспериментальные исследования в лабораторных, опытно-промышленных и промышленных условиях, технико-экономический анализ.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:
- обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования при биологической очистке городских сточных вод железосодержащего нейтрализованного шлама - отхода производства металлургических, машиностроительных и других предприятий - взамен водных растворов1 коагулянтов, для обеспечения экологической безопасности геоэкологической среды;
- установлено, что при химико-биологической очистке сточных вод с применением железосодержащего шлама меняются физико-химические условия обработки сточных вод в отдельных сооружениях, что позволяет в целом улучшить качество очищенной воды;
- обоснованы и разработаны технологии и режимы химико-биологической очистки с использованием отходов производства и биосорбционной очистки сточных вод для интенсификации и повышения эффективности работы биологических очистных сооружений, что позволяет повысить их эффективность и обеспечить экологическую безопасность геоэкологической среды;
- разработана математическая модель процесса биосорбционной очистки сточных вод, основанная на предположении о независимости
процессов биохимического окисления и сорбции загрязнений полукоксом. Модель учитывает 11 параметров, включая дозы активного ила и сорбента.
Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается высокой сходимостью (более 90%) данных, полученных при проведении лабораторных опытов, с экспериментальными данными, полученными в опытно-промышленных и промышленных условиях, а также внедрением результатов на ряде очистных сооружений.
Практическая значимость работы заключается в разработке и обосновании технологий химико-биологической и биосорбционной очистки сточных вод. Внедрение разработанных технологий позволяет существенно улучшить качество очищенной воды, обеспечить экологическую безопасность геоэкологической среды и более высокую производительность очистных сооружений по сравнению с традиционными методами биологической очистки. Разработанные технологии могут быть рекомендованы для очистки городских и других близких к ним по составу сточных вод.
Реализация результатов исследований. Проведены
производственные испытания химико-биологической и биосорбционной технологии очистки сточных вод на станции аэрации г. Первоуральска, на очистных сооружениях базы отдыха «Глухое», на станции аэрации пос. Крылосово и др. Экономический эффект от применения железосодержащего шлама при биологической очистке сточных вод на станции аэрации г. Первоуральска за счет сокращения платы за сброс загрязняющих веществ и уменьшения дозы катионного флокулянта при центрифугировании осадка равен 371 тыс. рублей.
Личный вклад автора состоял в обосновании направления исследований, в разработке методик проведения экспериментов и промышленных испытаний, разработке технических решений, обработке результатов исследований, в реализации новых технологических решений, подготовке материалов к печати.
Научные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Технология и режимы химико-биологической очистки городских сточных вод с использованием железосодержащего шлама - отхода производства, порядок обработки очищаемой воды, оптимальные дозы реагентов.
2. Технология и режимы биосорбционной очистки городских сточных вод, включающие выбор сорбента, места ввода сорбента в технологической схеме, оптимальных доз сорбента, времени контакта, режима перемешивания.
3. Математическая модель биосорбционной очистки городских сточных вод, основанная на анализе протекающих биохимических и сорбционных процессов, с учетом биохимического окисления, сорбции загрязнений из субстрата сорбентом, взаимодействия ионогенных групп загрязнений с заряженной поверхностью сорбента, иммобилизации микроорганизмов на пористой поверхности частиц сорбента.
Публикации и апробация работы
Основное содержание диссертации изложено в 1 монографии, 2 статьях и 1 тезисах.
Материалы диссертации представлены и обсуждены на международных, всероссийских и региональных конференциях, в том числе: на Международной научно-практической конференции «Российские города на пороге XXI века: теория и практика стратегического управления. Жилье и инженерная инфраструктура города», 2000 г.; на научно-технической конференции «Перспективы развития российских городов: опыт Екатеринбурга», 2001 г.; на Всероссийской научно-технической конференции (с международным участием) «Стратегический план Екатеринбурга - взгляд в будущее», 2002 г.; на Всероссийской научно-технической конференции «Муниципальное хозяйство-2000», г. Екатеринбург, 2002 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка, включающего 132 наименования, содержит 164 с, в том числе 11 рис. и 21 таблицу.
