k481

41

СОСТОЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

Минеральные и энергетические ресурсы являются главным источником материального производства общества. В настоящее время богатства, которые природа накапливала на протяжении миллионов лет, используются нерационально, что приводит к их быстрому исчерпанию.

В 20 в. использование всех полезных ископаемых многократно возросло : по некоторым видам материалов - в 1000 раз. Ежегодно из недр планеты извлекается почти 100 млрд. т руды, горючих ископаемых и строительных материалов. Из них в конечный продукт переходит лишь 2 %, а остальные 98 % вещества идут в отвалы, отбросы и стоки, что свидетельствует о неэффективности современных технологий.

Сколько времени человечество сможет продолжить свою традиционную практику утилизации невозобновляемых ресурсов, на сколько лет ему хватит важнейших материалов ? Оценки здесь весьма условны, нередко противоречивы. Основываясь на учете доступных для разработки ресурсов, ученые определяют следующие сроки обеспеченности человечества металлами : алюминия, железа, титана, многих цветных металлов хватит на 70 лет, а некоторых металлов (цинка, меди, свинца, олова, висмута, серебра, золота) - на 20-30 лет.

Уже в настоящее время горнодобывающая промышленность вынуждена переходить к эксплуатации более бедных содержанием полезных ресурсов руд, расположенных все глубже и значительно удаленных от промышленно развитых областей, что приводит к снижению рентабельности добычи. Так, например, с 1960 по 1980 годы рентабельность добычи нефти сократилась в 2,5, а газа - в 3,5 раза. В первой половине 20 в. для получения 1 т медного концентрата требовалось переработать 40 т рудной массы, в наше время для этого требуется уже 130-150 т.

Особое внимание привлекает состояние энергетических ресурсов. 70% мировой энергии в настоящее время производится за счет сжигания органического топлива (угля, нефти, газа, торфа, древесины). Доля гидроэнергетики в общем производстве энергии составляет 20%. В масштабах планеты объем энергии, используемой на нужды общества, увеличивается в два раза быстрее, чем население. По уровню потребления 2000 г. человечеству должно хватить угля, нефти, газа примерно на 130 лет.

Топливно-энергетический баланс в последние десятилетия определяется преимущественным потреблением нефти и газа. При сохранении такого баланса к 2035 г. 90 % известных мировых запасов нефти и газа полностью истощатся. Поэтому уже в настоящее время возникла переориентация мирового топливно-энергетического баланса: в 21 в. добыча нефти и газа для энергопроизводства должна сократиться и их доля в мировом балансе снизится к 2020 г. до 20 %, доля угля останется на уровне 30 % (по оценкам комиссии Мировой энергетической конференции МИРЭК-Х).

Существует только один способ преодоления энергетического кризиса – переход к масштабному использованию возобновляемых источников энергии, которые являются экологически чистыми, и из которых наиболее мощным является солнечное излучение.

Большим и пока почти неиспользуемым резервом минеральных ресурсов является Мировой океан.

42

Лекции 8-9. Тема № 8.

МАТЕМАТИКО-КАРТОГРАФИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЦИОЭКОСИСТЕМ

Наиболее эффективным способом изучения сложных систем является их моделирование , которое представляет собой такой опосредованный метод познания, при котором непосредственно изучается не сам познаваемый объект, а некоторое промежуточное, упрощенное аппроксимированное образованиеего модель.

Системное моделирование заключается в представлении объектов различной природы в виде систем, состоящих из взаимодействующих элементов; в выборе математической структуры, отражающей это взаимодействие; в исследовании таких моделей с помощью ЭВМ.

Имитационное моделирование (по определению Р.Шеннона) есть процесс конструирования модели реальной системы и постановки на ней экспериментов с целью понять поведение системы или оценить (в рамках ограничений, накладываемых некоторыми критериями) различные стратегии, обеспечивающие функционирование данной системы.

Имитационное моделирование социоэкологических процессов и систем, выступающее под названием социоэкологического моделирования , является разновидностью системного моделирования. При этом модели экологических и экономических систем включаются в виде блоков в модели систем более высокого уровня - социоэкологических.

