Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ направлений геоэкологических исследований в целях рационального природопользования. Современное состояние и перспективы 8
1.1 Задачи геоэкологических исследований в природополь зовании 8
1.2. Представления о природопользовании 10
1.3 Ведущие факторы геоэкологического обоснования рационализации природопользования 12
1.3.1. Виды антропогенного воздействия и их оценка 12
1.3.2. Устойчивость компонентов природных систем к антропогенным воздействиям 17
1.3.3. Анализ существующих подходов геоэкологической оценки территорий административных районов 21
I.4. Назначение ГИС и ГИС-технологий в решении геоэко логических задач 22
ГЛАВА 2 . Разработка методов геоэкологического обоснования рационализации природопользования 30
2.1. Разработка структуры и определение функции ГИС для выполнения геоэкологических исследований 30
2.2. Методика расчета пространственных геоэкологических характеристик с использованием ГИС-технологий 34
2.2. Методика оценки антропогенного воздействия 38
2.3. Методика оценки устойчивости природных систем к различным видам воздействия 45
2.4. Методика оценки геоэкологической напряженности 49
ГЛАВА 3. Факторы геоэкологического обоснования рационализации природопользования Лужского района 51
3.1. Анализ природных факторов. Физико-географическая характеристика района 51
3.2. Определение ведущих антропогенных факторов в оценке геоэкологичской ситуации 17
3.2.1. История формирования культурных ландшафтов Лужского района 17
3.2.2. Экономическое положение района 89
3.3. Анализ антропогенных факторов, определяющих гео экологическую обстановку 95
3.3.1. Трансграничное загрязнение 95
3.3.2. Территориальные источники загрязнения и показатели качества окружающей среды 96
3.4. Медико-демографические показатели 107
3.5. Оценка сбалансированности развития территории 112
ГЛАВА 4. Анализ геоэкологического состояния Лужского административного района 114
4.1. Создание ГИС на территорию Лужского района 114
4.1.1. Информационное и программное обеспечение ГИС 114
4.1.2. Структура базы данных и методика привязки ее слоев 116
4.2. Определение пространственной дифференциации антропогенного воздействия 121
4.2.1. Расчет плотности приведенного выброса от стационарных источников 121
4.2.2. Оценка относительного механического воздействия на территорию 123
4.2.3. Оценка воздействия на водосборные бассейны 125
4.2.4. Оценка комплексного антропогенного воздействия 127
4.3. Расчет относительной экологической устойчивости природных систем к химическому и механическому воздействию 130
4.4 Оценка геоэкологической напряженности 136
ГЛАВА 5 . Природопользование на территории Лужского района и перспективы его рационализации 142
5.1. Природопользование на территории Лужского административного района 142
5.2. Направления рационализации природопользования 142
5.2.1. Оптимизация существующих видов природопользования 142
5.2.2. Замена и внедрение новых видов природопользования с учетом исторических факторов 146
5.2.3. Разрешение конфликтов между природополь-зователями 149
5.2.4. Проведение экологического мониторинга 153
5.2.5. Постановка экологического образования 154
Заключение 158
Список литературы 161
Приложение 174
- Задачи геоэкологических исследований в природополь зовании
- Разработка структуры и определение функции ГИС для выполнения геоэкологических исследований
- Анализ природных факторов. Физико-географическая характеристика района
- Создание ГИС на территорию Лужского района
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Увеличение темпов роста антропогенной нагрузки на окружающую среду и стремление к устойчивому развитию территорий требуют научного обоснования и реализации практических мероприятий по регулированию воздействия на природу. В первую очередь это рационализация природопользования, способствующая уменьшению антропогенного воздействия и сохранению природного каркаса территорий. Ее осуществление базируется на оценке геоэкологического состояния территории.
При планировании и выполнении конкретных мероприятий для отдельных территорий административный район является первой ступенью в сборе, обобщении и анализе экологической информации, а также в выработке и принятии решений по рационализации природопользования.
Для систематизации и накопления информации о состоянии окружающей среды, характеристиках антропогенного воздействия, показателях здоровья населения и др., на современном научно-техническом уровне, необходимо использовать ГИС-технологии, которые позволяют получать новые количественные и качественные показатели объектов и процессов, исследовать их связи и взаимодействия в географическом окружении.
