Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Геоэкологическая оценка состояния окружающей среды восточной части города Пекина с использованием метода классификации нечеткого множества

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка состояния окружающей среды восточной части города Пекина с использованием метода классификации нечеткого множества"

МНО "ФОРУМ"

АГЕНТСТВО БИОИНФОРМАТИКИ И ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

На правах рукописи

ч

ПЭН СЯОМИН ""

'ЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ГОРОДА ПЕКИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КЛАССИФИКАЦИИ НЕЧЕТКОГО МНОЖЕСТВА

03.00.16 - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

/

Москва - 1996

Работа выполнена в отделе физической географии и природопользования Института географии РАН.

Научные руководители - Светлосанов В.А.

Доктор физико-математических наук, Ведущий научный сотрудник. - Кочу ров Б. И. __ Доктор географических наук,

Веду ищи научный сотрудник. Официальные оппоненты - Бутусов О.Б.

Доктор физико-математических наук, Профессор. - Заслонко И. С.

Доктор физико-математических наук, Профессор.

Ведущая организация - Московский университет инженеров

землеустройства.

Защита диссертации состоится "28 " июня . 1996г. в (' О ' часов на заседании специализированного совета Д. 170.01.01 при Агентстве биоинформатики и экологии человека Международной неправительственной организации "ФОРУМ ученых и специалистов" по адресу: 117977, г.Москва, ул. Косыгина, д 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агентства по адресу: 117807, г.Москва, пр. 60-летия Октября, д 7/1. Автореферат разослан "

уЧ с^ ( 1996г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д. 170.01.01 кандидат физико-математических наук

Э.М.Шекшеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Пекин является не только столицей и круп-ниим городом Китайской Народной Республики, но и важнейшим умышленным центром. Ему, как и в целом всем большим городам, юущ определенный набор животрепещущих экологических проблем.

В настоящее время возникла насущная потребность выявления [более остро стоящих экологических задач, оценки степени их прояв-1ия, выяснения причин возникновения и возможного хода развития уации. Существует необходимость установления критериев, позво-эщих оценивать степень экологического неблагополучия. Требуется, возможности более полно, выявить причины и оценить качественное гояние природной среды. Разработать методику количественной нки. Ее возможно проводить на основе широкого привлечения прие-: и методов математического моделирования. Хотя математические оды не совершенны, узким местом при моделировании в настоящее мя является не математический аппарат, а отсутствие статистического ер нала, характеризующего с одинаковой степенью точности необхо-ые для модели компоненты. Совокупное же использование каченного и количественного подходов дает реальную возможность про-мтя как геоэкологического районирования, так и комплексной оцен-:остояния окружающей среды.

Цель работы. Основной целью работы является оценка сегодняш-) воздействия человека на будущее состояние окружающей среды Пе-а, анализ экологических, социальных и экономических проблем, ведение количественной, комплексной оценки состояния окружающей (ы восточной части города Пекина на основе метода нечеткого мно-гва совместно с экспертными оценками.

В соответствии с целью работы были поставлены и решены с. дующие задачи:

1. Дана комплексная физико-географическая и экологическая харак ристика Пекинского столичного округа и на этой основе разработа система показателей оценки качества окружающей среды для воете ной части города Пекина.

2. На основе обобщения оценки отечественного и зарубежного онъ; предложена методика проведения комплексной оценки состоян окружающей среды.

3. На основе метода нечеткого множества и экспертных оценок спещ листов была проведена оценка качества состояния окружающей сре; восточной части г.Пекина для отопительного и неотопительного се; нов.

4. Проведено районирование территории восточной части города Пек на, руководствуясь полученной оценкой качества окружающей сред!

Объектом исследования являются: на региональном уровне - Г кинский столичный округ и часть провинции Хэбэй; детальный анал экологических проблем проводился на локальном уровне в восточн части Пекина, в административном районе "Чао Ян".