Климат и воды
Климат. В режиме климата Тункинского Прибайкалья можно видеть отражение географических закономерностей, свойственных всей Восточной Сибири — резко выраженный годовой и суточный ход радиации, своеобразие зимней и летней циркуляции воздуха, удаленность и защищенность территории от влияния океанов и т.д. Однако разнообразный и сложный рельеф территории с резкими (до 1 км и более) колебаниями высот, оказывает существенное влияние на формирование микроклимата, инициируя множество вариаций местного значения.
Основная черта климата - его резкая континентальность. Зимой эта территория находится под властью Сибирского антициклона, что обусловливает преобладание тихой и ясной погоды, сильное выхолаживание земной поверхности и появление суровых морозов. Летом поверхность сильно прогревается и происходит формирование области низкого давления. Часто формируются циклоны, несущие неустойчивую пасмурную и дождливую погоду.
Для района в целом характерна сравнительно холодная и малоснежная зима, засушливые весна и первая половина лета, в отличие от второй - дождливой. Количество осадков за январь-март крайне незначительное и почти повсеместно не превышает 4 % от годовой суммы, в то время как за июль-август их выпадает нередко более 50 % [Жуков, 1960]. В это время дожди носят ливневый характер и вызывают паводки на реках. Невелико количество осадков выпадающих в мае 28 июне, большая часть их выпадает малыми порциями, не обеспечивающими про-мачивание слоя почвы даже на глубину заделки семян. Из годового количества осадков в твердой фазе выпадает до 20 %.
Главная масса осадков приносится воздушными массами северо-западного направления, которые оставляют их большую часть на наветренных склонах высоких хребтов, предопределяя тем самым малую увлажненность внутренних понижений. Среднегодовое количество осадков в днищах котловин: в Торской - от 360 до 410 мм, в Тункинской — от 350 до 520 мм, в Хойтогольской - от 400 до 455 мм, в Мондинской — около 300 мм [Забайкалье.., 1967]. На наветренных склонах хребтов их количество достигает 500 мм. Более того, даже в разных частях одной котловины объем осадков часто различается. Например, в Тункинской котловине наибольшее их количество выпадает в краевой части в подножии Тункинских Гольцов - около 511 мм/год, в центральной части котловины, по данным метеостанции Тунка, их количество составляет всего 365 мм/год.
Средняя годовая температура воздуха за многолетний период в Тунке повсеместно отрицательная (от минус 1 до минус 6,5" ) и является значительно более низкой, чем в районах, расположенных на тех же широтах в Западной Сибири и Дальнего Востока.
Наивысшая температура воздуха бывает в июле-августе и может подниматься до плюс 40 , минимальная - в январе (до минус 45 ). Период с отрицательными среднемесячными температурами воздуха продолжается с октября по апрель (рис. 5). Период со среднесуточными температурами воздуха более 5 С— 135-150 дней, сумма среднесуточных температур воздуха за этот период составляет от 1600е С до 1900 С [Забайкалье.., 1967].
Переход от теплого сезона к холодному и обратно - резкий. Устойчивые морозы наступают в конце октября - начале ноября.