Социоэкологическое моделирование должно решать следующие задачи :

выявлять структуру социоэкосистем и закономерности их функционирования , взаимодействия составляющих их природных и социально-экономических компонентов;

определять основные параметры динамического равновесия (гомеостазиса) и оптимального состояния каждой конкретной социоэкосистемы;

устанавливать степень приближения социоэкосистем к критическому состоянию;

прогнозировать развитие социоэкосистем при разлличных стратегиях антропогенного воздействия;

определять оптимальную функциональную структуру, обеспечивающую оптимальный режим природопользования каждой конкретной социоэкосистемы;

выбирать оптимальную стратегию социально-экономического развития социоэкосистем, обеспечивающую сохранение их динамического равновесия и получение максимального экономического эффекта;

управлять развитием социоэкосистем.

Пионерами моделирования глобальной социоэкосистемы были американские ученые - представители Римского клуба - в начале 70-х годов. Они создали, например, модели World-2, World-3 и др.

У нас в стране методические принципы социоэкологического моделирования разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом системных исследований. В Вычислительном центре АН СССР за 10 лет ( с середины 70-х годов) создана первая версия глобальной модели биосферы - система «Гея».

Несмотря на многолетние усилия ученых, полноценной уравновешенной модели (системы моделей) глобальной социоэкосистемы до сих пор не удалось создать. Существующие модели отличаются определенной односторонностью. Так, модели Римского клуба имитируют главным образом функционирование социально-экономической подсистемы глобальной социоэкосистемы, учитывая при этом только отдельные природные ограничения. Система моделей «Гея» является неполным вариантом модели биосферы как природной подсистемы глобальной социоэкосистемы, по отношению к которой человеческая деятельность рассматривается как экзогенный фактор.

По-видимому, создание пригодной для эффективного экспериментирования модели, которая в глобальном масштабе отражала бы взаимодействие основных природных и социально-экономических компонентов и учитывала бы иерархическую многоуровневую структуру планетарной земной социоэкосистемы, настолько сложная задача, что ее реализация отодвигается в неопределенное будущее.

43

Реальный путь к этому лежит, по-видимому, через моделирование локальных и региональных социоэкосистем. Социоэкологическое моделирование регионального уровня должно сыграть решающую роль в деле гармонизации взаимоотношений между обществом и природой. Если удастся восстановить динамическое равновесие локальных и региональных социоэкосистем, это будет способствовать восстановлению нормального круговорота веществ и потоков энергии во всей биосфере.

В70-х годах на географическом факультете МГУ на стыку двух универсальных методов исследования - математического и картографического - сформировалось новое направление - математико-картографическое моделирование.

Под математико-картографическим моделированием (МКМ) следует понимать системное сочетание математических и картографических моделей для создания новых карт и расширения области их применения в исследовательских целях.

Основной функцией математических моделей в МКМ является целенаправленная переработка исходных данных. Картографические модели обладают такими ценными свойствами, как геометрическое подобие, географическое соответствие, масштабность, метричность, наглядность, логичность.

ВМКМ карты служат основными источниками исходной информации, а также отображают промежуточные и конечные результаты математического моделирования. МКМ позволяет создавать не только традиционные, но и принципиально новые, более сложные и абстрактные карты. Картографическая визуализация результатов моделирования делает их более доступными для потребителей, которые, как правило, не обладают специальными знаниями в области математики и кибернетики.

Неоценимую помощь в изучении пространственно-временной изменчивости окружающей среды и создании картографических моделей природно-хозяйственных систем в последние десятилетия начало оказывать дистанционное зондирование поверхности Земли аэрокосмическими аппаратами. Различные природные объекты в зависимости от своего состояния отражают, поглощают и генерируют электромагнитные излучения определенного спектрального состава и интенсивности. Эта закономерность положена в основу аэрофотосъемок, которые уже многие годы используются при поиске полезных ископаемых, тематическом картографировании, комплексной инвентаризации природных ресурсов. С начала космической эры для этих целей используют космофотосъемки с пилотируемых космических кораблей и спутников типа «Космос», а затем и непрерывная телеметрическая связь с автоматическими спутниками типа «Метеор». Эти материалы позволяют оперативно изучать и картографировать значительные по площади территории, создавать серии сопряженных карт для целей природопользования.