Предмет защиты состоит п разработке комплексной геоэколог ческой оценки состояния окружающей среды в восточной части Пекш проведении анализа экологических проблем для Пекинского столично округа.

Научная новизна.:

• выявлены основные экологические проблемы (на примере восточн части г.Пекина);

• обоснованы природные и социально-экономические критерии и нон затели геоэкологической оценки состояния окружающей среды;

приведено геоэкологическое районирование восточной части Пекина; проведена экспертная оценка степени изменения природных и социально-экономических показателей по выделенным микрорайонам; осуществлена группировка микрорайонов по степени изменения природных и социально-экономических показателей на основании метода анализа классификаций нечеткого множества;

дана геоэкологическая оценка состояния окружающей Среды Пекина и выделенных микрорайонов г.Пекина.

Практическая ценность работы. Выполненная геоэкологическая ;нка состояния окружающей среды может быть использована на осно-предложенного метода классификаций нечеткого множества: при разработке» плана социально-экономического развития г.Пекина; при проведении отраслевых и комплексных природоохранных мероприятий;

при разработке и налаживании всестороннего комплексного геоэкологического мониторинга городской окружающей среды; |рп разработке и составлении программ экологического воспитания и >бразования.

Методика работы: В данной работе методические подходы строят-иа основе математического понятия "нечеткое множество" с использо-ием идей системного анализа.

При оценке окружающей среды исследуются явления и изучаются цессы с неопределенным свойством, особенно в условии недостатка резентативной информации. Говоря о проблемах, связанных со сте-мо неадекватности и неопределенности имеющейся исходной инфор-ип. вероятностной оценки перспектив принимаемых решений, следу-ггметит!), что системный анализ позволяет выявить степень неопреде-ности в измерении параметров степени и их влияние на конечный ре-

зульни, п lo время, когда 'i радицнонная математика не в состоял справиться с решением таких проблем. Л теория "нечеткое, множесп как рал направлена на решение проблем с неопределенностью. Неоп| деленность означает, что исследуемое явление может произойти с оп] деленной степенью вероятности. Граница изменения исследуемого объе та в процессе перехода из одного состояния в другое нечетка. Оче трудным представляется выяснение механизма взаимодействия меж компонентами окружающей среды в результате антропогенной акп ностн. Предлагаемая методика оценки окружающей среды поз поля решить такую задачу. Методика основывается на оценке событий, cj данной экспертами.

Структура и объем работы: Диссертация изложена на 160 стран цах машинописного текста, включает 49 таблиц, 4 карты, 29 рисунк< графиков. Она состоит из введения, 3 главы, заключения. Список лит ригуры включает в себя 171 наименований на русском, китайском, а глийском и немецком языках.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались п о суждапиеь на научных семинарах лаборатории проблем природопольз ваннн Института географии РАН (1994), заседаниях Комите "Общество и окружающая среда" МЦ РГО (1994), конференции Ме; дународного Географического Союза "Глобальные изменения климата география" (Москва, 1995 г.).

Работа выполнена в лаборатории проблем природоиользоваш Института географии РАН. Существенное влияние на постановку тем оказали работы и тесное сотрудничество с A.B. Лнпшовой, О.К). Кык вой, H.A. Жеребцовой. И.В. [(азаревскнм, Д.П. Сараиайской, Л.Л. Р зановым, которым автор высказывает особую благодарность.

Лвгор признателен зам. директора Института географии РАН .н. Н.Ф.Глазовскому за помощь, оказанную при постановке и разра-ке темы и подготовке диссертации.

Публикации но теме диссертации. По данной теме автором были 'бликованы 3 работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Краткая физико-географическая характеристика Пекина и его »естностей.

Климат муссонно-континентальный, отмечаются значительные го-ые амплитуды температур, во все времена года наблюдается темпера-ная инверсия. Распределение осадков носит ярко выраженный сезон-I характер, для территории характерна большая вариабельность цнегодовых величин выпадения осадков.

