Картографирование в экологии

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Нижнетагильская государственная социально-педагогическая академия»

Институт естествознания, математики и информатики

Кафедра естественных наук

Картографирование в экологии

Исполнитель: Шибаев Виталий Юрьевич

студент 3 курса, 31 группы

Нижний Тагил

2013

Картография  — наука об исследовании, моделировании и отображении пространственного расположения, сочетания и взаимосвязи объектов и явлений природы и общества (географической оболочки Земли). В более широкой трактовке картография включает технологию и производственную деятельность.

Экологическое картографирование — сравнительно молодая учебная и научная дисциплина. Ее история насчитывает лишь не­многим более двух десятилетий, однако она уже прочно вошла в учебные планы подготовки картографов и экологов, а по числу научно-теоретических публи­каций и реально созданных карт не уступает многим давно сло­жившимся подразделениям в тематической картографии. Подобно другим областям тематической картографии, экологическое кар­тографирование представляет собой «стыковую» дисциплину и об­разует сложное единство специфических, в данном случае экологи­ческих (геоэкологических), методов получения и территориальной интерпретации данных о состоянии окружающей среды, и общекар­тографических приемов географически корректного отображения ин­формации. Основное отличие экологического картографирования со­стоит в том, что его развитие не ограничивается собственными от­раслевыми рамками, а проявляется в экологизации содержания карт едва ли не всех других тематических областей.