Таким образом, к началу 80-х годов сложились предпосылки для создания ведущего метода прикладной социоэкологии - МКМ социоэкосистем с использованием наземной и аэрокосмической информации, нацеленного на оптимизацию региональных и локальных социоэкосистем и управление их гармоническим развитием. Сформировавшись на стыке социоэкологического моделирования, МКМ и дистанционного зондирования, этот метод явился логическим итогом развития кибернетики, системологии, информатики, космонавтики, географии.

Для каждой локальной или региональной социоэкосистемы теоретически можно создать множество математико-картографических моделей различной сложности (приближения к реальной системе) и направленности (отображения определенных свойств системы). Целесообразность разработки каждой конкретной модели определяется социальным заказом - необходимостью первоочередного решения на территории данной социоэкосистемы той или иной задачи оптимизации природопользования. Поэтому прикладные социоэкологические исследования целесообразно начинать с постановки более простых математикокартографических моделей с тем, чтобы в процессе изучения совершенствовать их, преобразовывать, постепенно приближаясь к конечной цели - разработке универсальной

44

модели оптимальной функциональной структуризации (ОФС) социоэкосистемы, позволяющей оптимизировать социоэкосистемы и управлять их гармоническим развитием.

Одной из наиболее актуальных задач природопользования для большинства региональных и локальных социоэкосистем является задача оптимального функционального зонирования (ОФЗ) наиболее рационального распределения территориальных ресурсов социоэкосистемы между различными видами хозяйственного использования территории (ВХИТ) - полеводством, луговодством, селитьбой, промышленностью, рекреацией, заповедыванием и др.

Каждый элементарный участок територии социоэкосистемы отличается определенным сочетанием 1) природных условий (геологическое строение, рельеф земной поверхности, почвенный и растительный покров, животный мир, глубина залегания и химический состав грунтовых вод, наличие и качество поверхностных водоемов и водотоков, микроклимат и др.) и 2) социально-экономических особенностей (вид существующего хозяйственного использования, продуктивность, характер и степень антропогенного давления, потенциал демографической нагрузки, транспортная обеспеченность и др.). Сочетание природных условий и социально-экономических особенностей и определяет максимальную пригодность каждого элементарного участка территории социоэкосистемы для того или иного ВХИТ.

Конечно, в хозяйственно освоенных регионах территориальные ресурсы давно уже функционально закреплены, однако это закрепление далеко не всегда оптимально с социоэкологической точки зрения, одновременно учитывающей социальные, экономические и экологические требования. Часто наиболее природоразрушающие хозяйственные или селитебные объекты располагаются на наиболее уязвимых геосистемах; ценные в научном, экологическом или рекреационном отношении территории используются для иных целей; участки, требующие безотлагательного залесения, распахиваются и т.д. Поэтому лишь одно более рациональное функциональное перераспределение наличных в социоэкосистеме территориальных ресурсов, даже без проведения каких-либо дополнительных природоохранных мероприятий, может дать ощутимый природооптимизирующий эффект. Кроме того, до сих пор из сельскохозяйственного оборота ежегодно продолжают изыматься под промышленное и гражданское строительство значительные площади. Пока этот процесс не будет окончательно стабилизирован, оптимальное функциональное зонирование дает возможность компромиссно решать данную проблему по принципу «наименьшего зла», предоставляя альтернативные варианты отчуждения площадей для осуществления строительных работ с наименьшим вредом для окружающей природной среды.

Таким образом, ОФЗ играет в оптимизации природопользования значительную роль. Особенно оно важно для оптимизации городских и областных социоэкосистем, так как является научной базой для составления проектов районных планировок, на основании которых разрабатываются генеральные планы строительства и реконструкции городов, а также перспективные планы социально-экономического развития областей.