Актуальность темы связана также с необходимостью повышения уровня экологического образования населения.
Исследования выполнены на примере Лужского административного района Ленинградской области, для территории которого становится все более востребованным осуществление мероприятий по рационализации природопользования.
Цель диссертационной работы состоит в разработке и совершенствовании методов геоэкологического обоснования рационализации природопользования для административного района, а также их апробации на примере Лужского района.
Поставленная в диссертационной работе цель определила необходимость решения следующих задач: выполнить анализ основных направлений исследований в области геоэкологической оценки и рационального природопользования, в том числе с применением ГИС-технологий; разработать методики оценки комплексного антропогенного воздействия и потенциальной устойчивости природных систем к различным видам воздействия на уровне административного района; разработать структуру ГИС для проведения геоэкологических исследований и оптимизации природопользования в рамках административного района и создать ГИС «Лужский район»; на базе созданной ГИС: а) проанализировать влияние основных источников загрязнения и провести оценку комплексного антропогенного воздействия; б) оценить устойчивость природных систем к химическому и механическому воздействию, в) провести районирование территории по степени геоэкологической напряженности; разработать рекомендации по повышению эффективности мероприятий по рационализации природопользования в Лужском районе.
Научная новизна. В результате проведенного исследования: - разработана новая методика геоэкологического обоснования рационализа ции природопользования для административных районов с использованием ГИС-технологий, включающая методики: оценки комплексного антропогенного воздействия на территорию административного района, расчета и картографирования показателей природной устойчивости территории на локальном уровне и геоэкологической напряженности; - создана ГИС "Лужский район"; - выполнена детальная геоэкологическая оценка, выработаны рекомендации по рационализации природопользования в Лужском районе и разработана программа экологического образования.
Практическая значимость работы. Разработанные методики оценки комплексного антропогенного воздействия, экологической устойчивости природных систем к различным видам воздействия и анализа геоэкологического состояния территории могут иметь значение при разработке мероприятий по устойчивому развитию территории и управлению состоянием окружающей среды.
Результаты исследований дают возможность прогнозировать экологическую ситуацию в административном районе при выявлении дополнительных источников антропогенного воздействия, их замене или перераспределении.
Результаты работы включены в отчеты кафедры рационального природопользования по госбюджетной теме «Взаимодействие человека и окружающей среды» №01.9.70003792 за 2000 год и по теме «Взаимодействие человека и окружающей среды, рациональное природопользование в целях устойчивого развития» №01.2.001.07995 за 2001 год, в отчеты по договору о научно-техническом сотрудничестве, заключенном между Географическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова и Отделом «Молодежной политики и спорта» МО «Лужский район» в 1998 году, а также используются в учебном процессе на кафедре рационального природопользования.
Разработанная эколого-образовательная программа внедренина на территории Лужского района.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на Международных конференциях: студентов и аспирантов по фундаментальным наукам в Москве 2000, 2002 годах; в Великом Новгороде в 2000 году, в Сыктывкаре в 2001; в Перми, Твери и Капарике (Португалия) в 2002 году; а также на научных семинарах в Санкт-Петербурге в 1999 и 2002 годах и в Твери в 2000 году. По материалам диссертации опубликовано 18 научных работ.
Автор выражает благодарность и искреннюю признательность научным руководителям -заведующему кафедрой рационального природопользования чл.-корр. РАН, профессору А.П. Капице и профессору кафедры картографии и геоинформатики, д.г.н. И.К. Лурье, всем сотрудникам кафедры рационального природопользования и особенно в.н.с А.В. Евсееву, в.н.с. С.Г. Покровскому, в.н.с. B.C. Поливанову, с.н.с. ТА Воробьевой; с.н.с. лаборатории возобновляемых источников энергии Т.М. Красовской и н.с. кафедры физической географии мира и геоэкологии Н.О. Тельновой за методические рекомендации и консультации в ходе выполнения работы. Автор благодарит фирмы «СканЭкс» и «Стронг-21» за техническую помощь в проведении исследований. Огромную благодарность выражает заведующим отделами и комитетами МО «Лужский район»: В.А. Великановой (отдел «Молодежной политики и спорта»), О.В. Петрову (комитет «Охраны природы»), Т.Н. Навозовой (комитет «Землепользования») за помощь в сборе информации и проведении экспедиционных работ на территории Лужского района; директору детского о/л «Буревестник» Г.А. Боевой и преподавателю школы №6 г. Луги И.И. Качановской за помощь в разработке и внедрении эколого-образовательной программы.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 169 наименований. Общий объем работы 184 страницы, включая 38 рисунков, 19 таблиц, 14 фотографий, 11 страниц приложения.