В ноябре-декабре нередки случаи появления сильных холодных северных и северо-западных ветров. Число случаев со штилевой погодой в это время явля 29 ется наименьшим в году. Весной с разрушением антициклона направление ветров становится неустойчивым, хотя остается в пределах западных и северозападных румбов. В это время резко возрастают скорости ветра, достигая в порывах 20, а иногда 30 м/с (максимальная скорость ветра в порывах была зафиксирована на Тункинской метеостанции и составила 45 м/с) [Мартьянова и др., 1998]. В середине лета (июль-август) на преобладающем фоне ветров западного направления в верхних частях горных хребтов получают развитие (до 20 % всех случаев) слабые южные и восточные ветры, возрастает число случаев штилевой погоды. основной дренаж котловин, за исключением Хойтогольской и Быст-ринской. В пределах Тункинской ветви впадин бассейн имеет ярко выраженную асимметричную форму (рис. 6). Левые притоки Иркута, стекающие с хр. Тункин-ские Гольцы, имеют небольшие водосборные площади и длину в первые десятки километров. Их долины заложены, как правило, вдоль тектонических разломов. зо Правые притоки - Харагун, Большой и Малый Зангинсан, Зун-Мурин - имеют более развитые и крупные речные бассейны в пределах хр. Хамар-Дабан. Водность правобережных притоков значительно превышает водность левобережных.
Речная сеть отличается значительной густотой: от 0,8 до 1,0 км/км2 в верховье и от 0,5 до 0,7 км/км2 - в среднем течении [Котельникова и др., 1998]. Реки характеризуются порожистыми руслами, бурным течением. Преобладающие уклоны от 5 % до 10 %, в верховьях - до 50 % (табл. 2). Это объясняется тектоническим строением территории, орографическими условиями и составом горных пород. Долины рек в верховьях троговые, по мере движения к устью с увеличением их эрозионного вреза они приобретают V-образную форму, а в местах пересечения хребтов превращаются в антецедентные долины. Реки изобилуют пе 31 рекатами и порогами, на некоторых встречаются небольшие водопады. Скорости течения различны, в горных потоках они, как правило, достигают 4 м/с.
В условиях значительных колебаний температуры одновременное снеготаяние на всей площади водосбора не происходит. В горной области оно запаздывает по сравнению с бассейном среднего течения р. Иркут приблизительно на десять дней. По характеру питания реки относят к смешанному типу. Наибольшая доля годового стока 52 % приходится на лето, соответственно на весну 31 %, осень 10%, зиму 7%.
Вследствие постепенного понижения средних температур воздуха с возрастанием высоты местности половодье на горных реках характеризуется небольшой высотой, значительной продолжительностью и имеет гребенчатый вид. Максимальные расходы воды в половодье приходятся в основном на конец апреля - середину мая.
За весенним половодьем, как правило, следуют летние паводки. В начале июля повсеместно начинают выпадать обильные дожди, способствующие таянию высокогорных снегов и ледников, что приводит к еще большему подъему уровней воды в реках, которые иногда удерживаются до середины сентября. Средняя продолжительность паводка 15 дней, максимальная - больше месяца. Максимальные расходы воды в паводок в 2-3 раза, а в отдельные годы в 5-7 раз превосходят максимальные расходы воды в половодье. Их наибольшие амплитуды в многоводные годы составляют от 4 до 7 м, в средние от 2 до 3 м, маловодные 1,5 м.
Ландшафтно-экологическая дифференциация территории
Любая природная территория обладает определенными региональными особенностями экологически значимых (отрицательных или положительных) свойств ландшафтов, которые создают экологические проблемы (например, замедленный водообмен, легкий механический состав почв, антициклональный тип погоды и т.д.), а также представляют особую ценность в составе ландшафтов (местообитание промысловой фауны, высокобонитетные леса, эстетически ценные свойства ландшафтов и т. д.), потеря которых приводит к значительному ущербу. Отбор этих свойств (критериев) является одним из ключевых моментов в ходе исследования, поскольку необходимо определить своеобразную точку отсчета при установлении уровня изменений свойств окружающей природной среды, свидетельствующих о возникновении экологической проблемы.
Ландшафтно-экологическая дифференциация территории представляется как пространственная реальность. Для ее выявления можно составить таблицу-матрицу, где каждому ландшафтному выделу даются основные характеристики и определяются экологически значимые природные свойства и факторы (табл.3). 3.3 Устойчивость ландшафтов к антропогенным нагрузкам
Оценка экологически значимых свойств ландшафта тесно связана с определением природного потенциала ландшафта (рис.13) и, в частности, его устойчивости, то есть с определением способности поддерживать свое фоновое состояние при антропогенных воздействиях. Понятие «устойчивость» является основным для всех видов определения экологического потенциала ландшафта.