Основные принципы построения математикокартографической модели оптимального функционального зонирования территории региональной или локальной социоэкосистемы

Согласно данной методике , первоначально создается концептуальная модель исследуемой социоэкосистемы, в соответствии с поставленной задачей производится селекция и выбор природных и социально-экономических факторов, играющих существенную роль при оценке пригодности каждого элементарного участка территории социоэкосистемы для различных ВХИТ. Выбранные факторы, в свою очередь, определяют тематический состав и информационную нагрузку картографических моделей, отображающих состояние природных компонентов социоэкосистемы и степень их преобразования под воздействием хозяйственной деятельности и отличающихся от традиционных общенаучных карт прикладной направленностью на решение определенной социоэкологической задачи. Тем не менее каждая

45

из этих карт может иметь также существенное отраслевое значение. Таким образом, для введения в базу данных модели социоэкосистемы ( на машинных носителях ) необходимой информации о состоянии и пространственной изменчивости свойств ее природных и социально-экономических компонентов, ее необходимо предварительно систематизировать, обобщить и территориально привязать, что лучше всего достигается с помощью покомпонентных картографических моделей (тематических карт). Состав и информационная нагрузка этих карт непосредственно зависят от конечной цели моделирования, отраженной в составе входных переменных.

Тематические карты составляют на основе анализа и обобщения ретроспективной информации, материалов дистанционного зондирования поверхности Земли аэрокосмическими аппаратами и результатов полевых натурных наблюдений (экспедиционных исследований).

Масштабы картографических моделей определяются рангом исследуемых социоэкосистем. Как показывает опыт прикладных социоэкологических исследований, при МКМ государственных социоэкосистем наиболее удобными можно считать масштабы карт

1:1 000 000-1:500 000, областных - 1:200 000-1:100 000, районных - 1:50 000 - 1:25 000, сельскохозяйственных и городских - 1:10 000-1:2 000.

Могут быть использованы следующие виды карт.

Карта четвертичных отложений отображает покровные подстилающие почвенный слой горные породы, с которыми более всего связана инженерно-хозяйственная деятельность человека. Четвертичные отложения являются источниками многих полезных ископаемых, особенно стройматериалов. Они служат основаниями зданий и сооружений. От них в значительной степени зависят особенности почвенного и растительного покрова. Они во многом обусловливают характер развития рельефа земной поверхности и опасных экзогеодинамических процессов.

Геолого-литологическая карта на глубину хозяйственного воздействия отражает литологический состав, тектоническое строение и геологический возраст коренных горных пород.

Геоморфологическая карта отражает морфологию и морфометрию рельефа земной поверхности, проявления естественных и техногенных морфодинамических процессов и геоморфологическое районирование территории, основанное на морфогенетическом принципе.

Инженерно-геологическая карта отображает районирование территории по комплексу инженерно-геологических условий для хозяйственной деятельности (в частности, строительства), который включает инженерно-геологическое строение грунтов, проявление природных и техногенных экзогеодинамических процессов и гидрогеологическую ситуацию. Инженерно-геологические области выделены на ней по геоморфологическим признакам первого порядка и формационному принципу; подобласти - по геоморфологическим признакам второго порядка и общности истории геологического развития территории; районы - по инженерно-геологическому строению (последовательности залегания на глубину хозяйственной деятельности различных инженерно-геологических комплексов грунтов); подрайоны - по характеру развития опасных экзогеодинамических процессов и глубине залегания грунтовых вод.

При составлении инженерно-геологической карты могут быть выявлены, охарактеризованы и пространственно привязаны конфликтные ситуации, возникшие в результате превышения антропогенной деятельностью ПДН на различные компоненты геологической среды.

Почвенная карта показывает распространение различных генетических разностей почв,

растительностью. Природные кормовые угодья подразделены на классы, подклассы, типы и растительные разности в соответствии с номенклатурой, разработанной лабораторией луговодства института «Укрземпроект».

Карта лесов отображает распространение лесной растительности, охарактеризованной по преобладающим породам, возрастные группы древостоя; на карте показаны лесорастительные

46

районы, зеленые зоны, водоохранные, особозащитные и курортные леса, реликтовые, семенные, эталонные насаждения.

