Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние проблемы и методы исследования
1.1. Состояние проблемы, основные положения и методы работы
1.2. Методы исследования экологических рисков территории
2. Структурно-функциональные особенности территориальных систем поймы р. Томи в пределахтомской области
2.1. Географическое положение территории
2.2. Территориальная система водного потока
2.1.1. Условия формирования стока р. Том
2.1.2. Гидрологический режим, гидрогеологические условия, русловые деформации, природное геохимическое и гидробиологическое состояние р. Томи в нижнем течении
2.3. Территориальная ландшафтная система
2.3.1. .Геологическое строение территории исследования
2.3.2. Геоморфология поймы р. Томи: образование пойменных массивов
2.3.3. Особенности климата территории. Гидрография поймы р. Томи
2.3.4. Структура и динамика пойменных ландшафтов
2.4 Территориальная социально-экологическая система
3. Экологические риски территориальных систем поймы p. Томи
3.1. Экологические риски системы водного потока
3.1.1. Риск изменения качества воды в нижнем течении р. Томи и реакция гидробионтов
3.1.2. Риск разработки русловых карьеров и изъятия части руслового аллювия
3.2. Экологические риски ландшафтной системы (антропогенез ландшафтов)
3.3 Экологические риски территорий населенных пунктов: наводнение, подтопление, разрушение берегов на территориях населенных пунктов
4. Оценка экологических рисков и определение экологической безопасности территории поймы р. Томи в пределах томской области 160
4.1. Обоснование шкалы оценок и теоретическое определение уровня допустимого экологического риска 160
4.2. Оценка экологических рисков территориальных систем с учетом эффектов наложения рисков и кумуляции воздействия 167
4.3. Экологическая безопасность территории. Управление экологическими рисками 179
Заключение 189
Библиографический список 195
Приложения 215
- Состояние проблемы, основные положения и методы работы
- Географическое положение территории
- Экологические риски системы водного потока
- Обоснование шкалы оценок и теоретическое определение уровня допустимого экологического риска
Введение к работе
Интенсивное использование всех видов природных ресурсов в индустриальном обществе породило обострение проблемы взаимоотношения человека с окружающей средой и перевело ее на новый уровень. Иной характер проблемы общества и природы проявляется через три вектора: количество и качество природных ресурсов, экологичность существующих технологий производства (проблема отходов) и сокращение биоразнообразия и уничтожение естественных экосистем, что ведет к нарушению принципа Ле Шателье в энергетике биосферы. На указанные выше явные проблемы накладывается четвертый, самый главный вектор — стереотипы мышления потребительского общества, основанные на безграничной эксплуатации («улучшении») окружающей среды в пользу человечества, «бесплатность» тех благ, которые даются человеку природой, и, соответственно, безответственности человечества перед ней.
Среди множества решений указанных выше проблем особое место занимает концепция экологической безопасности. Объектами экобезопасности являются экосистемы любого уровня - от организменного до биосферного, а также экологические ресурсы, территории локализации экосистем (ландшафты) и т.д. Приоритетным объектом экобезопасности традиционно считается население определенной территории, человек. Но человек неотделим от окружающей среды, он целиком и полностью зависит от ее ресурсов и автономным от экосистем в ближайшем будущем не станет. Рассматривая общество приоритетом экобезопасности, в поле зрения закономерно попадают и другие части экосистемы. Таким образом, в отличие от социоцентричных-подходов к защите окружающей среды, концепция экобезопасности признает равенство жизненно важных потребностей как общества, так и экосистемы. Такой подход не сталкивает интересы человека и природы, экономики и эко 5 логии. Общество и природа рассматриваются как взаимодополняющие равнозначные части единого целого.