Обобщение разных подходов позволяет рассматривать устойчивость ландшафта с двух позиций. Согласно одной из них устойчивость определяется по отношению к тому или иному конкретному воздействию или типу воздействия. В этом случае найденные показатели устойчивости оказываются в равной мере зависимыми как от свойств воздействий, так и от свойств самого ландшафта. Тогда устойчивость ландшафта можно определить как способность противостоять антропогенным воздействиям, изменяясь только в пределах инварианта (неизменного при определенных преобразованиях). Эти изменения носят характер нарушения, деградации отдельных компонентов или элементов ландшафтов, что отражается на степени их устойчивости. Предел устойчивости ландшафта определяется по тому состоянию, при котором он еще обратим, в противном случае происходит его разрушение.
Природные комплексы или ландшафты — многокомпонентные образования, интегральная устойчивость которых в общем случае зависит от совокупного влияния всех компонентов. Однако в большинстве случаев можно выделить один или несколько первостепенных факторов устойчивости. В качестве первостепенных прежде всего следует назвать почвенно-растительные факторы, являющиеся производными от климатической зональности [Сладкопевцев, 2000]. 74
Устойчивость литогенной основы ландшафтов к техногенным воздействиям, ее способность к самоочищению определяются современными движениями земной коры, составом и условиями залегания горных пород, закономерностями распространения подземных вод и криогенной обстановкой. Для высокогорных (гольцовых и подгольцовых) и среднегорных типов ландшафтов ведущая роль рельефа очевидна, так как нарастание уклонов, расчленение, обнаженность поверхности способствуют снижению их устойчивости.
Рассматриваемый район относится к сейсмически активным областям, с вероятной силой землетрясений в 9 баллов и более [Забайкалье, 1967]. Наиболее сильные землетрясения прошлого века: Мондинское (4 апреля 1950 г.), силой 9, Кыренское (22 октября 1958 г.) силой 6-7 и Зун-Муринское (30 июня 1995 г.) силой 7 баллов.
На территории Тункинских котловин довольно широко развита многолетняя мерзлота горных пород островного (Тункинская впадина) и сплошного (Тун-кинские гольцы и хр. Хамар-Дабан) распространения [Бурятия.., 1997]. Почвог-рунты в днищах котловин, долин и падей имеют наиболее низкую температуру, а многолетняя мерзлота - мощность до 250 м. Повышенная температура почвог-рунтов свойственна склонам южной экспозиции. Здесь во многих случаях мерзлые породы залегают на большей глубине. Самыми холодными являются склоны северной экспозиции, где почти повсеместно имеется многолетняя мерзлота и мощность ее всегда бывает больше, чем на склонах других экспозиций. Под действием мерзлотных процессов в днищах Тункинской и Торской котловин образуются бугры пучения высотой до 3 м, в понижениях пойм развиты туфуры высотой от 0,2 до 0,3 м. Фрагментарно представлены малые термокарстовые и мо-розобойные формы [Выркин, 1988].
Вклад климатического фактора в интегральную устойчивость природной среды к техногенному и антропогенному воздействию скорее отрицательный нежели положительный. Это связано с такими чертами континентальности климата как значительные зимние периоды антициклональных типов погоды и, особенно, образование температурных инверсий, которые благоприятны для появления высоких концентраций загрязнения атмосферы. Влияние континентально-сти климата - повышенные температурные контрасты, низкие зимние температуры, многолетнемерзлые породы — снижают биоразнообразие и продуктивность растительных группировок. Устойчивость растительного покрова к антропогенному воздействию в целом возрастает по мере увеличения фитомассы, биопродуктивности и биоразнообразия. Экстремальные условия высокогорий приводят к развитию мало устойчивых фитоценозов, восстановление которых идет весьма медленно, а в ряде случаев становится невозможным. К наиболее устойчивым относятся таежные и лесостепные сообщества. Лиственничные древесные породы относятся к быстро растущим и активно восстанавливающимся и в то же время наиболее устойчивы к загрязнению. Хвойные породы в этом отношении занимают среднее положение.