Подавляющее большинство экологических карт в той или иной степени могут быть использованы для решения конкретных практических задач. В то же время выделяется группа специализированных карт, имеющих выраженный прикладной характер. Для прикладных карт характерно сочетание высокого научного уровня с наглядностью изображения и доступностью содержания. Практическое использование геоэкологических карт началось почти одновременно с процессом становления и развития экологического картографирования. В настоящее время экологические карты наиболее активно используются при экологическом обосновании инвестиций, в градостроительном проектировании и кадастровой оценке городских территорий. В меньшей степени экологические карты задействованы, например, в решении актуальных проблем сельского хозяйства, хотя здесь основные направления их использования просматриваются довольно четко. Так, очевидна необходимость применения карт экологических проблем и ситуаций при выборе территорий для выращивания экологически чистой продукции. Не менее важным представляется привлечение экологических карт для решения практических задач землепользования и агрохимии. Правовое регулирование землепользования, внедрение прогрессивных сельскохозяйственных технологий, проведение агрохимических мероприятий и мелиорации должно осуществляться с учетом ситуаций, зафиксированных на экологических картах разной тематики, пространственного охвата и уровня обобщения [17]. Экологические карты, прежде всего, комплексные, могут использоваться в качестве информационного обеспечения рационального размещения сельскохозяйственных угодий, выбора севооборотов, разработки систем удобрения и т.д. Картографические материалы при оценке экологического состояния территории. Экологическая карта – один из наиболее наглядных результатов оценки экологической ситуации на исследуемой территории. Важность использования экологических карт при оценке экологического состояния территории с целью выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия подчеркнута в соответствующих документах [18]. Материалы, подготовленные для Государственной экологической экспертизы, обязательно содержат картографическое приложение. Хотя среди карт, входящих в его состав, ни одна не носит название «экологическая», многие из них содержат информацию об экологическом состоянии территории. В перечень картографических материалов, представляемых на экспертизу, входят: 1. Ландшафтная карта; 2. Ландшафтно-геохимическая карта; 3. Карта использования земель; 4. Карта антропогенных и техногенных источников воздействия; 5. Почвенная карта и карта деградации и истощения почв; 6. Карта современного состояния растительного покрова; 7. Гидрогеологическая карта и карты изменения состояния подземных вод; 8. Гидрологическая карта и карты изменения гидрологического режима водных объектов; 9. Геоморфологическая карта и карта оценки опасности современных геоморфологических процессов; 10. Медико-демографические карты. Экологические карты должны сопровождаться развернутыми легендами, необходимыми разрезами и другими дополнениями. Допускается составление единой карты (инженерно-экологической) современного экологического состояния территории с элементами прогноза, а также вынос информации на вспомогательные карты (схемы). Приведенный документ содержит лишь перечень карт и картографируемых явлений и процессов без каких-либо рекомендаций по их составлению. В связи с этим очевидна необходимость разработки нормативно-методических материалов, обеспечивающих инженерно-экологические изыскания. Экологические карты как инструмент градостроительного проектирования. Рост городов и формирование агломераций делают чрезвычайно актуальной проблему экологического обоснования направления развития городских территорий. Существующие нормативно-методические и инструктивные материалы по подготовке градостроительных проектов содержат перечень графических материалов, необходимых для разработки на различных стадиях градостроительного проектирования. Но в этом перечне не рассматриваются принципы создания экологических карт и состав картографируемых явлений. Это приводит к тому, что экологическая информация практически не интегрирована в процесс принятия градостроительных решений, так как нет методики ее картографического представления. Вместе с тем, уже существуют примеры разработки теоретических и методических основ экологического картографирования в градостроительном проектировании [20]. Масштаб создаваемых геоэкологических карт определяется стадией градостроительного проектирования. Так, для Московского мегаполиса можно выделить следующие уровни картографирования: 1) Макроуровень – город в целом. Оценка перспективного состояния компонентов городской среды и условий проживания населения при разработке генерального плана города, стратегии и концепции развития, градостроительного прогноза. Масштаб карт 1:10 000 – 1:25 000. 2) Мезоуровень – районы города. Оценка перспективного состояния компонентов городской среды и условий проживания населения при застройке территорий кварталов и промышленных зон, строительстве микрорайонов, жилых комплексов. Масштаб карт 1:2 000 – 1:5 000. 3) Микроуровень – отдельные городские кварталы и объекты точечной застройки. Оценка перспективного состояния компонентов городской среды и условий проживания населения при строительстве, реконструкции, обновлении кварталов, улиц и площадей, отдельных зданий и сооружений. Масштаб карт 1:500 – 1:1 000. Геоэкологические карты городских территорий объединяются в два блока: инвентаризационные и интегральные. К первым относятся карты компонентов городской среды по параметрам, учитываемым в градостроительном проектировании. Карты предложено составлять для следующих компонентов: атмосферный воздух, акустический режим, почвенный и растительный покров, микроклимат городских территорий (инсоляционный и ветровой режимы), геолого-геоморфологические, гидрогеологические и гидрологические условия. Данные карты характеризуются четкой привязкой отображаемых явлений к градостроительным вопросам, для ответа на которые надо использовать экологическую информацию. Интегральные карты должны содержать конструктивные рекомендации по решению экологических проблем городских территорий и отражать суть эколого-градостроительного проектирования. Они составляются, как правило, при разработке генерального плана, стратегии и концепции развития, градостроительного прогноза для крупных городских районов или города в целом. По сравнению с инвентаризационными интегральные карты составляются в более мелком масштабе и отражают многообразие городской застройки в сочетании территорий различного функционального назначения. Карта типов урбоэкосистем содержит информацию о наличии природных ресурсов, о степени устойчивости к техногенным нагрузкам и о характере изменений урбоэкосистем. Для получения информации о возможности размещения проектируемого объекта на городской территории используется карта эколого-градостроительных и планировочных ограничений. В целях проведения комплексной оценки экологического состояния на рассматриваемой территории необходимо привлекать карту комфортности проживания. Эти и другие карты являются инструментом для принятия экологически обоснованных градостроительных решений. Использование геоэкологических карт при кадастровой оценке урбанизированных территорий. Экологическое состояние территории – один из важных факторов, влияющих на стоимость отдельных участков городских земель. Необходимость учета экологической обстановки при кадастровой оценке урбанизированных территорий продекларирована, но до сих пор единой методики определения значимости экологических факторов не существует. В то же время, на региональном уровне выполнен ряд разработок, содержание которых заключается в проведении оценки и картографирования городской территории по степени остроты экологической ситуации [21, 22]. На первом этапе подобных исследований ставится задача отбора комплекса факторов, формирующих экологическую ситуацию (экологических проблем). Как правило, наиболее значимыми считаются химическое загрязнение (атмосферного воздуха, почвы, питьевой воды, поверхностных вод), а также физическое (чаще всего рассматривается шумовое и радиационное загрязнение). Список факторов, в основном, единый для всех крупных городов, может быть расширен с учетом специфики конкретной городской территории. Так, для г. Ростова-на-Дону серьезной экологической проблемой является подъем уровня грунтовых вод, поэтому данный фактор отражен в системе критериев экологической оценки. Угроза загрязнения территории г. Владимира бытовым мусором ввиду существования более чем 150 несанкционированных свалок обусловила необходимость учета степени опасности загрязнения бытовыми отходами. Оценка степени остроты экологических проблем проводится на основе утвержденных нормативов и методик. Например, уровень загрязнения атмосферного воздуха может определяться путем расчета ИЗА или на основе фактических данных – интенсивности пылевой нагрузки и величины суммарного показателя загрязнения пылевых выпадений. Далее выполняется балльная оценка каждого фактора и суммирование частных оценок для получения интегрального показателя экологической напряженности. На его основе строятся карты районирования городской территории по степени остроты экологической ситуации, комфортности проживания, ценности земельных участков и др.