Реализация концепции экобезопасности осуществлена на примере экосистемы поймы реки Томи в пределах Томской области. Эта территория интересна тем, что через нее проходит несколько рубежей: геологичече-ский, геоморфологический, ландшафтный, административный, землеустроительный. В геологическом строении территория представляет собой стык Колывань-Томской складчатой зоны и Западно-Сибирской плиты. Соответственно изменяются характер течения реки Томь, ее русловые деформации, геоморфология и ландшафты поймы. На этой территории частично находятся города Томск и Северск, самые крупные в Томской области. Помимо городов, в долинноречных и сопряженных местоположениях расположены еще 22 населенных пункта, всего же эту территорию так или иначе используют более 500 тыс. человек, что составляет большую часть всего населения области. Большинство горожан периодически пользуются рекреационными ресурсами поймы р. Томи, биологическими ресурсами водных экосистем, сельские жители интенсивно используют земельные ресурсы поймы для сельскохозяйственного производства. Таким образом, экологическая безопасность этой территории касается большой части населения Томской области.
В целом изучение различных аспектов безопасности жизненно важных систем общества — не просто одно из модных направлений практической науки, а обоснованная необходимость XXI века. Устойчивое развитие общества, региона сегодня как никогда зависит от множества условий. Возрастает вероятность ошибки в управлении и сбоя систем жизнеобеспечения, а значит, снижается безопасность существования человечества. Это, к сожалению, еще не осознается людьми: вступив в новый век, мы по привычке мыслим старыми категориями, не понимая, что новое время не простит того, что было позволителыю в прошлом, в том числе и потребительского отношения к природе.
Одним из вариантов обеспечения экобезопасности является возможность управления риском территориальной системы «природа - общество -хозяйство». Как всякое общеупотребительное слово, понятие риска трактуется очень широко. Первой задачей научного подхода к этой проблеме является уточнение содержания понятия риска, разработка методов его оценки и управления им. В Законе РФ «Об экологической экспертизе» (1995) впервые была провозглашена презумпция потенциальной экологической опасности любой хозяйственной или иной деятельности общества в окружающей среде (статья 3), то есть юридически признана необходимость оценки экологического риска и управления им. Таким образом, произошел отказ от положения абсолютной безопасности среды и переход к новому положению снижения экориска до допустимых величин. Тем самым определились новые подходы к решению экологических проблем.
Целью работы является определение критериев допустимого экологического риска (экориска) для экосистемы поймы реки Томи в пределах Томской области, а также разработка практических предложений по обеспечению экологической безопасности территории на основе этих критериев. Достижение цели реализуется решением следующих задач:
1. Определение содержания понятия экориска относительно изучаемого пространства.
2. Раскрытие структурно-функциональных особенностей территории исследования.
3. Определение факторов экорисков и их характеристика.
4. Оценивание действия экорисков с учетом эффектов наложения и кумуляции отрицательного воздействия.
5. Определение допустимого уровня экорисков для данной территории. 6. Определение экобезопасности всей территории, разработка практических предложений по ее обеспечению.
Фактический материал, используемый автором включает материалы собственных полевых исследований (1996 - 2003 годов), а также литературные и фондовые источники информации. Автором были составлены описания 183 точек полной комплексной характеристики ландшафтной обстановки (приложение 1), в качестве вспомогательной работы для определения границ поймы и внепойменной территории составлены четыре индикационных ландшафтных профиля.
Методы исследования. Главным методом исследования, который применялся для решения поставленных задач, стал системный анализ и синтез применительно к геосистемам, основанный на исследовании взаимодействий частей целого. На основе этого метода была систематизирована информация об особенностях систем. Самостоятельное исследование автора представляло изучение ландшафтных систем методами ландшафтного анализа и полевого ландшафтного картографирования, сравнительно-географическим методом. Анализ опасностей производился методами эколо го-хозяйственно го баланса территории, биоиндикации, определения надежности защитных сооружений и комфортности местообитания.
Защищаемые положения.
1. Определение негативного фактора как фактора риска системы должно основываться на показателях структуры и функционирования системы после воздействия этого фактора. В данном случае показателями структуры и функционирования геосистем будут гидродинамика потока и состояние гид-робионтов реки, коэффициент естественной защищенности территории и комфортность местообитания человека.
2. Действие факторов риска в изучаемых геосистемах поймы р. Томи обусловлено геолого-геоморфологическими особенностями территории. Уязвимой частью данной территории к действию экологического риска антропо 8 генного происхождения является область контакта геологических структур Колывань-Томской складчатой зоны и Западно-Сибирской плиты.
