1. Основные понятия и принципы инженерной экологии
1.1. Классификационные структуры основополагающих понятий инженерной экологии
Понятийный аппарат инженерной экологии формируется на стыке многих областей знаний. Далее рассматриваются только основополагающие понятия инженерной экологии, имеющие принципиальное значение для формирования прикладной теории экологического обеспечения промышленного производства.
Центральным является понятие «экологическая система», которое относится к классу сложных систем. Наделенная известными признаками сложности (невозможность строгого математического описания, многозвенность структурного состава и многосвязность составляющих структурных единиц), экосистема имеет свои специфические особенности, отличающие ее от стереотипных технических систем:
неадекватность поведения естественных и искусственных объектов, составляющих экосистему;
многомерность протекающих в системе формирующих и деградационных процессов;
принципиальная неприменимость традиционных методов оптимизации по экономическим критериям и т. д.
Вторым по значимости понятием (после экосистемы) является «биогеоценоз» — совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы, т. е. животного и растительного мира), имеющая свою особую специфику взаимодействия и внутреннего диалектического единства, а также подчиняющаяся определенным закономерностям своего развития.
В понятийном отношении часто отождествляют инженерную экологию (или даже общую экологию) с охраной окружающей среды, что является безусловной методологической ошибкой.
Охрана окружающей среды является практической реализацией тех целенаправленных действий, которые формируются (с научным обоснованием и опытно-экспериментальным подтверждением) в рамках самостоятельных научных дисциплин, к которым относится в первую очередь популяционная и инженерная экология.
Популяционная экология несет ответственность за обоснование норм жизнеобеспечения более чем 2 млн. видов растительного и животного мира. Инженерная экология, опираясь на эти нормы, выраженные на языке предельно допустимых концентраций (ПДК) и воздействий (ПДВ), определяет эффективные способы и средства охраны окружающей природной среды. Методологической основой научного поиска, обоснования и разработки таких способов и средств является система инженерно- экологического обеспечения производства.
Основным природоохранным объектом является природный ландшафт как производная экологического взаимодействия четырех геосфер (по В. И. Вернадскому): атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы.
Элементарный природный ландшафт — это абсолютный (в своем естественном виде) ландшафт, наделенный свойством полной центральной симметрии относительно распределения центров геосфер В. И. Вернадского. В этом случае смещение равновесия ландшафта совпадает с центром элементарного ландшафта.
Реальный ландшафт формируется в результате промышленного техногенеза, обусловленного изменением потенциального состава геосфер Вернадского. Поэтому так называемый антропогенный ландшафт обнаруживает ассиметрию, обеспечивающую смещение равновесия в природно-технической геосистеме.
В ряду основополагающих понятий инженерной экологии особое место занимает группа понятий надежности экосистемы, раскрывающейся в ряду таких свойств, как устойчивость, равновесие, живучесть, безопасностъ. Соответственно выделенным понятиям разрабатываются объективные количественные меры (системы показателей):
— по устойчивости,
— по равновесию,
— по живучести,
по безопасности.
Дадим общие определения вышеназванным понятиям.
Устойчивость — свойство, внутренне присущее экосистеме, характеризующее способность:
выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями (например, техногенные воздействия на природный ландшафт);
оказывать сопротивление внешним (техногенным) воздействиям;
обнаруживать способность к восстановлению или самовосстановлению экосистемы.
Равновесие — свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ при антропогенных изменениях природного ландшафта.
Живучесть — свойство, характеризующее действительные показатели экологической защиты экосистемы и проявляющееся в способности биогеоценозов ландшафта к самовосстановлению.
Безопасность — свойство, определяющее риск потерь устойчивости, равновесия и живучести экосистемы.
Уже из общих определений перечисленных понятий следует факт их структурной взаимосвязи, которая накладывает необходимость дополнительного условия для количественного выражения конкретных показателей, составляющих эти свойства.
