Введение к работе
Актуальность работы. Природная система, являясь динамической, самоорганизующейся, нестабильной и плохо прогнозируемой, требует применения особого аналитического инструментария для ее исследования и контроля. Важнейшей проблемой, имеющей выраженную социально-экономическую направленность, является разработка методов комплексной экологической оценки природной среды с целью прогнозирования изменений ее состояний под антропогенным воздействием, и определение с эколого-экономических позиций безопасных уровней техногенных нагрузок. Провозглашаемая концепция устойчивого развития, подразумевающая более высокие стандарты жизни, отнюдь не призывает достигать их за счет необдуманного использования природных ресурсов, разрушения и ухудшения качественных характеристик природной среды, происходящих из-за ее переэксплуатации.
Проблема эколого-экономических компромиссов не нова, однако отнюдь не утратила своей актуальности. Наиболее реальным представляется комплексный подход к оценке природной среды как системы с конечным запасом энергии. Исследованиями в этой области занимались такие широко известные ученые, как В.В. Докучаев, В.И. Вернадский, Э. Зюсс, Э. Геккель, А.Е. Ферсман, А.Д. Арманд, Г.В. Войткевич, Ю.А. Израэль, Д.Х. Медоуз, Ю.Г. Пузаченко, О.Г. Сорохтин, П.М. Хренов и многие другие. В Постановлении коллегии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 02 апреля 2008 года указывается на необходимость разработки комплекса экологически обоснованных норм воздействия хозяйственной деятельности человека на живую природу, не вызывающих качественных ее изменений.
Проблема перехода к экологически сбалансированной модели устойчивого развития требует неотложного решения с учетом комплекса факторов, а не только по каждому компоненту природной среды в отдельности. Называя биосферой «всю совокупность живых организмов на Земле и все объемное пространство, заселенное ими, находящееся под их воздействием и занятое продуктами их деятельности», В.И. Вернадский, помимо растений и животных, включал сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени, и воздействием, оказываемым на остальное живое вещество.
Происходящие повсеместно изменения природной среды должны оцениваться комплексно и с учетом распространения воздействия на периферию пространства, а не только в рамках какого-либо отдельного объекта. В то же время, допуская структурированность пространства, исследователи упускают из вида столь значимый фактор, как время. В частности, необходимо учитывать физические его свойства, такие как темп хода времени - скорость перехода причины в следствие, и плотность времени - степень организованности системы на каждом иерархическом уровне природной среды, которые практически не изучаются. Однако исследования
астрофизика Н.А. Козырева (1982, 1984, 1991) показали, что время существенно влияет на структуру вещества, его физические и химические свойства. На необходимость учета фактора времени указывают также исследования Д. Корчагина (2004) по разработке пространственных моделей расчетного мониторинга загрязнения атмосферы и Ф.Н. Рянского (2004) по теории пространственно-временных размерностей, позволяющей учитывать размер области поражения и предполагающей влияние воздействия на пространство, окружающее эту область. Однако конкретных предложений по учету фактора времени и распространения воздействия на окружающее пространство при оценке состояния природной среды на данный момент не отмечено.
Поэтому работа, направленная на теоретическое обобщение и решение крупной научно-технической проблемы, связанной с разработкой пространственно-временного метода и технологии комплексной экологической оценки природной среды регионов с применением фактора времени как универсального показателя дисконтирования затрат на ее восстановление, представляется крайне актуальной.
Цель диссертационной работы. Разработать пространственно-временной метод и технологию комплексной неразрушающеи экологической оценки природной среды регионов с применением фактора времени как универсального показателя дисконтирования затрат на ее восстановление.