Зоогеографическая карта отражает современное состояние преимущественно тех компонентов животного мира, которые наиболее важны для решения задач оптимизации природопользования, а именно - и охотничье-промысловых, редких охраняемых и наносящих вред народному хозяйству видов животных. На ней представлено зоогеографическое районирование области; показаны типы охотничьих угодий, территории охотничьих и рыболовных хозяйств с указанием мест разрешенного любительского лова рыбы; а также зоны вокруг городов, запрещенные для охоты. Показаны места обитания редких видов животных, занесенных в Красную книгу; основные пути сезонных миграций птиц, места воздействия различных антропогенных факторов (ненормированная охота, нерациональные методы земледелия, чрезмерная рекреационная нагрузка, загрязнение природной среды и др.), вызывающих резкое снижение численности животных.

Гидрологическая карта отображает обеспеченность области поверхностными водами. Показаны модули санитарного расхода воды (минимального расхода 95%-ной обеспеченности). Основные водотоки области охарактеризованы по среднему расходу воды и объему возможного единовременного водоотбора, а также пригодность водотоков для водоснабжения. На карте показаны зоны затопления катастрофическими паводками 1%-й обеспеченности, водозаборы поверхностных вод и санитарные зоны вокруг них, бассейны крупных рек и их притоки; максимальные расходы воды весеннего половодья и дождевых паводков, минимальные расходы 95%-й обеспеченности, а также максимальный уровень наибольшего дождевого паводка.

Составляются карты загрязнения окружающей среды 3-х типов.

На картах 1-го типа отображены и охарактеризованы источники загрязнения природной среды : вид источника загрязнения (промышленное или сельскохозяйственное предприятие определенной специализации, террикон, карьер, свалка бытовых или промышленных отходов, склад хранения пестицидов или минеральных удобрений, хозяйственно-бытовое загрязнение и т. п.); групповые источники загрязнения, каковыми являются некоторые населенные пункты.

Максимальное расстояние от источников загрязнения, на которое может распространяться загрязнение атмосферного воздуха в размерах, превышающих ПДК, показывают на карте концентрическими кругами соответствующего радиуса. С указанием порядкового номера загрязняющего ингредиента согласно прилагаемой к карте легенде.

На карте также изображены железные и автомобильные дороги с указанием интенсивности движения транспорта (например, разноцветными полосками вдоль дорог), а следовательно, различной степени загрязнения выхлопными газами воздушного бассейна над прилегающими к трассам территориями.

Карта 2-го типа отображает степень отрицательного воздействия вредных выбросов в атмосферу на окружающую среду.

На основании расчетов на карте с учетом объемов выбросов, состава и токсичности ингредиентов и повторяемости ветров вокруг крупных источников загрязнения показаны ареалы с различной степенью загрязнения воздушного бассейна над ними (различной величиной показателя Q : очень слабой 0.05 0.20, слабой 0.20 0.50, умеренной 0.50 1.00, сильной 1.00 2.50, очень сильной 2.50 5.00, чрезвычайно сильной 5.00).

Карта 3-го типа представляет информацию об объемах и местах сброса сточных вод и степени их очистки, а также степени загрязнения воды на разных участках водотоков. Объемы стоков от одиночных или групповых источников загрязнения показывают на карте размерами специальных прямоугольных знаков; места сброса сточных вод - стрелками; степень очистки (нормативно чистые, недостаточно очищенные, неочищенные) показана различными цветами. Внемасштабными знаками изображены поля фильтрации сточных вод, гидроотвалы и гидроотстойники, места отбора проб воды (гидрохимические створы) и гидрологические посты.

Карта заповедного дела и рекреации показывает пригодность элементарных участков территории для рекреации и ценность их для заповедывания. На ней представлено

47

районирование территории по степени живописности и уникальности геоэкосистем. Этот показатель определяется по комплексу качественных и количественных характеристик, отражающих степень хозяйственного преобразования геоэкосистем, ее научную ценность, пейзажное разнообразие. В соответствии с этим все геоэкосистемы подразделяются на 6 типов : уникальные, очень живописные, живописные, мало живописные, однообразные, девастированные.