Почвенный покров района исследований характеризуется слабой естественной устойчивостью к антропогенным воздействиям, так как попадает в зону островного и сплошного развития многолетней мерзлоты. Главными процессами разрушения почвенного покрова рассматриваемых котловин служат эоловые и склоновые эрозионные [Выркин, 1988]. В пределах территории развития одного типа почв разновидности горных почв менее устойчивы к антропогенному воздействию, нежели равнинные разновидности. Это связано с малой мощностью и пониженной гумусированностью горных почв, их скелетностью, подверженностью смыву, процессам солифлюкционного и дефлюкционного смещения
Роль космической информации в формировании содержания ландшафтных карт
При использовании космофотоснимков (КФС) существуют различные варианты технологий создания карты:а КФС используются частично для уточнения и обновления топографиче ских и тематических карт; б) космическая информация (КИ) применяется при разработке и создании серии среднемасштабных экологических карт (ЭК) для распознавания и дешиф рирования границ природных и антропогенных выделов (контуров), общих для карт разного содержания; в) по космическим снимкам составляются ландшафтные и ландшафтно отраслевые карты-основы; г) спектрозональные космические фотоснимки (СПЗ КФС) используются для получения новой информации об экологическом состоянии природно хозяйственных комплексов; 101 д) применение методик автоматизированного дешифрирования снимков для получения новой информации о местности, в том числе о катастрофических явлениях и процессах (пожарах, наводнениях, паводках и др.) [Космические..., 1980; Методические..., 1988; Пластинин и др., 1998]. При экологическом картографировании района исследования нашли широкое применение цветные спектрозональные космические фотоснимки в масштабах 1:200000 и 1:1000000, полученные аэрофотоаппаратами КАТЭ-1000 с космических спутников серии «Космос».
Камерой КАТЭ-200 (f=200) выполняется фотосъемка с охватом полосы съемки 180x180 км в масштабе 1:1000000. Три таких камеры образуют блок многозонального фотографирования и используются для съемки в спектральных диапазонах: от 500 до 600 нм, от 600 до 700 нм, от 700 до 800 нм. Разрешение снимков в разных зонах составляет от 20 до 30 м. Второй вид аппаратуры - камера КАТЭ-1000, предназначенная для более детальной съемки, имеет фокусное расстояние 1000 мм и формат кадра 30x30 см. Это позволяет с высоты 200 км получать снимки в масштабе 1:200 000 с разрешением на местности от 5 до 8 м при съемке на черно-белую пленку и от 10 до 12 м при съемке на спектрозональную пленку. Для расширения полосы охвата на спутнике устанавливают две камеры КАТЭ-1000 с небольшим отклонением осей вправо и влево.
Многозональная космическая фотосъемка - фотографирование одного и того же участка местности в различных узких спектральных диапазонах. Приведем некоторые примеры использования многозональных космических фотоснимков.
Фотоснимки ЧБА (зона от 500 до 600 нм) характеризуются пониженной контрастностью основной группы объектов; хорошо дешифрируются болота, луга, участки нарушенного растительного покрова.
На снимках ЧББ (зона от 600 до 700 нм) основная группа изобразившихся объектов характеризуется высокой контрастностью, четким структурным рисунком фотоизображения, хорошо дешифрируются границы леса и кустарников, малоразмерные и линейные объекты, структурно-геологические и геоморфологические элементы; контрастность водных объектов снижена.