3. Основным критерием оценки экологического риска должна стать реакция системы на негативное воздействие. Тогда уровень неприемлемого (недопустимого) экологического риска определяется как отрицательное воздействие, способное обратимо или необратимо изменить показатели структуры и функционирования геосистем данной территории.
Научная новизна работы.
1. Впервые автором охарактеризована природная обстановка изучаемой территории как трех геосистем риска (системы водного потока, ландшафтной системы и социально-экологической системы), найдены структурно-функциональные особенности геосистем и их уязвимые части.
2. Впервые автором проанализированы и оценены экологические риски территории на основе реакции геосистем.
3. По результатам оценки проведено геоэкологическое зонирование территории, определяющее пространственное распределение экологических ущербов.
Практическая значимость работы: результаты работы могут стать основой для расчета показателей существующих экорисков разных территорий и составления сценария будущего развития изучаемой территории. Проведенный системный анализ природных и антропогенных опасностей является основой для определения мероприятий по снижению природного риска, определения потенциальной экологической опасности и степени защиты территории. Теоретические и методические положения работы легли в основу разработки лекционных и практических курсов «Экология» и «Безопасность жизнедеятельности», читаемых автором для студентов Томского государственного архитектурно-строительного университета. Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ. Промежуточные результаты работы докладывались на научных форумах различного уровня, в том числе на межрегиональных совещаниях «Экология пойм Сибирских рек и Арктики» (1999, 2000 гг.); на учебно-научно-практических конференциях «Возможности развития туризма Сибирского региона и сопредельных территорий» (2000, 2001 гг.); на VI симпозиуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (2002 г.), на XXVII геоморфологическом пленуме и многих других, а также на заседании Томского отделения Русского географического общества (2002, 2003 гг.).
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю, ректору Томского государственного архитектурно-строительного университета Геннадию Маркеловичу Рогову, который несмотря на свою занятость, нашел возможность помогать в работе над темой, своим учителям - преподавателям Томского государственного университета Алексею Анисимовичу Земцову, Петру Андреевичу Окишеву, Алексею Михайловичу Малолетко, Валерию Спиридоновичу Хромых, Нине Степановне Евсеевой за тот багаж знаний и умений, который позволил вырасти автору; всем сотрудникам кафедры «Охрана труда и окружающей среды» Томского государственного архитектурно-строительного университета и кафедры географии Томского государственного университета за отзывчивое отношение к автору и работе. Большое спасибо также заведующему кафедрой «Охрана труда и окружающей среды» Сергею Андреевичу Караушу и декану инженерно-экологического факультета Николаю Александровичу Цветкову, а также сотруднику Томского государственного университета Осинцевой Наталии Викторовне за моральную поддержку.
Состояние проблемы, основные положения и методы работы
Безопасность на сегодняшний день - неотъемлемая категория современной науки, конечный итог всех усилий человеческой мысли. Безопасность является необходимым условием практической деятельности людей, трактуемое как инстинкт самосохранения в живой природе, надежность — в технике и независимость, свобода (в понимании западной культуры) - в обществе.
Но только в конце XX века настала необходимость выделить отдельным блоком научно-практическую деятельность по изучению проблем обеспечения безопасности во всех сферах жизнедеятельности. Это произошло по двум причинам: 1) изменения в техносфере значительно усложнили современный мир, увеличив вероятность ошибки в управлении техническими системами и породив непредсказуемые последствия подобных ошибок, тем самым снизилась безопасность отдельного человека; 2) гуманистическое направление большинства культур планеты подразумевает главной ценностью человеческую жизнь и провозглашает неприкосновенность личности и свободное развитие индивидуума.
В конце XX века большинство ученых признали кризисный этап в развитии человечества, и, соответственно, необходимость искать пути преодоления глобального кризиса [163]. В 1992 году состоялся знаменитый саммит ООН в г. Рио-де-Жанейро, на котором определена траектория развития человечества в новом веке, условно названная "Sustainable Development" (наиболее распространенный перевод — "устойчивое развитие"). В России начало последнего десятилетия XX века отличилось активностью правовой деятельности по созданию гарантий государства в обеспечении безопасного существования его граждан и окружающей природной среды. Эта деятельность происходила на фоне все углубляющегося кризиса во всех сторонах жизни страны.