На карте показаны места, благоприятные для отдыха, лечения и туризма, памятники истории и культуры, народные промыслы, музеи, места, связанные с деятельностью выдающихся людей (представляющие интерес для туристов и экскурсантов), туристические маршруты, пути сообщения и объекты, обеспечивающие обслуживание рекреантов.

На карте показаны существующие объекты государственного природно-заповедного фонда; ландшафтные, ботанические, зоологические, гидрологические и комплексные памятники природы; парки-памятники садово-паркового искусства, ботанические сады, дендрологические парки; заповедные урочища.

Социально-экономические карты. На основной карте показано распределение территориальных ресурсов между разными землепользователями. Земли сельскохозяйственных предприятий охарактеризованы по продуктивности использования - производству (в гривнях на 100 га) валовой продукции растениеводства и животноводства.

Промышленные предприятия показаны в виде кружков, размер которых отражает величину предприятия по среднесписочной численности промышленно-производственного персонала; показаны также ведомственное подчинение, вид производственной деятельности. Населенные пункты и пути сообщения показаны традиционными для данного масштаба обозначениями.

Дополнительная картограмма выполняется на прозрачной, накладываемой на основную карту лавсановой основе, отображает антропогенную нагрузку и транспортную обеспеченность территории. Потенциал демографической нагрузки на каждый координатный элемент (КЭ)

показана также густота транспортной сети, приведенная к условному эквиваленту железной дороги.

Отобранная и генерализованная при картографировании информация при помощи наложения на тематические карты (карты факторов) условной координатной сетки (1 см 1 см) усредняется и кодируется для каждого координатного элемента (КЭ) и вводится в базу данных на машинных носителях.

Из большого количества закартографированных показателей, отражающих состояние и пространственную изменчивость природных и социально-экономических компонентов изучаемой социоэкосистемы, отбирают наиболее существенные (например 25) для оценки пригодности КЭ территории по отношению к разным ВХИТ.

Для того, чтобы внести информацию в БД (базу данных), ее необходимо предварительно снять с карт и закодировать. С этой целью для каждого показателя на прозрачной, накладываемой на планшеты карты, лавсановой основе вычерчивается условная координатная сетка с приблизительными размерами ячеек (координатных элементов ) 1см*1см.

По КЭ (элементарным ячейкам территории) тематическая информация усредняется, снимается с карт, кодируется и вводится в БД модели социоэкосистемы. По ним же выдаются результаты моделирования, которые на заключительном этапе исследований трансформируются в итоговые организационно-хозяйственные карты, содержащие конкретные пространственно привязанные рекомендации по оптимизации исследуемой социоэкосистемы.

48

При наличии соответствующего технического и программного обеспечения ЭВМ возможен контурный ввод и вывод информации. В этом случае размеры КЭ определяют точность контуров.

Таким образом, после деления на ячейки (КЭ) каждый планшет представляет собой матрицу ( например, размерами 37х36). Матрицы накладываются на соответствующие карты и в каждую ячейку вписывается цифровой код усредненной для данного КЭ количественной или качественной характеристики снимаемого показателя. (Так, территория Львовской области в масштабе 1:100 000 покрывается 27 полными и неполными планшетами с общим количеством КЭ равным 22221, то по всем показателям требуется закодировать и ввести в БД 22221х25=555525 чисел тематической информации.) Информация заносится с дисплеев ЭВМ.

Компоненты БД реализуются в виде четырех файлов: справочника факторов F01, справочника балльных шкал F04 , справочника нормированных балльных оценок F02 и справочника векторных оценок F03 .

Справочник факторов F01 состоит из каталога и набора информационных блоков. Каждый блок содержит усредненные значения одного фактора по всем КЭ.

Справочник балльных шкал F04 состоит из каталога и набора балльных шкал.

противоположной.)

Каждое значение из справочника факторов оценивается по всем балльным шкалам согласно каталогу балльных шкал, в результате чего формируется справочник нормированных балльных оценок F02.

Нормированные балльные оценки Fikj (i - ВХИТ, j - КЭ, k - фактор) группируются таким образом, чтобы каждому КЭ отвечала матрица II FikjII. В результате формируется справочник матричных (векторных) оценок F03, который непосредственно используется в математических моделях.