Задачи геоэкологических исследований в природополь зовании
Термин «геоэкология» был впервые введен в литературе в работе немецкого географа К.Троля в начале 70-ых годов XX века для отражения экологической направленности в ландшафтоведении, а затем переведен и обоснован в работах Сочавы (Горшков, 1998). Однако до сегодняшнего дня нет единого сформировавшегося мнения о трактовке этого термина и предмета изучения геоэкологией. Вместе с тем, по мнению СП. Горшкова геоэкологическая дисциплина призвана давать научное обоснование и рекомендации для приспособления хозяйства к природным условиям. Именно этот аспект в геоэкологических исследованиях связывает «геоэкологию» и «природопользование» в единый блок, призванный не только проводить научные исследования геосистем, но и рекомендовать на их основе практические мероприятия по улучшению состояния окружающей среды. Необходимость в развитии геоэкологических исследований связана с увеличением антропогенного воздействия и возникновением экологических проблем между геосистемами на различных иерархических уровнях (Голубев, 1999). Большое развитие в литературе с конца 90-ых годов XX века получили региональные и глобальные исследования состояния геосистем (Голубев, 1999; Клюев, 1996; Кочуров 1999). Вместе с тем оперативным уровнем в принятии решений по рационализации природопользования является административный район, на уровне которого проводится первый сбор и обобщение экологической информации, поступающий в районные отделы охраны природы, землеустройства и статистики. Поэтому для территорий локального уровня в первую очередь необходимо проводить анализ геоэкологического состояния, направленный на улучшение состояния окружающей среды.
Изученность и перспективы развития в геоэкологических исследованиях. Основное развитие представления о геоэкологическом состоянии территории получило в конце XX века в работах Н.Ф. Глазовского, Г.Н. Голубева, СП. Горшкова, А.Г. Емельянова, Б.И. Кочурова, Н.Н. Клюева, К.С. Лосева, Л.И. Мухиной. Большое значение в геоэкологических исследованиях имеют работы, связанные с формулированием и изучением принципов устойчивости геосистем к внешним воздействиям в работах Д.Л. Арманда, М.Д. Гродзинского, М.А. Глазовской, К.Н. Дьяконова, Т.П. Куприяновой, И.И. Мамай. Немаловажное значение в геоэкологических исследованиях уделено вопросам, связанным с видами антропогенного воздействия, механизмами и последствиями его проявления освещенные в работах СП. Горшкова, Н.СКасимова, В.И. Кружалина, М.П. Ротановой, Ю.Г. Симонова, Р.С. Чалова, В.П. Чижовой и др.
Для изучения геоэкологического состояния территории необходимо проводить систему наблюдений за состоянием компонентов природной среды и антропогенным воздействием на исследуемой территории. Для реализации этих задач используются данные полевых исследований, математическое моделирование, картографический материал, и данные дистанционного зондирования, позволяющие одновременно охватить большие участки труднодоступных территорий, а также проводить наблюдения за территориями разного уровня в реальном режиме времени.
Из-за большого объема пространственно-временной информации, используемой при проведении геоэкологических исследований необхо димо использовать ГИС-технологии, позволяющие не только собирать и обобщать материал, но и улучшить качество проводимых исследований, а также обеспечить обмен информацией между различными исследованиями на одной или сопряженных территориях. Методика применения ГИС-технологий в геоэкологических исследованиях представлена в работах A.M. Берлянта, В.И. Кравцовой, И.К. Лурье, Б.А. Новаковского, B.C. Тикунова, СВ. Чистова.