Существует два подхода к обеспечению безопасности, которые исторически сменяли друг друга. До осознания реальности глобального кризиса считалось, что верное инженерное решение, организационные меры, квалифицированные и дисциплинированные сотрудники могут обеспечить надежное функционирование сколь угодно сложных технических и социально-технических систем. Это послужило основным постулатом концепции абсолютной безопасности (абсолютной надежности) [180]. На этом же этапе провозглашался тезис борьбы с природой и ее улучшения в пользу человека (эксплуатация природных систем) - считалось, что окружающая природная среда способна выдержать любые нагрузки без ущерба для жизни и здоровья человека. Время показало необоснованность подобных рассуждений.
Второй этап характеризуется пересмотром позиций человечества по отношению к естественному и искусственному миру и отказом от концепции абсолютной безопасности. Новая концепция получила название ALARA (As Low As Reasonable Achievable, русский перевод - "так низко, как это достижимо в пределах разумного"), или концепция «приемлемого» риска [96, 179, 180].
Обыденным лексическим значением слова «риск» является действие на удачу, в надежде на успех задуманного, то есть действие с большой непредсказуемостью результата, априорно опасное. Как научный термин слово «риск» используется с начала XX века как категория рыночной экономики («финансовый риск»), страхового дела («риск страхового случая»). Несколько позже этот термин стал использоваться в технике как понятие, обратное термину «надежность» или «обеспеченность» («технический и технологический риск»), В каждом случае применительно к определенному объекту в содержание этого понятия вкладывается разный смысл, однако общие черты есть у всех перечисленных выше рисков. Научный термин определяет риск как меру опасности, выраженную максимально объективно (чаще всего при помощи стохастических моделей) [180].
Понятие "экологический риск" на сегодняшний момент не устоялось, хотя широко используется исследователями, определяясь интуитивно, как многие понятия в естественных науках. В таблице 1.1 собраЕіьі формулировки некоторых авторов применительно к понятию "экологический риск". Общим у всех формулировок является исходное понятие вероятности, возможности, неопределенности или случайности события, трактуемого как «риск». Кроме того, отличительная черта экологического риска - его объект, представляющий собой экосистему («экологические ресурсы» - Н.Ф. Реймерса, Н.В. Маслова, «экологический ущерб» - Н. А. Агаджаняна с соавторами, В А. Владимирова и В.И. Измалкова, «окружающая среда» - Т.И. Коноваловой с соавторами, Ю.И. Феденского).
Частный случай экологического риска — природный риск представляет собой "...ожидаемые потери (от гибели и потери здоровья людей, потери собственности), обусловленные проявлением конкретных природных опасностей в данном регионе за определенный период времени" [139, т.1, с. 135], а также геоморфологический риск - "...вероятность наступления (активизации) нежелательного геоморфологического события и возможность нанесения ущерба какому-либо хозяйственному объекту и населению" [145, т. 2, с.212]. Общее между приведенными определениями и их отличие от определений экологического риска заключается в антропоцентричности объекта: природный и геоморфологический риски действуют только на человека и связанные с ним объекты его среды обитания, тогда как экологический риск действует на все живое. Стандартная формула оценки риска включает две составляющие: вероятность неблагоприятного события и ущерб от него [180, 179]. Оценивать экологический риск по данной методике затруднительно, поскольку математическая оценка вероятности базируется на большом массиве данных дорогостоящего экологического мониторинга, а экологический ущерб определяется более или менее точно только в отношении жизни и здоровья человека. Для экосистемы определить ущерб возможно лишь приблизительно, так как недостаточно изучены механизмы ее функционирования. Стандартную формулу оценки для экологического риска можно упростить и включать в нее опасность - отрицательный фактор, действующий на экосистему, и уязвимость — свойство экосистемы противостоять отрицательному фактору [139].
Важным моментом оценки экологического риска является изучение его пространственных закономерностей и картографирование территории по действию различных экологических рисков, поскольку именно в свойствах пространства может быть объяснение характера отрицательного воздействия и устойчивость к нему конкретной экосистемы. Картографирование и пространство — атрибуты географической науки, которой (вместе со всем циклом наук о Земле) отводится важное место в обеспечении экологической безопасности.