Этот справочник позволяет сразу по всем факторам оценивать пригодность любого j -го КЭ для каждого i -го ВХИТ. Функция , с помощью которой осуществляется эта оценка, именуется функцией полезности (Uij , 0 Uij 1). Она представляет собой средневзвешенное значение суммы нормированных балльных оценок Fjik ( Fjik - нормированная балльная оценка j-го КЭ i-го ВХИТ по к-му фактору, k = 1, f0 ; i=1, m0 ; j=1,n, где n - число КЭ) для данного вида

хозяйственного использования территории с учетом их весовых коэффициентов Wik :

Wi1Fji1 + Wi2Fji2 +...+ Wif0

Uij = ---------------------------------- . Wi1 + Wi2 +...+ Wif0

Wik - веса факторов, определяемые одним из методов экспертных оценок, 0.

( Функции полезности КЭ для каждого ВХИТ сравнивают между собой и каждый КЭ закрепляется за тем видом, в котором функция его полезности максимальна. В результате получается картограмма с распределением всех КЭ территории области между функциональными зонами.)

Найдя оценки для всех КЭ j , получают матрицу полезности

49

||Uij|| ( i=1, m0 ; j=1,n, где n - число КЭ). Матрица является простейшей моделью, которая позволяет провести сравнительную оценку степени пригодности всех КЭ социоэкосистемы для каждого ВХИТ в частности.

Матрица полезности || Uij || позволяет перейти к решению итоговой части поставленной задачи - оптимальному функциональному зонированию (ОФЗ) территории социоэкосистемы. Задача решается математически.

Таким образом, в БД кроме снятой с карт тематической информации вводят также : каталог показателей и ВХИТ, справочник балльных шкал и их шкалы, условные номера планшетов карт, каталог административных районов области, весовые коэффициенты показателей по всем ВХИТ, коэффициенты весомости ВХИТ, матрица, ранжирующая значения функций полезности (для возможного вывода картограммы зонирования в рангах).

Дальнейшая обработка информации осуществлялась на ЭВМ-ЕС-1060 с помощью пакета прикладных программ «TERRA», включающего в БД и алгоритмы зонирования. Пакет состоит из 33 модулей, реализованных на алгоритмическом языке ФОРТРАН, общим объемом порядка 3 000 операторов. Конечный результат работы пакета «TERRA» - машинная карта оптимального функционального зонирования территории (полученная в компактном виде : 1 символ на 1 КЭ - и в виде клеток : 4х5 символов для каждого КЭ).

Конечный вариант машинной выдачи оптимального функционального зонирования является основой для составления итоговой организационно-хозяйственной карты рационального использования территории исследуемой социоэкосистемы.

На основе машинной карты ОФЗ и анализа тематических карт на последнем этапе работы были составлены 2 взаимодополняющие организационнохозяйственные карты оптимизации окружающей среды. Первая отражает современное хозяйственное использование территории областной социоэкосистемы и выявленные конфликтные ситуации, возникшие в результате превышения ПДН на составляющие геоэкосистемы. На ней показано современное распределение территориальных ресурсов области между землепользователями и характер землепользования. Карта отображает 4 группы конфликтных ситуаций, возникших в результате : загрязнения окружающей среды ; техногенного нарушения приповерхностной части литосферы; антропогенной активизации опасных экзогеодинамических процессов; резкого уменьшения численности полезных видов животных вследствие нерациональной хозяйственной деятельности. На карте показаны : основные источники загрязнения окружающей среды и зоны с разной степенью загрязнения атмосферного воздуха и поверхностных водотоков; проявления опасных геоэкзодинамических процессов - карстовосуффозионных, эрозионных, гравитационных, просадочных и др.; антропогенные нарушения приповерхностных слоев горных пород, почвенного и растительного покровов, животного мира.

Вторая карта выполнена на прозрачной, накладываемой на первую карту, лавсановой основе, отображает рекомендации по устранению конфликтных ситуаций и оптимизации окружающей среды.