Существенной экологической проблемой является высокая запы-ность нижних слоев атмосферы, вызванная совокупностью природ: и антропогенных факторов. Частые летние туманы вкупе с автомо-ьными выхлопами и выбросами промышленных предприятий ведут к азованию смогов.

Рельеф. Исследуемый район расположен на севере обширной ак-улятивной Северо-Китайской (Великой Китайской) равнины, при-но в 160 км от залива Бохайвань. Территория имеет слабый уклон с !ро-запада на юго-восток, характеризуется плоским рельефом с абсо-ными отметками от 30 до 50 м. Северо-Китайская равнина представ-г собой аллювиальную предгорную низменность. Район Пекина - это ктгь интенсивных неотектонических опусканий с усиленным на-1ением континентальных отложений.

Водные ресурсы. Территория относится к области внешнего сто Максимальный сток приходится па влажный летний период, в сухие риоды величина стока незначительна. Протекающие реки имеют в цеу восточное направление, динамике поверхностных вод присущ отчетл] выраженный муссонный режим. Реки несут большое количество твер, го стока. Большинству рек присуще т.н. "блуждание русла".

В окрестностях Пекина расположена сеть искусственных гидрот нических сооружений - водохранилищ, оросительных каналов. Наибо. известным из них является Великий Китайский капал.

На экологическую ситуацию в районе оказывает влияние ряд ; тропогенных факторов, в том числе: понижение уровня и ухудшение ] чества грунтовых вод; ухудшение качества поверхностных вод в св> со сбросами промышленных и бытовых стоков.

Почвы. Район расположен в зоне бурых лесных почв (лесов и 1 гов умеренного пояса). На широте Пекина отмечается ксеротермическ сегмент, определяющий появление на данной территории коричнев! почв в качестве зонального типа. Интразональными являются миогоч1 ленные разности луговых, глеевых, засоленных ночв. В связи с тем, « земледельческое освоение региона имеет многовековую историю, иракт чески все почвы являются антропогенно-трансформированными. Ши[ кое распространение получили своеобразные почвы рисовых пол« имеющие специфическую морфологию.

Физико-географическое районирование и ландшафты.

Район Пекина попадает почти на стык трех крупных морфологи1 ских единиц: Северо-Китайская низменность, Нагорье Жэхэ (северн Пекина) и Шаиьсийские горы (западнее Пекина).

Согласно физико-географическому районированию. проведенному .Г. Исаченко и Л.Л. Шляпниковым (1989), наиболее раснространен->1ми типами ландшафтов в окрестностях Пекина являются суббореаль->1е восгочноазпатские ариднолесные низменных аллювиальных и озер-)-аллювиальных равнин.

Пекин. Пекинский столичный округ включает в себя 10 районов и уездов. Пекин занимает площадь, равную 16,8 тыс. км2. Население рода в 1984 году составило примерно 9,5 млн. чел. С 1 октября 1949 г. столица КНР. Существенную часть территории (23,7%) занимают пропиленные предприятия. Пекин - крупный межотраслевой центр. Соот-тственно, ему присущи и все проблемы, свойственные индустриаль-1м городам: загазованность, загрязненность воздуха и воды, повышен-1Й шумовой фон, дефицит воды и электроэнергии, транспортные проемы (Самбурова, Медведева, 1991).

Принципы геоэкологического районирования.

Исходной базой комплексной оценки состояния окружающей среды восточной части Пекина (район "Чао-Ян") с использованием метода четкого множества послужили детальные исследования экологических, цнальных и экономических проб.чем згой территории. На основе ана-за собственных полевых исследований, выполненных в 1990-1994 го-х, опубликованных источников и фондовых материалов было выпол-но районирование этой части Пекина с выделением геоэкологических [крорайонов.

При проведении районирования исследуемой территории использо-чнсь подходы, разработанные коллективом сотрудников географиче-1го факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством проф. С. Касимова (Экогеохимия городских ландшафтов, 1995).