Географическое положение территории
Метод изучения любых рисков определяется термином «риск-анализ» [179]. Риск-анализ представляет собой последовательность этапов научно-практической деятельности, направленных на определение достоверных и обоснованных характеристик риска, а также на выявление эффективных мер по его сокращению. Схема этапов риск-анализа приведена на рисунке 1.5. Первый этап — идентификация риска — определение состава негативных событий, ответ на вопрос что именно представляет собой риск. Второй этап — оценка вероятностей — может производиться несколькими способами: статистическим, аналитическим и экспертным. Вероятность экологических рисков чаще всего определяется аналитическим способом, основанным на изучении причинно-следственных связей в рамках так называемого "сценарного подхода". Этапы определения структуры возможного ущерба и построения законов распределения ущербов базируются на определении свойств объекта риска. Закон распределения ущербов можно считать условным распределением, соответствующим характеристикам определенного неблагоприятного события и ряду условий его проявления (ответ на вопрос "как возможно действие риска? "). В зависимости от ответа определяется мера риска [179].
В блоке «Управление риском» важнейший этап - оценка эффективности методов воздействия на риск. Сначала необходимо установить перечень возможных методов воздействия (методы избежания риска - регулирование поведение объекта, методы снижения вероятности риска — изменение условий функционирования объекта, методы, уменьшающие ущерб от неблагоприятного события — усиление степени защищенности объекта и другие). Затем определяется их оптимальное применение с точки зрения снижения риска до приемлемого уровня и обеспечения безопасности объекта [179].
Идентификация экологических рисков геосистем поймы р. Томи проводилась моделированием «доза - эффект», которое помогает различить любые изменения в системах, влияющий на ее структуру и функционирование. Этот метод имеет особенность, связанную со временем накопления отрицательного эффекта: эффект проявляется на малых дозах в начале воздействия и после перехода воздействия через порог чувствительности системы [180]. На этапе от малых эффектов до перехода через порог чувствительности система нейтрализует отрицательное воздействие или приспосабливается к нему, таковым является, например риск изменения качества воды в системе водного потока, риск подтопления в социально-экологической системе.
Для определения вероятности реализации опасности, оценки экологического ущерба и построения законов распределения ущербов необходимо изучить особенности объектов риска — геосистем. Главным методом исследования, который применялся для решения поставленных задач, стал системный анализ и синтез, основанный на исследовании взаимодействий частей целого, принципиально отличающийся от простого аналитического подхода, который исследует только части целого. Все элементы системы необходимы и достаточны для оптимального функционирования, но среди них есть такие элементы и связи, изменив которые разрушается вся система (системообразующее ядро). Именно эти части называют «узким горлышком», уязвимым местом системы. Задача системного анализа — выявить уязвимое место системы с целью повышения ее безопасность («расширить горлышко»). В связи с этим для анализа каждой из территориальных систем отрицательных воздействий использовались свои, наиболее результативные методы (таблица L3).
Для сбора и обработки фактического материала по ландшафтной системе автором использовались методы ландшафтного анализа и ландшафтного картографирования, которые проводились в три этапа - подготовительный, полевой и камеральный. Подготовительный этап включал обработку литературного и фондового материала по изучаемой территории и сопряженных пространств, выбор и уточнение классификации ландшафтных единиц, создание ландшафтных карт-гипотез на основе топографических карт, карт использования земельных ресурсов. Автором были определены рабочие классификационные ландшафтные единицы СВ. Васильева на первом уровне пойменного парагенеза (простое урочище) и втором уровне пойменной генерации (пойменная зона) (рисунок 1.4). На предварительном этапе построена рабочая ландшафтная карта-гипотеза поймы р. Томи в пределах Томской области.