На ней показаны площади природных кормовых угодий, требующих отдыха и текущего ухода, поверхностного или коренного улучшения состояния. Показаны пункты и территории, на которых необходимо: осуществить противооползневые, противоэрозионные, противокарстовые, берегоукрепляющие и другие природооптимизирующие мероприятия; создать компенсирующие и средозащитные лесокустарниковые насаждения; прекратить техногенные воздействия на природную среду; усовершенствовать очистные сооружения и устройства, внедрить на предприятиях более прогрессивные технологии; организовать новые объекты природно-заповедного фонда.

Разработанные тематические карты совместно с машинной картой ОФЗ и двумя организационно-хозяйственными картами оптимизации окружающей среды составляют атлас природных условий, рационального природопользования и охраны природы . Карты атласа дополнены условными обозначениями, экспликациями и текстовыми пояснительными записками.

50

Эти материалы позволяют определить, а во многих случаях точно пространственно привязать природооптимизирующие мероприятия, необходимые для улучшения качества окружающей среды:

Оборудование промпредприятий, животноводческих комплексов и канализационных систем населенных пунктов высокоэффективными очистными сооружениями и устройствами.

Внедрение на производствах безотходных, малоотходных и ресорсосберегающих технологий, замкнутых циклов водопотребления; закрытие предприятий, продолжающих интенсивно загрязнять окружающую среду.

Совершенствование системы хранения и переработки хозяйственно-бытовых отходов.

Полное исключение из употребления в сельском и лесном хозяйстве препарата ДДТ и других особо токсичных ядохимикатов. Строжайший контроль за соблюдением норм хранения и использования пестицидов и минеральных удобрений. Постепенная замена в сельском и лесном хозяйстве химических методов борьбы с вредителями и повышения продуктивности лесо- и сельскохозяйственных культур биологическими методами.

Прекращение посевов сельскохозяйственных культур и выпаса скота вдоль автомобильных трасс и железных дорог с интенсивным движением. Посадка вдоль путей сообщения лесозащитных полос.

Прекращение практики спрямления малых рек, мелиоратвиного осушения и распашки пойм рек и водосборных площадей, окружающих их стоки. Проведение восстановительных работ, в том числе залужения и залесения указанных территорий.

Максимально полное комплексное использование добываемых полезных ископаемых. Прекращение добычи песка, гравия и гальки в руслах рек. Обязательная рекультивация нарушенных земель, занятых под отработанные карьеры, отвалы, терриконы и др.

Создание надежной системы охраны водоносных горизонтов от загрязнения и истощения в результате откачек, превышающих возможность их восстановления. Прекращение отбора воды из наземных водоемов и водотоков в объемах, превышающих величину санитарного расхода. Установление строго контроля за соблюдением охранного режима водозаборов и водозащитных зон, а также состояния водоводов и водопроводной сети в населенных пунктах.

Приостановление развития и сведения к минимуму опасных экзогеодинамических процессов - водной и ветровой эрозии, осадок и заболочивания подработанных территорий, карстовых провалов, оползней, обвалов, лавин, катастрофических паводков и др. Восстановление плотин на горных реках.

Улучшение состояния природных кормовых угодий. Восстановление в горных районах коренной древесной растительности. Создание единой сети соединяющихся между собой компенсирующих и средозащитных лесокустарниковых насаждений. Восстановление видового разнообразия и оптимальной численности видов животных, важных для сохранения экологического равновесия.

Создание оптимальной сети объектов государственного природно-заповедного фонда, обеспечивающей сохранность уникальных и эталонных ландшафтов, редких и исчезающих видов животных и растений, геологических , гидрологических, палеонтологических и археологических памятников.

Создание оптимальной сети рекреационных объектов и территорий, удовлетворяющей потребности населения в отдыхе и лечении и способствующей сохранению природной среды.

Материалы, полученные в результате МКМ локальных и региональных социоэкосистем позволяют также произвести перераспределение территориальных ресурсов области между различными ВХИТ в соответствии с полученной в процессе МКМ картой ОФЗ областной экосистемы.

В настоящее время разработаны методические принципы построения математикокартографической модели оптимального функционального зонирования социоэкосистемы, однако эта модель еще не решает всех задач оптимизации природопользования. Даже при