Одним из главных критериев при выделении микрорайонов I служили функциональные различия между ними. Выделение жиль сельскохозяйственных, промышленных и Iрапепортного микрорайог имеет большое значение, так как к функциональным зонам приуроче техногенная миграция. С функциональными зонами связаны многие 1 личественные параметры техногенного загрязнения, а также характ трансформации и деградации биологического круговорота.

При выделении геоэкологических микрорайонов нами учитывало их экологическое состояние, характер и типы загрязнения, гииы и > рактер производства и положение связанных с ним источников загр* нения.

При оценке экологического состояния восточной части Пекина > опирались на следующие концепции экологического изучения городов:

1 - анализ воздушной среды п выбросов в атмосферу как главно фактора создания экологической ситуации в городе. Особое значен придавалось изучению состава атмосферных вы падений (аэрозоле жидких осадков, снега), статистическому моделированию возможш концентраций и полей загрязняющих веществ, их эмиссии в атмосфе] от техногенных источников, в том числе с использованием отчетное предприятий и др. Был составлен ряд картосхем на территорию "Ча Ян", показывающих загрязнение воздуха различными веществами.

2 - концепция водооборота города, как фактора его функционир вания и влиянии на окружающую среду с оценкой ресурсов и качест шпьевых и хозяйственных вод, а также полноты очистки и сброса сто пых вод. Большое место занимают токсикологические, санитарн гигиенические и гидрохимические исследования. В нашем случае :г имеет особое значение, гак как значительные площади занимают сел скохозяйствеиные угодья, орошаемые водой разной степени очиегк

ри характеристике выделенных микрорайонов в качестве примера приедем один из таких важных экологических показателей воды, как кон-:нтрация в ней кишечной палочки (Е.соН).

3 - эколого-геохимическая (экогеохимия городов) концепция, в нову которой положена теория геохимии окружающей среды, из-гающей миграцию и концентрацию химических элементов и их соеди-!ний в воздухе, воде, почве и почвообразуюгцих породах, биоте.

При проведении геоэкологического районирования учитывались обенности административного деления, во многом определяющего ^нкциональную целостность микрорайонов.

В восточной части Пекина было выделено девять геоэкологических пфорайонов. На основе выполняемых функций, экологического со-ояния они были сгруппированы следующим образом: Городские жилые микрорайоны со средними уровнями загрязнения окружающей среды и средними показателями заболеваемости и смертности в районе.

Промышленные микрорайоны - наихудшие показатели состояния окружающей среды и здоровья населения.

Сельскохозяйственный район, орошаемый сильно загрязняемыми водами - характеризуется очень плохими экологическими показателям. Сельскохозяйственные районы, орошаемые и загрязненными и чистыми водами - относительно неблагополучные в экологическом плане микрорайоны "Чао-Ян".

Сельскохозяйственный район, орошаемый чистой водой - наименее загрязненный район исследуемой территории.

Транспортный коридор-микрорайон, отличающийся плохими экологическими показателями.

Характеристика геоэкологических микрорайонов.

Административный район "Чао Ян" расположен в восточной час непосредственно за третьим кольцом города и имеет почти квадратна форму, протягиваясь с севера на юг и с запада на восток почти на 18 к

На исследуемой территории было выделено 9 микрорайонов: чет ре в северной части и четыре в южной, разделенных микрорайоно условно названным "коридором". Этот микрорайон (№5 на рис. сквозной полосой (коридором) шириной 1,5 - 2 км протягивается поч на 15 км по обоим берегам реки Тун-Хуэй. Через этот микрорайон пр ходят важнейшие транспортные магистрали (железные и шоссейные I роги), и здесь сосредоточен целый ряд транспортных "узлов", станций сортировочных пунктов со множеством складских помещений. Микр район транспортного коридора - район повышенной экологической оп; ности, один из основных источников загрязнения, включая шумовс природной среды всей восточной части г.Пекина. Во все сезоны эт микрорайон занимает лидирующее положение в восточной части Пеки по концентрации вредных веществ. Так, например, в отопительный с зон содержание сернистого газа (ЯОз) в воздухе достигает 1,20 мг/у что почти в 2,5 раза превышает ПДК по этому показателю, принятое Китае (табл.1).