Полевой этап заключался в маршрутных исследованиях по уточнению и дополнению карты гипотезы на данную территорию (общей площадью 420км ), ав местах нечеткой границы между поймой и внепойменной территорией дополнительно проводилось индикационное ландшафтное профилирование. Индикационное ландшафтное профилирование заключается в определении обилия и доминирования видов-индикатов [20], которое свидетельствует о смене экологических условий с пойменных на внепойменные и, соответственно, о переходе пойменной поверхности в непойменнуга. На этом же этапе ландшафтных исследований полустационарными методами проводились наблюдения за некоторыми водными объектами (озера Сенная Курья, Штаны, Таяново, Боярское, Семейкиного острова, речка Кисловка - Бурундук), а также за склонами подмываемых берегов р. Томи на территории населенных пунктов (Орловка, Казанка, Вершинине) на предмет изменения уровня водоемов и отступания бровки берега.
Экологические риски системы водного потока
A.M. Комлев все факторы формирования речного стока делит на три группы: климатические, метеорологические и факторы речного бассейна [76]. Сток реки Томь формируется в различных природных условиях, значит, факторы формирования стока меняются значительно.
Климатические факторы формирования речного стока определяют тип гидрологического режима реки и норм стока — годового, отдельных фаз гидрологического режима. Они включают средние многолетние показатели климата: величины сумм атмосферных осадков, испарения, температуры воздуха, глубины промерзания грунтов и т.д. Гидрологический режим р. Томи изменяется приблизительно по линии административных границ Кемеровской и Томской областей. В Кемеровской области по гидрологическому режиму Томь близка к рекам алтайского типа: весенне-летнее половодье характеризуется несколькими (3-6) волнами и на гидрографе стока имеет гребенчатый вид, но летняя межень Томи значительно выше, чем у алтайских рек, вследствие большой площади водосбора и большого количества осадков западных склонов Кузнецкого Алатау [146]. На территории Томской области гидрологический режим Томи приближается к рекам западно-сибирского типа и состоит из следующих гидрологических фаз: растянутое весенне-летнее половодье (оно тоже состоит из нескольких волн, но отчетливо они выделяются только в отдельные годы), повышенная летняя межень, небольшой и нерегулярный осенний паводок и пониженная зимняя межень [39]. Такое различие в гидрологическом режиме на разных участках Томи объясняется разным действием климатических факторов.
Климат Кемеровской области по всем показателям крайне неоднороден. Это связано с рельефом территории - чередованием горных хребтов Кузнецкого Алатау, Салаира, Горной Шории и относительно равнинного рельефа Кузнецкой котловины. В зимний сезон над Кемеровской областью устанавливается западный отрог Сибирского антициклона, определяющий сухую, морозную, безветренную погоду. Летом погода определяется областью низкого давления полярного фронта, который обуславливает ее крайнюю неустойчивость [128].
Среднегодовая температура воздуха изменяется от — 1С в горах до -0,3...-0,5С в котловине, несколько различаются и ее абсолютные значения. Абсолютный минимум температур составил -53...-55С в Кузнецкой котловине и -48...—52С в Горной Шории, абсолютные максимумы соответственно изменялись от +38 в Кузнецкой котловине до +35С в Горной Шории. Солнечное сияние изменяется от 1850 ч/год в горах до 1500-1600 с/год в котловине. Среднегодовое количество осадков варьирует от 400 мм и менее на северо-западе Кузнецкой котловины в «дождевой тени» Салаира (бассейн Ини) до 800 мм и более на западных склонах Кузнецкого Алатау с максимумом выпадения осадков в июле и минимумом в феврале, а на самых высоких хребтах Кузнецкого Алатау годовое количество осадков достигает 1200 мм [128]. Подобная неравномерность увлажнения характерна для горных систем, расположенных перпендикулярно направлению переноса влажных воздушных масс (в данном случае западному переносу умеренного морского воздуха, поступающего с европейской территории).
Гребенчатый характер гидрографу стока р. Томи придает поэтапное таяние снега на склонах разной экспозиции гор. Подобный гидрологический режим имеют и крупные притоки Томи, стекающие с хребтов Кузнецкого Алатау и Горной Шории. В Кузнецкой котловине увеличение стока происходит за счет впадения крупных притоков, так как увлажнение здесь явно недостаточно для формирования стока (400-500 мм). Относительная влажность воздуха изменяется по сезонам года: 80-85% зимой и 50-55% летом. Высота снежного покрова небольшая - 3-21 см, глубина промерзания почв от 1 м до 2,5-2,8 м.