Особое значение в геоэкологических исследованиях имеют вопросы, связанные с применением полученных результатов. Процесс рационализации природопользования целиком базируется на данных геоэкологического исследования, вместе с тем их применение напрямую зависит от видов природопользования на исследуемой территории. Большое внимание в развитии стратегии рационализации природопользования уделено в работах А.В. Евсеева, К.Г. Зворыкина, Н.Ф. Реймерса, Т.Г. Ру-новой, С.Г. Покровского.
Одним из главных вопросов в дальнейшем развитии геоэкологии и природопользовани является применение наработанной теоретической базы к территориям различного уровня организации и степени освоенности. В решении этого вопроса ведущую роль должно играть привлечение ГИС-технологий, позволяющих в автоматическом режиме получать и проводить обработку экологической информации, необходимой для проведения геоэкологической оценки территории и принятии решений в управлении состоянием окружающей среды. Большое значение в этом направлении принадлежит созданию ориентированных ГИС, позволяющих осуществлять пространственно-временные расчеты и моделирование происходящих процессов.
Понятие «природопользование» как совокупность воздействий человечества на географическую оболочку было введено в литературе Ю.Н. Куражковским (Куражковский, 1969) в конце 60-ых годов XX века. По мере увеличения антропогенной деятельности на окружающую среду взгляды на природопользование, как на чисто практическую деятельность стали трансформироваться в научную дисциплину. Объектом природопользования признано считать взаимоотношения между природными ресурсами, естественными условиями жизни общества и его социально-экономическим развитием; а предметом - оптимизация этих отношений (Реймерс, 1990).
Современное природопользование трактуется как междисциплинарное научное направление, исследующее общие закономерности использования обществом природных ресурсов, совокупности воздействий человека на окружающую природную среду и одновременно - сфера практической деятельности, направленная на удовлетворение потребностей настоящего и будущего поколений в качестве и разнообразии природной среды, на улучшение использования природных ресурсов и на удовлетворение разнообразных потребностей человека в ресурсах, как материальных, так и духовных (Евсеев, 2002). Таким образом, главной задачей природопользования является осуществление его рационализации, т.е. деятельность, не приводящая к резким изменениям природно-ресурсного потенциала в течение длительного времени. Осуществление рационализации природопользования возможно в результате всестороннего учета возможных последствий тех или иных преобразований природы (Ефремов, Хозин, 1981). Сама рационализация природопользования должна быть направлена на увеличение комплексности использования природных ресурсов при отсутствии конфликтов между природопользо-вателями, без ущерба для будущих поколений.
Рационализация природопользования может основываться на качественных характеристиках, получение которых допускается описательными методами; а оптимизация природопользования должна быть рассчитана с помощью конкретных показателей, полученных точечными количественными методами (Покровский, 1993). В прикладном аспекте возможно отождествление понятий рационализация и оптимизация при продопользования (Исаченко, 1980), однако термин «рационализация» имеет более широкий научный характер.
Систематика природопользования. На сегодняшний день нет единой общепризнанной системы классификации видов природопользования. Вместе с тем, наиболее известными являются классификация видов природопользования по функциональному признаку (Зворыкин, 1993) и классификация по форме воздействия (Рунова, Волкова, Нефедова, 1993). Согласно функциональной классификации (Зворыкин, 1993), выделяют:
Разработка структуры и определение функции ГИС для выполнения геоэкологических исследований
Блок поддержки принятия решений базируется на данных геоэкологической оценки территории административного района и предназначен для использования комитетами и отделами администрации района при разработке на ее основе мероприятий по рационализации природопользования. ГИС может выполнять роль и научно-справочной системы, являясь сводом и обобщением знаний и информации об отображенных в слоях ее тематической базы данных природных и социально-экономических явлениях, предназначенным для глубокого изучения их особенностей с целью научного исследования и различной практической деятельности.