Фотоснимки ЧБВ (зона от 700 до 850 нм) характеризуются пониженной контрастностью основной группы изобразившихся объектов. Наиболее четко дешифрируются: граница «вода - суша», переувлажненные участки, отмели глубиной до 1 м, породный состав леса.
Кроме черно-белых фотоснимков, полученных либо в широком диапазоне видимого спектра, либо в одной из узких зон, автором широко использовались цветные спектрозональные снимки, выполненные в условных цветах, обладающие цветопередачей, близкой к естественной.
Цветные фотопленки для натурального цветовоспроизведения обеспечивают более высокую дешифрируемость объектов за счет передачи естественных цветов. С учетом особенностей цветового зрения человека для этих фотопленок принято следующее сочетание эмульсионных слоев: верхний с естественной чувствительностью к синей зоне спектра, средний — к зеленой и нижний — к красной зоне [Аковецкий, 1983].
Дешифрирование космических снимков выполняется по прямым и косвенным дешифровочным признакам с привлечением дополнительных материалов картографического значения. Дешифровочные признаки объектов местности -это характеристика объекта в натуре: прямые признаки — форма, размер, цвет, структура и текстура объекта; косвенные признаки - относительное расположение, следы деятельности, приуроченность, взаимосвязь и взаимообусловленность объектов и комплексов.
При дешифрировании космических снимков размер и форма, как признаки индивидуальных объектов теряют свое значение, так как остается сравнительно небольшое количество объектов индивидуального значения, в большинстве случаев происходит переход к комплексам объектов. Размер и форма сохраняют свое значение как надежные дешифровочные признаки при выделении крупных фотогеничных объектов, таких, как озера, реки, пруды, сельскохозяйственные земли, вырубки, дорожно-коммуникационные объекты.
Структура (рисунок) изображения обусловлена особенностями строения ландшафта [Альтер, 1966; Брюханов и др., 1982; Викторов, 1986]. Она формируется обобщенным закономерно повторяющимся рисунком индивидуальных объектов. Так, изображение лесов на космических снимках имеет зернистую структуру, которая создается различиями в изображении групп деревьев разной высоты и состава.
Общепризнано, что применительно к задачам картографии цветные снимки значительно информативнее черно-белых. При дешифрировании цветных спек-трозональных космических снимков цвет выступает как определяющий признак в случае выделения гидрографии -озер и рек - черный; свежих гарей - красный; лесных природных комплексов: коричневый - сосновых, темно-фиолетовый -пихтовых, красновато-коричневый — кедровых, темно-зеленый — лиственничных, светло-зеленый - мелколиственных комплексов. Оттенки желтого и красно-желтого цветов характерны для территорий с нарушенным растительным покровом (вырубки, селитебные территории, зарастающие гари).
Косвенные признаки при дешифрировании космических снимков приобретают большое значение. С увеличением территориального охвата снимков усиливается значение взаимосвязей в интерпретации и познании местности.
Технология создания экологических карт
В зависимости от конкретных технических и организационных условий работы по созданию экологических карт (ЭК) могут быть проведены в следующей технологической последовательности.
Подготовительный этап Разработка экологической карты начинается с подготовки ее программы, отражающей назначение карты, требования заказчикак ее содержанию с учетом изученности территории и наличия ранее созданных карт, ведомственных и отраслевых материалов.
Вместо программы может быть разработано научно-техническое задание, которое рассматривается и утверждается руководством как заказчика, так и исполнителя.
Авторская разработка научно-технической программы (научно-технического задания) начинается с формирования идеи и назначения карты. При этом описываются элементы (картографические слои) ее содержания, дается предварительная легенда карты, указываются основные исходные материалы, характеризуются технические данные космических снимков и варианты их использования, разрабатывается предварительный макет карты.