Климат Томской области сходен с климатом Кузнецкой котловины, отличаясь несколько меньшей континентальностью (перепадами температур по сезонам года). Подробнее он описан в главе 2.3.1. Таким образом, резко континентальный климат бассейна Томи с изменением климатических характеристик с запада на восток определяет неравномерность проявления климатических и метеорологических факторов по территории водосбора. Наглядную характеристику климатических факторов формирования речного стока дает внутригодовое распределение элементов водного баланса (таблица 2.1). Метеорологические факторы формирования речного стока определяют многолетнюю и внутригодовую изменчивость нормы стока, они включают метеорологические характеристики конкретного года [76]. Для гидрологических прогнозов водности определенного периода времени действие именно этих факторов будет решающим. Статистической характеристикой изменчивости метеорологических показателей является дисперсия и доля дисперсии. На юго-востоке Томской области временной ряд температур воздуха (1955-2000 гг.) позволяет оценить долю дисперсии годового хода температуры, величина которой равна 95,20%, и долю дисперсии хода осадков, которая составляет 90-92% [32]. Повторяемость лет разного увлажнения по Томску за период наблюдения 1891-1990 гг. составляет: влажные годы - 24%, сухие годы — 43%, средние по увлажнению годы — 33% [53]. Метеорологические показатели по Кемеровской области еще изменчивее, так как территория находится в зоне континентального горно-котловинного климата. Из сезонов года на объемы стока реки наибольшее влияние имеет погода весеннего сезона -периода снеготаяния, и первая половина лета.
Временную изменчивость стока Томи в связи с изменением метеорологических факторов показывает разностная интегральная кривая (рисунок 2.2). В годы, когда среднегодовой расход стока Q больше среднемноголетнего Qq,. модульные коэффициенты K=Q/Qcp. больше единицы, чему соответствует восходящая ветвь интегральной кривой. Если же среднегодовые расходы меньше среднемноголетнего стока (К 1), ординаты интегральной кривой уменьшаются [60]. На рисунке четко различаются этап повышения стока (до середины 1940-х годов) и этап понижения стока. Таким образом, климатические и метеорологические факторы территории бассейна Томи способствуют формированию речного стока.
Обоснование шкалы оценок и теоретическое определение уровня допустимого экологического риска
Для каждой пойменной зоны Северного или Южного природных районов, береговых или островных пойменных массивов выделяется свой, наиболее типичный комплекс урочищ (таблица 2.7).
Прирусловая пойменная зона низкого уровня поё мности фактически повсеместно (в том числе и в Томском урбанизированном районе) представлена пионерными разреженными лугами и зарослями ивы кустарниковой на примитивных скелетных почвах. Средний уровень поёмности занимают древесные формы ивы, заросли черемухи, низкорослых форм березы с густым травяным ярусом из зонтичных, крапивы, хмеля. Это урочище выражено фрагментарно как в Южном природном районе, так и в Северном.
Центральная пойменная зона Южного природного района представлена лугово-кустарниковым комплексом урочищ, причем возвышенные местообитания высокого и среднего уровня поёмности представлены луговыми ассоциациями (злаковые и разнотравно-злаковые луга), а кустарники (ивы и черемухи) характерны для низкого и среднего уровня поёмности межгривных понижений и берегов озер. Доля лугов центральной поймы в Южном природном районе несколько выше (рисунок 2.17).
Центральная пойменная зона на островах как Южного, так и Северного природных районов представлена сложным мозаичным лугово-кустарниково-лесным комплексом урочищ. Лесные урочища на аллювиальных дерновых почвах занимают высокие местообитания на приверхах островов и по вершинам береговых валов, в последнем случае образуется так называемая галерейная форма леса. Доля кустарниковых и луговых урочищ на островах Южного природного района примерно равная, за исключением острова Зыряновский, где преобладают луга.