Разрабатываемая ГИС должны обладать функциями, способствующими сочетанию традиционных и новых геоинформационных методов решения задач геоэкологии и рационального природопользования. К основным функциям следует отнести: определение состава и тематического содержания пространственной информации, необходимой для решения поставленной задачи, в сочетании с вопросами определения системы координат, в которой создается основа базы данных, структуры и модели данных, методов и средств цифрования и хранения данных, оценки их точности и достоверности; поиск, сбор, оценка особенностей пространственных данных, представляемых в цифровой форме; анализ пространственных данных, включающий: анализ взаимосвязей антропогенных и природных процессов средствами преобразования и совмещения в пространстве информации разного типа (оверлея), генерализацию картографических, аэрокосмических и статистических данных, интерактивное дешифрирование снимков; - моделирование: выбор соответствующей математической модели и необходимых параметров для нее - построение географической (картографической, математико-картографической) модели; представление пространственных данных (электронные и компьютерные карты и атласы, преобразованные снимки, таблицы и т.п.).
Особое место в подсистеме обработки и анализа данных отводится моделированию. Моделирование - одно из распространенных в науке понятий - трактуется как "одна из основных категорий теории познания", на этом понятии базируются по существу все научные исследования. Процесс моделирования в ГИС может выполняться либо с использованием математических моделей (процедур), в которых параметрами являются количественные характеристики природных и антропогенных процессов или явлений, либо путем экспертной обработки (качественной и количественной оценки) данных, чаще всего выражающейся в вычислительных процедурах типа "если ..., то ...". Построение математических моделей осуществляется либо методом двумерной интерполяции и экстраполяции на основе имеющихся точечных измерений, либо путем формализованного представления объекта (явления) исследования в виде аналитической функции от параметров (Тикунов, 1999). Моделирование обеспечивает возможность в более простом и доступном для изучения виде представлять структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между объектами и явлениями, их динамику и функционирование, а также рассчитать их производные характеристики.
Методика расчета пространственных геоэкологических характеристик с использованием ГИС-технологий В ГИС позиционной базой для локализации как топографических, так и тематических характеристик обычно служит цифровая карта-основа на исследуемую территорию определенного масштаба и проекции, обеспечивающая привязку тематических данных с известной точностью. Особенностью создания ГИС для территорий административных районов является, как правило, отсутствие материалов для привязки данных с высокой точностью. В качестве исходных материалов для получения топографических и природных данных используют топографические и тематические карты разных масштабов и разного временного ряда, а также аэро и космические снимки разных пространственных разрешений. В цифровой форме они могут быть представлены в векторном или растровом форматах. Антропогенные данные получают либо из данных полевых обследований, либо из статистических источников. Обычно они не имеют точной координатной привязки. Географические исследования базируются либо на методах, использующих характеристики пространственных объектов (методы классификации, моделирования географических полей), либо на анализе отношений между отдельными объектами или их частями, наблюдаемых между ними в пространстве, используемом для оценки их пространственного окружения. Эти отношения характеризуются количеством объектов в определенной области, видом распределения (равномерно, группами), удаленностью и связью с размером занимаемой области.
ГИС, предназначенные для выполнения географического анализа, должны обеспечивать получение ответов на вопросы: - какова картина распределения и как она должна быть отображена на карте? - как такие объекты могут быть классифицированы? - каковы могут быть выводы о процессах (причинах), создавших эти распределения? Традиционно термин "распределение" относится к простому картографическому отображению пространственного расположения (распространения) отдельных объектов. Но необходимы описания взаимодействия объектов с соседями и отношения их ко всему пространству. Для этого нужно найти способ измерения этих отношений и механизм создания распределений. Одним из путей анализа пространственного распределения изучаемых объектов и процессов, а также пространственного и тематического согласования разнотипных и разномасштабных источников информации, является применение методов, базирующихся на построении квадратных (регулярных) сеток (известных как методика GRID). Такие сетки, образующие подобласти равной площади, позволяют осуществлять географическую интерполяцию количественных показателей, основанную на изучении явления и его территориальных и количественных изменений под влиянием географических факторов, а также уточнять информацию по крупномасштабным или более современным источникам. С применением таких сеток проще осуществлять оверлей слоев географических данных (например, антропогенных и природных факторов) с тем, чтобы использовать их пространственные взаимосвязи для принятия решений (например, по землепользованию).