Этап разработки и составления экологических карт. В технологию подготовки картографической основы входят: отбор и обобщение ряда основных элементов содержания. природно-антропогенной среды - рельефа, гидросети, населенных пунктов (НП), дорожной сети и др.; — увеличение картографических шрифтов подписей названий НП, гидросети и других элементов содержания для карт настенного варианта, так как обзорно-топографическая карта (в стандартной номенклатуре) относится к настольным; - исключение красочного зеленого фона лесов на топографической карте и замена его на ЭК многокрасочным вариантом; - уточнение (согласование) и нанесение на карты всех административных границ субъектов Российской Федерации - краев, республик, областей, автономных округов, а также границ административных районов и муниципальных образований. В конечном результате картографическая основа экологических карт служит полноценным каркасом (основой) для привязки специального тематического содержания, в то же время сама основа представляет собой отдельные тематические слои.
Одним из важных этапов технологии создания ЭК является разработка ландшафтной основы - выделение природных и природно-экологических комплексов. Этот этап в создании ЭК выполняется с использованием трех основных источников - топографической основы, ландшафтной тематической карты и космических фотоснимков (целесообразно использовать цветные спектрозональ-ные космофотоснимки (СПЗ КФС). При отсутствии ландшафтной карты авторами разрабатывается ее оригинальный вариант на топографической основе.
Творческим участием создателей ЭК в подготовке ландшафтной основы является выбор ведущего фактора при определении границ природно-экологических комплексов (ПЭК). Общепринято, что в горном районе ведущим фактором выделения границ ПЭК является рельеф, в равнинном - биота. В плоскогорных районах или на холмисто-грядовых территориях, научно-обоснованный выбор ведущего фактора выделения границ ПЭК оказывает влияние на структуру ландшафтной основы. Следует учитывать, что ландшафтная основа представляет собой каркас (остов) для выделения природно-хозяйственных комплексов. Правильность выделения границ ландшафтной основы оказывает прямое влияние на положение границ хозяйственных комплексов и влияет на содержание практических выводов, направленных на улучшение хозяйственного использования картографируемых территорий.
Точность и географическая правильность экологического содержания карт, правдоподобие границ контуров связаны с использованием ряда картографических приемов:- сопоставлением контуров специального экологического содержания, имеющих видимые очертания, с изображением местности на топографических картах и космических снимках; 120 - сопоставлением границ взаимосвязанных явлений и процессов на раз личных тематических и отраслевых картах и материалах картографического значения.
Выборочное сравнение контуров и объектов на картах разного содержания позволило оценить точность географо-экологической ситуации, отображенной на итоговой карте.
Статистические данные и ведомственные материалы, используемые для уточнения различных показателей на картах и для подготовки информационных справок, сопровождающих каждую прикладную экологическую карту, должны быть официально подтверждены в государственных статистических органах и заверены в администрациях субъектов Российской Федерации, районов и городов, муниципальных органах государственной власти на местах.
Авторское обеспечение подготовительных картографических работ завершается следующими разделами: разработкой макета компоновки карты с учетом размещения легенды, информационной справки, карт-врезок, пояснительных подписей и выходных данных; - подготовкой источников для составления карт; - уточнение технических приемов и способов локализации эколого тематического содержания карты и др. После подготовки авторско-составительского оригинала ЭК проводились полевые экспедиционные работы. На эталонных участках и по рекогносцировочным маршрутам устанавливались закономерности режима функционирования природных и антропогенных комплексов, уточнялись выявленные ранее взаимосвязи процессов и явлений, выполнялись спутниковые привязки квартальной лесоустроительной сети приемниками «GPS».
В комплект материалов после завершения подготовки оригиналов региональных экологических карт к изданию входят: расчлененные штриховые оригиналы (позитивы) топографической карты, дополненные эколого-тематическим содержанием (в соответствии с принятой красочной шкалой для топографических карт); - расчлененные красочные оригиналы (позитивы) фоновых раскрасок природных (природно-экологических) комплексов ландшафтной основы; - оригиналы текста информационных справок, пояснительных подписей и собственных названий ЭК и ее выходных данных; - дополнительные материалы.