 Методы экологического картографирования

Целью экологического картографирования является анализ экологической обстановки и ее динамики, т.е. выявление пространственной и временной изменчивости факторов природной среды, воздействующих и состояние экосистемы. Для достижения этой цели требуется выполнить сбор, анализ, оценку, интеграцию, территориальную интерпретацию и создать географически корректное картографическое представление экологической информации.

Экологическое картографирование традиционно в наибольшей степени ориентировано на обеспечение государственных, региональных и местных программ и проектов природоохранной направленности. Между тем любая природоохранная деятельность осуществляется в рамках конкретных территорий, и потому не возможна без использования картографической формы представления информации.

Экологическая информация крайне многообразна как по происхождению, так и по содержанию. Она поступает из официальных и неофициальных источников, добывается в результате исследований с использованием различных методов. К ней относятся материалы дистанционного зондирования, качественные и количественные характеристики загрязняющих веществ и статистические данные об объемах и условиях их поступления в окружающую среду, пространственная и временная динамика фактически измеренных уровней и состава загрязнений, данные о состоянии здоровья населения, растительном покрове, животном мире и многое другое. Часто единственным, что объединяет столь разнородные сведения, остается их принадлежность к определенной территории. В рамках природоохранной деятельности выделяют следующие основные составные части, требующие картографического обеспечения:

· Научно-исследовательская работа (с подразделением по компонентам природной среды, методам исследования, территориальным единицам различного иерархического уровня или в глобальном масштабе);

· Практическая деятельность по охране атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв и недр, растительности и животного мира, ландшафтов (экосистем) в целом (включая юридические, экономические, технологические, гигиенические аспекты; в локальном, региональном, национальном и международном масштабах);

Картографирование экологических ситуаций - процесс сложный, особенно при выявлении острых экологических ситуаций, требующий прежде всего обобщения большого количества картографических материалов.

В целом последовательность этапов разработки карт экологических ситуаций включает 5 этапов:

1. определение субъекта оценки и картографирование, масштаб исследования;

2. формулировка цели (постановка задачи, выбор критериев оценки)

3. Определение территориального каркаса, территориальных единиц (индивидуальное районирование - проблемные ареалы), «жесткий» территориальный каркас (ландшафтные выделы, контуры использования земель и т.д.)

4. Оценка (оценивание выявленных территориальных единиц по благоприятности их свойств для данного субъекта), разработка оценочных шкал, проведение оценивания

5. Разработка картографической модели, знаковых систем, проектирование легенды, пояснительных текстов и т.п.

С учетом наличия исходной информации, разработаны два алгоритма составления карт экологических ситуаций: при отсутствии необходимых количественных данных и при достаточном информационном обеспечении. Оба варианта предполагают представление исходной информации в картографической форме в виде одномасштабных карт. В первом случае используются аналитические (географические) экспертные оценки, во втором - метод формализованных оценок.

Метод географических экспертных оценок. Данный метод позволяет решать две задачи: выявление экологических проблем и их пространственную локализацию. Он имеет свои особенности: анализ должны проводить эксперт-географ или группа экспертов, хорошо знающих территорию и владеющих навыком обобщения информации в соответствии с выбранным масштабом, а при выборе хорошие результаты исследования дают карты обзорных и средних масштабов с привлечением количественных данных.

Выявление проблем происходит при сопоставлении уровней антропогенной нагрузки на данную территорию и потенциала устойчивости самой территории. Как правило, используются известные (уже выявленные) экологические проблемы на исходных картах, но не имеющие всегда точного пространственного адреса. Пространственная локализация экологических проблем проводится экспертом-географом с помощью экспертных оценок с весьма ограниченным числом количественных данных.

Метод формализованных оценок. Для составления карт по второму варианту привлекаются показатели, имеющие количественное выражение, и ставится задача исключения экспертных оценок уже на начальном этапе выявления экологических проблем. И только на последнем этапе - определение остроты экологических ситуаций - в целом вводится географические экспертные оценки. Для создания карт таким методом используются значения показателей, при которых возникает экологическая проблема, например эрозия оценивается по выносу вещества, загрязнение среды по содержанию химических веществ, превышающих ПДК.

Таким образом, картографирование экологических ситуаций предусматривает ряд строго последовательных действий и создание многолистной системы карт, обеспечивающих целенаправленную характеристику состояния природы, хозяйства и населения территории. Сложность и многоаспектность экологических проблем и ситуаций не дают возможности показать их на одной комплексной карте. Предлагаемая система карт состоит из трех крупных разделов: I - экологически значимые природные свойства природно-ландшафтная дифференциация территории; II - использование территории (земель), антропогенные нагрузки и плотность населения; III - оценка экологической ситуации. Разработка системы карт должна быть подчинена одной идее, заложенной в завершающей (комплексной и синтетической) экологической карте.