Анализ природных факторов. Физико-географическая характеристика района
Анализ природных факторов геоэкологического состояния административного района проводится на основе физико-географической характеристики исследуемой территории. Большое значение в оценке связано с геологическими, геоморфологическими, климатическими, гидрологическими, почвенными и растительными характеристиками района. Немаловажную роль в устойчивом развитии территории имеют особо охраняемые природные территории, расположенные в пределах административного района.
Лужский административный район входит в состав Ленинградской области, и на юге граничит с Псковской и Новгородской областями, на западе, севере и востоке со Сланцевским, Волосовским, Гатчинским и Тос-ненским районами Ленинградской области (рис. 5 ). Территория района занимает площадь 6019 км2 и находится в пределах Северо-Запада Русской равнины. В геологическом отношении на территории района кристаллический фундамент погребен под толщей осадочных пород Девонской системы. На юго-востоке девонские отложения перекрыты известниками, Финский залив мергелями и доломитами (отложениями Карбона), на остальной территории красноцветными песками и глинами (рис. 6) (Атлас Ленинградской области, 1967; Карта месторождений ... к четвертичным ..., 1990).
Рельеф Лужского района имеет весьма разнообразный характер. Лужская возвышенность в центральной и юго-западной частях района сменяется к северу и востоку равнинной и затем, низинной (заболоченной) территорией (рис. 7). Лужская возвышенность представляет собой сложное сочетание холмисто-моренного рельефа, камов и волнисто-зандровых полей. Наносы откладывались во время вепсовской, крестец-кой и лужской стадий Валдайского оледенения (Гагарина, 1995). Разница высот в пределах района превышает 100 метров, при этом наиболее выраженный моренный рельеф представлен в районе г.Луги. Абсолютные отметки высот этой части района достигают 140 метров (Липовые горы), а наивысшая 155 метров (Гнильско-Шильковские высоты) (рис. 7). Город Луга расположен на холмах, самая высокая точка города - Лангина гора, она имеет высоту 104 метра над уровнем моря (Зерцалов, 1972).
К югу и юго-востоку территория района понижается. Здесь стекали талые ледниковые воды, русла которых хорошо выражены на карте четвертичных отложений распространением флювиогляциальных песков и супесей.
К северу от города Луги, также заметно понижение рельефа. Здесь расположена Лужская низменность, абсолютные отметки высот составляют 60-65 метров. В северо-северо-восточной части района располагалось большое приледниковое озеро, часть которого сохранилась - это современные озера Стречно, Вялье и Мочалище. На остальной территории древнего озера, на толще торфяников, образовался болотный комплекс. В восточной части района, в долине реки Рыденки, поверхность заболочена с преобладанием выположенных форм рельефа.
Современная гидрографическая сеть образована на месте древних ложбин стока талых ледниковых вод, наследующие тектонические прогибы. Озера Врево, Череменецкое, Раковическое с долинами впадающих в них рек расположены на пути стока талых ледниковых вод. Самый большой поток древних ледниковых вод находился между озерами Долгое, Спас-Котороское и рекой Долгая. Другой поток, образовавшийся при таянии ледника, протекал по долине реки Оредеж на пространстве от ее устья и далее по р. Рыденке. В районе г. Луги образовались камы и сеть мелких озер (Подлинье, Кривое, и т.д.).
Водотоки района имеют мало выработанный долинный профиль с большим количеством перекатов, порогов и обилием быстрин. Средний слой стока в пределах района составляет 250мм в год (Атлас ..., 1967). Минерализация воды в родниках составляет 90-110мг/л, в поверхностных водоемах 200-300 мг/л (Отчет ..., 1999-2002). Питание рек преимущественно снеговое с ярко выраженным весенним половодьем, осенним паводком, зимней и летней меженью (Гидрологический ежегодник, 1978).
Ледостав на водоемах наблюдается в среднем с 10 декабря по 1 апреля (Атлас, 1967), однако многие реки не замерзают даже в сильные морозы из-за быстрого течения, перекатов и порогов.