Для достижения поставленной цели необходимы:
-
Анализ антропогенного влияния на почвенный покров, воздушную среду и водные ресурсы по комплексу токсикантов промышленного и бытового происхождения, и определение уровня существующей техногенной нагрузки на природную среду региона;
-
Системный анализ урбанизированных территорий как вида взаимодействия человеческих сообществ с абиотической средой обитания, с целью определения границ допустимого воздействия на природную среду;
-
Анализ антропогенного воздействия на природную среду регионов по комплексу ее компонентов (почвенный покров, атмосферный воздух, водные ресурсы) и по комплексу токсикантов промышленного и бытового происхождения;
-
Научное обоснование пространственно-временной модели оценки состояния природной среды, учитывающей ее количественные и качественные характеристики, и разработка на ее основе концепции комплексной экологической оценки природной среды регионов, включающей оценку основных компонентов природной среды (почвенный покров, атмосферный воздух, водные ресурсы) по комплексу токсикантов промышленного и бытового происхождения;
-
Определение экологически обоснованных норм антропогенного воздействия, способствующих повышению качества природной среды регионов, и разработка программного обеспечения для облегчения работы по расчету и визуальному представлению эколого-
экономического ущерба, наносимого природной среде антропогенным воздействием; 6. Разработка технологии комплексной оценки состояния природной среды, позволяющей установить границы антропогенного воздействия на природную среду с целью определения конкретных мер и масштабов восстановительных работ по предотвращению ее деградации с возможностью прогноза на перспективу и принятия превентивных мер, и апробация ее на примере Иркутской области. Методы исследования. В работе применены методы качественного и количественного анализа природных и антропогенно трансформированных систем; статистический анализ динамических рядов; структурно-иерархическое пространственно-временное моделирование оценки риска эколого-экономического ущерба от антропогенного воздействия на природную среду; пространственно-временное моделирование динамики загрязнения природной среды региона комплексом токсикантов промышленного и бытового происхождения; системный анализ динамики уровня загрязнений с применением формальных методов исследования; фрактальный анализ для определения степени устойчивости природной среды; регрессионный анализ; комплексный анализ влияния антропогенных факторов на природную среду региона.
Научная новизна. Научной новизной обладают следующие основные результаты:
>- Впервые на основе геохимических методов исследований произведена комплексная оценка влияния антропогенных факторов на природную среду;
При исследовании взаимодействия человека и биосферы впервые учитываются пространство, время и природная среда как единый комплекс;
Применен принципиально новый пространственно-временной метод оценки антропогенного воздействия на природную среду регионов, позволяющий количественно учитывать области риска в зависимости от структурной организации среды;
Выявлены кумулятивный и аддитивный эффекты от наложения областей воздействия различных промышленных объектов и населенных пунктов на основе регрессионной зависимости между качественными характеристиками природной среды и площадью санитарно-защитных зон;
>- Разработаны программные средства определения степени антропогенного воздействия на почвенный покров и водные ресурсы региона, позволяющие рассчитать и визуально представить риск эколого-экономического ущерба, наносимого природной среде антропогенным воздействием. Теоретическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в теоретическом обосновании и разработке пространственно-временного метода оценки антропогенного воздействия на природную среду
регионов в сочетании с технологическими схемами комплексной экологической оценки природной среды регионов, включая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом времени, необходимого для восстановления природной среды.
Практическая значимость и внедрение результатов работы. Практически значимыми являются:
>- Адаптированная методика комплексной экологической оценки состояния природной среды, основанная на использовании физических свойств времени; >- Апробация разработанной методики применительно к природно-климатическим условиям Иркутской области (Акт внедрения технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств от 25 сентября 2008 года, утвержден заместителем начальника ГУ МЧС России по Иркутской области, подполковником М.В. Бегуном);
Технология прогнозирования изменений почвенного покрова под антропогенным воздействием, апробированная и внедренная в Сибирской экологической компании «СИБЭКОМ» (Акт внедрения от 15 апреля 2010 года, утвержден президентом Сибирской экологической компании «СИБЭКОМ» Е.В. Хицкой);
Технологические схемы комплексной экологической оценки природной среды регионов;
>- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
«Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на
почвенный покров Иркутской области» № 2009616716; >- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ
«Расчет антропогенного воздействия на водные ресурсы по ртути и
хлору» №2010615261;
> Применение результатов научного исследования:
о в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (2009-2013)» «Разработка новых материалов на основе использования крупнотоннажных отходов». Государственный контракт № 02.740.11.8080.
о при выполнении проекта по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы 2009-2011», регистрационный номер 3.1.2/11868 «Совершенствование системы профессиональной подготовки кадров в области экологической безопасности»
о при работе над грантом «ТЕМПУС - ТАСИС» JEP271502006
«Разработка магистерского курса «Управление отходами
производства и потребления» в технических университетах
Байкальского региона».
Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Установленные на основе статистического анализа динамических рядов
необратимые изменения качественных характеристик природной среды
(почвенного покрова, атмосферного воздуха и воды) по их геохимическому составу.
-
Обоснованное применение фактора времени как универсального показателя дисконтирования затрат на восстановление природной среды для комплексной оценки экологических последствий антропогенного воздействия с учетом границ и интенсивности влияния промышленных объектов и населенных пунктов.
-
Разработанная технология комплексной экологической оценки природной среды регионов, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом времени, необходимого для восстановления природной среды.
-
Разработанные программные средства, позволяющие отображать результаты в применяемых системах контроля качества среды, определять и визуально представлять границы региональных кризисных зон по почвенному покрову и водным ресурсам и производить расчет площадей наложения от воздействия различных объектов.
-
Подтвержденная целесообразность создания поясов экологической безопасности (экологических поясов, буферных зон, санитарно-защитных зон и т.д.) с целью оптимизации взаимодействия природных и техногенных подсистем, в том числе улучшения медико-демографических показателей здоровья населения.
Публикации и апробация работы. Полученные новые научно-практические результаты изложены в 66 печатных работах, из них 19 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 8 - в международных, 4 монографии и 2 свидетельства Роспатента.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конгрессах, симпозиумах, конференциях и семинарах: Всероссийская научно-методическая конференция «Менеджмент российской системы образования» (Пенза, 2002); Международная научно-практическая конференция «Постиндустриальное развитие экономики России в XXI веке» (Иркутск, 2003); 45th Congress of the European Societies of Toxicology Eurotox2008 (Greece, Rhodes); Chaotic Modeling and Simulation International Conference Chaos 2008 (Greece, Chania); Всероссийская конференция «Проблемы земной цивилизации» (Иркутск, 2007); Региональная конференция «Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири» (Иркутск, 2005); Всероссийская научно-техническая конференция «Геонауки» (Иркутск, 2005, 2006, 2008); Круглый стол РАЕ «Вода живая и непостижимая» (Иркутск, 2008); Электронная конференция «Экология и современное образование» (Москва, 2008); Международный экологический форум «Экология большого города» (Санкт-Петербург, 2009); Международные конференции: «Мониторинг окружающей среды» (Италия, 2008), «Наука, технологии, инновации» (Испания, 2008), «Экология промышленных регионов России» и «Глобальные проблемы современной цивилизации» (ОАЭ, 2008), «Приоритетные направления развития науки,
техники и технологии» (Египет, 2008), «Природопользование и охрана окружающей среды» (Пекин, 2008), «The global problem of modern human ecology» (Лондон, 2008), «Фундаментальные и прикладные исследования» (Бразилия, 2009), «Computer Simulation in Science and Technology» (UAE, Dubai, 2009), «Basic and Applied Research» (Brazil, 2009), Компьютерное моделирование в науке и технике (Андорра, 2011), «Проблемы экологического мониторинга» (Италия, 2012), «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Италия, 2012), «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники» (Египет, 2012); международная научно-практическая конференция «Восточное общество: проблемы модернизации» (Бурятия, 2012); 3-я и 4-я межрегиональные научно-практические конференции «Вопросы экологической безопасности и охраны окружающей среды» (Иркутск, 2010, 2011гг).
Личный вклад автора диссертации заключался в отборе, анализе и обобщении литературных и документальных источников по оценке антропогенного воздействия на природную среду, прогнозированию изменений ее состояния; в изучении качественных характеристик природной среды, особенно под влиянием антропогенной нагрузки; в разработке метода комплексной оценки антропогенного влияния на природную среду, учитывающей его распространение от локального объекта на периферию окружающего пространства и время, необходимое для естественного восстановления природной системы; в разработке и создании программных средств, позволяющих визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и водные ресурсы, и производящих расчет площадей наложения от различных объектов, с целью прогнозирования изменений состояния природной среды, в разработке технологии комплексной оценки урбанизированных и вновь осваиваемых территорий.
Структура и объем диссертации
Похожие диссертации на Пространственно-временной метод и технология комплексной экологической оценки природной среды регионов (на примере Иркутской области)