Рис. Схема взаимосвязи надежности
экосистемы
Любое техническое сооружение, находящееся на конкретной территории, взаимодействует с природой настолько тесно, что для изучения этого взаимодействия совокупный комплекс природной среды и ее техническое насыщение необходимо рассматривать совместно, как единую систему, которую определяют как природно-техническую геосистему (ПТГ).
Каждая природно-техническая геосистема (или геотехническая система) создается человеком для удовлетворения определенных потребностей современного общества: место проживания людей, орошение полей, транспортировка топливно-энергетических ресурсов, 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).
Следовательно, природно-техническая геосистема — 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.
Современные тенденции развития ПТГ свидетельствуют об имеющейся диспропорции между инженерным расчетно-теоретическим и экспериментальным обоснованиями факторов техногенного воздействия на окружающую среду. Неадекватность расчетных моделей реальной экологической обстановке в зоне промышленного освоения территорий приводит к невосполнимым потерям биогеоценозов природного ландшафта.
К сожалению, в практике расчета и проектирования промышленных объектов, а также организации трудовых процессов все еще доминируют принципы одностороннего учета влияния внешних нагрузок со стороны окружающей среды на создаваемые объекты и конструкции. Под этим углом зрения проводится обоснование рабочих свойств искусственных объектов и режимов их функционирования. Однако такой путь бескомпромиссного технократического вмешательства в природу создает опасные предпосылки необратимого (деградационного) процесса (экологического ущерба) в создаваемой ПТГ.
Первоосновой выхода из сложившейся практики «инженерной предопределенности» неуправляемого техногенеза является необходимость четкой зональной классификации промышленно осваиваемых регионов по принципу техногенного воздействия на свойства природной среды.
Разработка такой классификации требует накопления и тщательного изучения информации по следующим направлениям.
1. Факторы техногенного воздействия на окружающую среду в зоне промышленного освоения территории. При этом устанавливаются:
номенклатурный состав техногенных факторов;
интенсивности их воздействий, оцениваемые коэффициентами экологической весомости
Уровень техногенного воздействия как характеристика промышленного объекта является показателем его потенциальной экологической опасности и может быть представлен в локальном (единичном) и общем (комплексном) виде. В частности, такая градация оправдана для отдельного вида воздействия объекта (механического, теплового, химического, биологического и т. д.) по единичному показателю уровня, а для общего воздействия объекта — по комплексному показателю.
2. Признаки и показатели антропогенного изменения природного ландшафта в регионе освоения.
3. Особенности природных ландшафтов, определяющие выбор экологической модели прогноза регионального уровня взаимодействия сооружаемого объекта с окружающей средой.
Существующие нормативно-технические требования не учитывают зонального принципа в нормировании требований к формированию объектов путем введения критериев техногенного воздействия на окружающую среду. Вместе с тем данный вопрос может быть решен при наличии количественно обусловленной классификации параметров техногенного воздействия для природных ландшафтов в зонах дислокации объектов, различающихся по степени технофильности:
а) ландшафты, обладающие высокими рекреационными показателями. Сохранность их должна обеспечиваться инженерным обустройством и биологической мелиорацией; постоянным восстановлением растительных сообществ; локализацией очагов повышенной нагрузки на почвенно-растительный покров, регулярным уходом за насаждениями;
б) ландшафты, содержащие в своих недрах месторождения полезных ископаемых, обеспечение их сохранности предъявляет повышенные требования к надежности сооружаемых объектов;
в) сельскохозяйственные и лесные ландшафты, которые используются для получения сельскохозяйственной продукции. Их охрана состоит в рациональном, технологически и экологически грамотном использовании;
г) ландшафты, которые малопригодны для сельского хозяйства или создания рекреационных зон, не содержат полезных ископаемых. Такие ландшафты предпочтительны для промышленного и гражданского строительства.
Определенные ограничения по условиям строительства накладывает и экологическая восприимчивость окружающей среды, отраженная в географическом районировании.