В бассейне реки Луги, в пределах верхнего и среднего течения реки, расположено 86% территории Лужского административного района. Небольшая часть района 13% относится к бассейну реки Плюссы (бассейн реки Нарвы), и только 1% территории района относится к бассейну рек Невы и Волхова. Таким образом, вся территория района находится в водосборном бассейне Балтийского моря (акватории Финского залива).
С юго-востока на северо-запад района протекает главная водная артерия - река Луга (рис. 5, 7), берущая начало в южной части Нетыль-ских болот (Новгородская область) и впадающая в Лужскую губу Финского залива. Это самая протяженная река Ленинградской области, ее длина 359 км, из них около 150 км Луга протекает по территории Лужского административного района. Площадь водосборного бассейна реки Луги составляет 13 100 км2, из которых 40% приходится на Лужский административный район (рис.8). В пределах водосборного бассейна реки находятся также Волосовский, Гатчинский, Кингисеппский административные районы Ленинградской области, и небольшая часть бассейна расположена в Новгородской области (Нетыльские болота), однако основное питание река получает именно на территории Лужского района.
Создание ГИС на территорию Лужского района
В качестве источников пространственной информации для формирования информационного обеспечения ГИС Лужского района использованы следующие материалы: картографические материалы: общегеографические карты: карта Ленинградской области и Санкт- Петербурга масштаба 1:500 000 (Ленинградская ..., 1993); карта Лужского района масштаба 1:100 000; тематические карты Атлас Ленинградской области: карты ландшафтных комплексов, растительности; физико-географического районирования северо-запада России; почвенная карта Лужского района масштаба 1:100 000 (автор Навозова Т.Н.); карта месторождений полезных ископаемых, приуроченных к четвертичным отложениям масштаба 1:200 000 (Полезные ... к четвертичным ..., 1990); карта месторождений полезных ископаемых приуроченных к дочетвертичным отложениям масштаба 1:200 000 (Полезные ... к дочетвертичным ..., 1990); 114 карта грунтовых вод С-3 России масштаба 1:1 500 000 (Грун товые ..., 1957); социально-экономические карты: карта административного деления и землеустройства Луж ского района масштаба 1:250 000 (Административное ..., 1990); данные дистанционного зондирования: многозональные космические снимки, полученные системой "SPOT", разрешение 200 м, август 1996 г. (получены через Internet в форме QuikLook); многозональные космические снимки, полученные системой "Ресурс-МСУ СК", разрешение 130 м, август 1998 г. (предоставлены фирмой "Скан Экс"); статистические материалы: информация, собираемая комитетами МО "Лужский район" и представленная в ежегодных отчетах: состояние окружающей среды (комитет охраны природы): выбросы в атмосферу стационарных источников загрязнения (трубы котельных промышленности) по г. Луге и Лужскому району, включая объемы и покомпонентный состав выбросов (по форме 2ТП-воздух), высоты труб; объемы и состав сбросов в поверхностные водные объекты (по форме 2ТП-вода); мусоронакопление ТБО на территории района землепользование (комитет землеустройства): использование земельного фонда МО "Лужский район"; распределение численности населения в пределах района; демографическая ситуация и здоровье населения (комитет здравоохранения): демографические показатели за 1995-2000 годы; показатели заболеваемости населения по различным груп пам и по различным нозологиям; 115 материалы полевых обследований: материалы полевого дешифрирования космических снимков; данные контрольных замеров поверхностных и грунтовых вод. Полевые исследования проводились в период 1998-2002 гг., их результаты представлены в отчетах (Отчет ..., 1999-2002). В качестве программного обеспечения ГИС использованы лицензионные ГИС-пакеты: ArcView.3 и Arclnfo (разработки ESRI, США) - для обработки векторной информации; Idrisi (университет Кларка, США) - для обработки снимков; для обработки статистической информации применена программа Microsoft Exel, а для цветовой коррекции фотоснимков -PhotoShop 5.0. Блоки базы данных (БД) ГИС "Лужский район" имеет послойную структуру. Каждый из слоев отображает изменение одного из ведущих факторов для геоэкологических исследований, либо результаты выполненных пространственных оценок параметров геоэкологического состояния территории. Набор этих слоев и составляет основу геоэкологического обоснования рационализации природопользования на территории района.
