Ведение. Основные понятия
Любое техническое сооружение, находящееся на конкретной территории, взаимодействует с природой настолько тесно, что для изучения этого взаимодействия комплекс природной среды и ее техническое насыщение необходимо рассматривать совместно, как единую систему. Эту систему определяют как природно-техническую геосистему (ПТГ) или природно-промышленную систему (ППС), иногда применяют термин геотехническая система (ГТС), а также термин техногенная система (ТС).
Каждая природно-техническая геосистема создается человеком для удовлетворения определенных потребностей современного общества: место проживания людей, переработка сырья, производство промышленной или продовольственной продукции и т.д.
Таким образом, природно-техническая геосистема – это совокупность природных и искусственных объектов, формирующаяся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений, комплексов и технических средств, взаимодействующих с природными объектами (геологические тела, почва, растительный покров, рельеф, водные источники и атмосфера, фауна и социумы). Эти системы являются открытыми, имеют иерархическую структуру и развиваются во времени и пространстве (рис. 1.1.).
Основой динамического равновесия ПТГ является оптимальное взаимодействие как элементов внутри системы, так и системы в целом с внешней окружающей средой. Изучение закономерностей формирования и эволюции ПТГ позволяет выявить сложный механизм внутренних связей между техногенными нагрузками, изменением геохимического фона и экологическими последствиями, проявляющимися в природе.
Обеспечение рационального природопользования требует рассмотрения ПТГ с измененными (или изменяющимися) естественными связями и техногенными геохимическими аномалиями как результат адаптации техногенного центра ПТГ к адаптируемой окружающей среде.
Полная природоемкость техногенного центра (ядра ПТГ) складывается из потребления природных ресурсов на технологические нужды. Например, земля – для размещения инженерных сооружений, воздух – на обеспечение технологических процессов и вентиляцию помещений, вода – на основные и вспомогательные нужды, сырьевые ресурсы, а также для рассеивания, разбавления и перемешивание органических и неорганических газопылевых, жидких и твердых отходов производства и потребления в объектах окружающей среды (в атмосфере, воде и почве).
Полная техноемкость природной среды в ПТГ определяется тем предельным количеством техногенного вещества и энергии, которое не приводит к нарушению динамического равновесия природных компонентов в ПТГ, нарушению и деградации биоты.
Полная природоемкость техногенного ядра должна быть всегда меньше техноемкости природной среды на некоторый коэффициент запаса (коэффициент экологической устойчивости).
Рис. 1.1. Принципиальная схема ПТГ.
ПТГ – это может быть отдельно стоящий промышленный объект (котельная, промышленное или транспортное предприятие) или целый город, промышленный узел. В нем, наряду с промышленными технологиями реализуются и технологии других видов: быта, транспорта, связи, сервиса, рекреации и другие.
ПТГ – это образование, которое непременно возникает в любом регионе в связи с происходящей в нем хозяйственной деятельностью и приходит на смену природным геосистемам, существовавшим там до внедрения людей и техники в природную среду.
Учитывая сложившуюся специфику анализа качества природной среды на основе нормативов ПДК для атмосферы, воды, почвы, можно из первоначальной схемы исключит блок «БИОТА». В этом случае анализ и оптимизация ПТГ могут быть выполнены инженерными расчетными методами.
1.Экологическое равновесие в птг
Каждый из блоков-элементов природной среды в ПТГ обладает некоторым внутренним равновесием, то есть каждый из них находится в квазистационарном состоянии. На границе гомогенности сред наблюдаются взаимные потоки массопередачи, которые могут быть активированы за счет ингредиентов отходов производства и потребления, техногенных энергетических полей.
Общие границы ПТГ достаточно условны, размыты и определяются уровнем естественного или измененного геохимического фона характерных химических веществ.
Потоки массопередачи, связывающие блоки компонентов, представлены на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Схема взаимодействия промышленного предприятия с элементами природной среды в ПТГ.
Связующие блоки компонентов на схеме обозначены двумя буквами: первая – начальная буква названия блока-источника, а вторая – приемника потока (А – атмосфера, Л - литосфера, П – поверхностные воды, Г – грунтовые воды). Потоки, связанные с блоком «Производство», обозначены цифровыми индексами по тому же принципу. Каждому из блоков схемы присваиваются следующие обозначения: производство – 1, атмосфера – 2, литосфера – 3, поверхностные воды – 4, грунтовые воды – 5.
Для оценки влияния промышленного техногенеза на экологическое равновесие можно использовать следующие интегральные характеристики:
- абсолютные потери окружающей среды, выражаемые в конкретных единицах измерения состояния данных биогеоценозов флоры и фауны;
- компенсационную возможность экосистемы, характеризующую ее восстанавливаемость в естественном и принудительном режимах;
- опасность нарушения природного баланса, определяющую величину вероятности возникновения необратимых потерь и локальных экологических сдвигов;
- уровень концентрации экологических потерь, характеризующий масштабы воздействия промышленного техногенеза на окружающую среду.
Особенность перечисленных характеристик – их функциональная изменчивость во времени. Поэтому целесообразно их рассматривать в трехмерных координатах.
Взаимодействие процессов техногенного воздействия и реактивной самокомпенсации (обратной реакции) биогеоценозов определяет меру равновесия экосистемы как объективную характеристику ее устойчивости. Комплексная характеристика восстанавливаемости ПТГ, используемая для оценки ее устойчивости, включает показатели: естественное восстановление; искусственное восстановление.
Многообразие форм техногенеза и широкий диапазон качественных и количественных переходов ПТГ определяет градацию их равновесных состояний по видам устойчивости, а также установление границ устойчивости (рис. 1.3.).
Рис.1.3. Границы и виды устойчивости ПТГ.
Возможные распределения ПТГ по градациям устойчивости позволяют классифицировать их по критериям предпочтительности (табл.1.1.), которые измеряются от нуля до единицы. Они характеризуют вероятность пребывания ПТГ в устойчивом состоянии в пределах заданного времени ее развития.
Таблица 1.1.
Критерии предпочтительности ПТГ по градациям устойчивости
|
Класс промышленной экосистемы (ПТГ) |
Градации видов устойчивости | ||
|
Устойчива в большом |
Устойчива в малом |
Неустойчива в целом | |
|
Управляемый замкнутый |
0,9 |
1,0 |
- |
|
Неуправляемый замкнутый |
0,6 |
0,8 |
0,1 |
|
Управляемый открытый |
0,4 |
0,5 |
- |
|
Неуправляемый открытый |
- |
0,2 |
0 |