Центральная пойменная зона Северного природного района является местоположением лесо-лугово-болотного комплекса урочищ. Луга характерны для наиболее дренированных поверхностей (как правило, близких к руслу), леса и болота занимают большую часть массивов (рисунок 2.18). Леса этой пойменной зоны зрелые, смешанные со значительной долей темнохвойных, разнообразные по видовому составу; болота низинные, осоково-моховые, зачастую залесенные (елово-березовые). Границы между урочищами нечеткие, это обусловлено выровненным рельефом пойменных массивов и плавной сменой условий грунтового увлажнения.
Притеррасная пойменная зона береговых пойменных массивов Южного природного района представлена лугово-болотными (пойменный массив №1), лесо-болотными (пойменный массив № 3) и болотными (пойменный массив № 5) комплексами урочищ. Преобладание по площади этой пойменной зоны характерно для пойменного массива № 5, где расположено обширное Кандинское болото, занятое залесенными болотными урочищами. Доли пойменных зон в площади пойменных массивов и доминирующие урочища представлены в таблице 2.7.
Пойменные парагенезы первого уровня - элементарные формы рельефа - представляют собой местоположения ряда растительных ассоциаций, сопряженных в простое урочище. Урочища Южного природного района представлены сопряжением растительных ассоциаций в гривах и межгривных понижениях, прирусловых отмелях, прирусловых валах. Для наиболее старых участков пойменных массивов высокого уровня поёмности (приверхов массивов) формой сопряжения является выровненная поверхность (рисунок 2.16). Элементарные формы рельефа Северного природного района в своем составе также имеют прирусловые отмели и прирусловые валы. Кроме них на островах большую долю занимают пойменные ложбины, а в береговых массивах - выровненные поверхности (рисунок 2.19).
По площадному распространению наибольшая доля среди ступеней по-ёмности принадлежит среднему уровню поёмности, к высокому уровню по-ёмности относятся вершины прирусловых валов, грив и наиболее старые участки выровненных поверхностей. В составе растительных ассоциаций последних большое распространение получили внепойменные виды, распространенные на окрестных террасах и междуречьях.
Таким образом, ландшафтная структура Северного и Южного природных районов вследствие отличий в структурно-тектоническом строении территории значительно различается (таблица 2.8, рисунки 2.17, 2.18), следовательно функционирование ландшафтных систем и проявление ландшафтно-экологических рисков также будет несколько различаться.
Общие представления о динамике пойменных ландшафтов были изложены в разделе 1.1: ландшафтные единицы находятся в двух возможных состояниях: переменном и эквифинальном [175]. Для ненарушенных деятельностью человека ландшафтных систем поймы р. Томи преобладающим (по площади) состоянием будет эквифинальное и переходное к нему. Эти состояния характерны для луговых и лесных урочищ Южного природного района и луговых, лесных и болотных урочищ Северного природного района. Однако эквифинальные состояния ландшафтов Северного и Южного природных районов значительно различаются.
Тренд развития ландшафтных систем Северного природного района стремится к мнимокоренному состоянию, когда функционирование системы определено одним преобладающим фактором, в данном случае — избыточным грунтовым увлажнением и развитием заболачивания внепойменной территории Западно-Сибирской равнины. Тренд развития пойменных ландшафтных систем Южного природного района направлен к коренному состоянию, при котором наблюдается равновесие всех факторов ландшафтооб разования, характерному для внепойменных хорошо дренированных ландшафтов подтайги Западно-Сибирской равнины (КольїваЕіь-Томской складчатой зоны).
Кроме этого, в Северном природном районе значительно различаются структура и динамика ландшафтов пойменных массивов берегов и островов. Островные пойменные массивы состоят из ландшафтов переменного и экви-финального состояния, причем доминирующими являются ландшафты переменного состояния, которые из-за ежегодной смены расходов воды в рукавах Томи подвержены сильной изменчивости. Эквифинальное состояние ландшафтов русловых островов характерно только для наиболее зрелых их частей - приверхов, и для ландшафтов высокого уровня поё мности. Ландшафты берегов Северного природного района менее изменчивы в пространстве, несмотря на то, что стремятся к мнимокоренному состоянию, большая площадь массивов представлена ландшафтами эквифинального состояния. Различия состояний ландшафтов островного и берегового пойменных массивов Северного природного района показаны на рисунках 2.20 и 2.21.