В качестве координатной основы БД выбрана общегеографическая (обзорно-топографическая) карта Ленинградской области (Ленинградская..., 1993) масштаба 1:500 000, созданная в проекции Гаусса-Крюгера. Карта была отсканирована с разрешением 300 dpi. В модуле TIN программного ГИС-пакета Arclnfo к этой растровой координатной основе были привязаны все указанные выше тематические карты и снимки, оцифрованные также путем сканирования. Использовались методы прямой и косвенной привязки (Лурье, 2002). С помощью команды Generate (гл.2) создана регулярная сетка, которая обеспечила процедуру привязки позиционной и атрибутивной информации из разных источников дополнительными точками с известными координатами. Процедура построения сетки выполнена с помощью команды GENERATE с параметром "fishnet" пакета Arclnfo. Сетка привязывалась к карте-основе с указанием координат левого нижнего угла, направления (совпадающего с направлением вертикальной оси системы карты) и параметров проекции, позиционная точность пространственной привязки соответствует 150 метров. Сетка состояла из 1034 ячеек размером 1 25"х1 25". Выбор размера ячеек обусловлен значением площади элементарного водосбора, что в таежной зоне по данным А.Г. Косицкого, Ретеюм К.Ф. и др. (1999) соответствует примерно 5-6 км2.
Построение регулярной сетки проводилось в модуле Generate программного пакета Arclnfo. Созданная сеть привязывалась к существующему изображению по левому нижнему углу с заданием проекции и направления. Выбор шага, количества столбцов и строк проводился таким образом, чтоЛЗьі покрыть всю территорию района и совпасть с координатной сеткой,к которой и осуществлялась привязка сетки. Размеры задаются по обеим осям х и у. Размеры ячеек определены в проекции карты и ее единицах измерения составляют одна минута пятнадцать секунд. Такой размер определил количество строк и столбцов всей регулярной сетки.
В результате проведенных построений сеть с заданным размером шага (125") распространение сетки произведено от 5820 с.ш., 28 30 в.д. до 59 20 с.ш., 31 в.д. с размерностью 40 строк на 60 столбцов. Затем в модуле TAB программы Arclnfo добавлены атрибуты. Поскольку созданная прямоугольная сеть охватывает значительную часть территории вне района, то с помощью ГИС-технологии Clip из прямоугольной сетки используя линейные границы района вырезан полигон, представляющий район в своих границах проведено уменьшение сетки до размера, покрывающего только район.
Все эти цифровые материалы затем были использованы в ГИС-пакете ArcView в качестве так называемой "растровой подложки" для цифрования и создания слоев в векторном формате. Цифрование рельефа и гидрологической сети проводилось по базовой основе с добавлением реперных точек (в районе Лужской возвышенности) и значимых водотоков с привязанной карты более крупного масштаба - общегеографи ческой карты Лужского района масштаба 1:100 000 (Лужский район ..., 1996). Таким способом были построены цифровые слои, представленные в табл. [Табл. 9]. Слой "Координатная сетка" создан по базовой карте. Разработаны слои: "Рельеф", "Четвертичные отложения", "Гидрология", "Грунтовые воды", "Почвы", "Ландшафты", "Граница административного района", "Населенные пункты", "Транспортная сеть", "Карьеры и торфоразработки. В модуле Laticepole по слою с изолиниями и реперными точками, снятыми с карты масштаба 1:100 000 создана цифровая модель рельефа (ЦМР), которая использована для создания слоя "Углы наклона". Слой "Современное землепользование" разработан с использованием данных дистанционного зондирования съемочным аппаратом "Ресурс - МСУ-СК".
Точность пространственной привязки может быть оценена по базовому масштабу созданных электронных карт. Поскольку точность локализации линий на карте оценивается как 0.3 мм, то при выбранном масштабе 1:500 000 ее значение будет 150 м. Близкое значение разрешения имеют используемые в работе космические снимки. Поэтому итоговую точность пространственной привязки данных в БД созданной ГИС можно оценить как 150 м.
Похожие диссертации на Геоэкологическое обоснование рационализации природопользования для административного района : На примере Лужского района Ленинградской области