Еще хуже положение с содержанием N0 и N02 в воздухе. П] принятых ПДК в 0,15 мг/м3 в отопительный сезон превышение соста ляет более чем 300% (0,50 мг/м3), а в неотопительный - почти 20С (0,29 мг/м3).

В то же время, площадь зеленых насаждений чрезвычайно мала всего 0,05 км2, что составляет 0,01% всей площади коридора.

Непосредственно к третьему кольцу города примыкают два жиль микрорайона, расположенных по обе стороны от транспортного корид

Таблица 1. Геоэкологические районы

Район Площадь Население Зеленые насаждения S, км2 Селитебные земли S, км2 Промышленные предприятия Вода S, км2 Пашня Дороги S, км2

S, км2 % № S, км2 орош. неорош.

I 7.6 3.30 38000 0.2 7 - 0 0.01 0 0 0.2

II 30.4 13.22 85120 0.90 18.65 1,2,7,8,9 12,14.18 22,23 9.12 0.03 0.2 0 0.76

III 47.12 20.49 70680 0.95 12.65 - 0 0.01 28.7 3.9 0.9

IV 9.12 3.97 12768 0.37 2.3 - 0 0.002 5.82 0.55 0.08

V 24.32 10.57 0 0.05 0 - 0 0.2 0 0 23.8

VI 6.08 2.64 27360 0.18 5.65 - 0 0.003 0 0 0.2

VII 33.44 14.54 93632 1.00 18.35 3,4,5,6,10 11,13,15 16,17,19 20,21 9.436 0.004 3 1 0.65

VIII 45.6 19.83 82080 1.37 17.65 - 0 0.02 23.69 1.96 0.91

IX 26.32 11.44 42117 0.53 9.13 - 0 0.01 15.22 0.88 0.55

Микрорайоны

I Жилой № 1 (северный) VI Жилой №2 (южный)

II Промышленный Ñ° 1 (северный) VII Промышленный Mi2 (южный)

III Сельскохозяйственный № 1 VIII Сельскохозяйственный N«3

IV Сельскохозяйственный №2 IX Сельскохозяйственный N°4

V Транспортный коридор

ра. Северный жилой район (№1 на рис.1) и Южный район (№6), н смотря на отсутствие промышленных предприятий, отличаются пов! шенной степенью загрязнения. Его источники - как природнг (особенности географического положения), так и антроиогенн производные (дороги, котельные, бытовые отходы). На востоке к эт< территории вплотную прилегают промышленные районы, являющие« факторами загрязнения летом, при восточном переносе загрязняют* веществ с летними муссонами. А зимой основной "загрязнитель" - са город, в этой части которого расположен целый ряд крупных предпри тий энергетики, химической и текстильной промышленности. К тому я их "рассекает" и постоянный источник "загрязнения" - транспортный к< ридор.

В неотонительный сезон и в Северном и в Южном жилых район? концентрация 5С>2 и N0 и N02 превышает норму на 35% и 50% соотве ственно. В отопительный сезон превышение уже достигает 50% по Я02 почти 100% по N0 и N03. Для жилых районов характерен средний (дл восточной части Пекина) уровень заболеваемости и смертности насела ния. Он составляет 55 чел. на (ООО жителей в год по смертности.

Наиболее "загрязненными" районами восточного Пекина я в ля юте промышленные районы: Северный (№2 на рис.1) и Южный (№7 г рис.1). В Северном промышленном районе площадью 30,4 км2 пр< живает свыше 85 ООО человек и расположено десять крупных предпри; тий энергетики, электротехнической и текстильной промышленности производство строительных материалов. Очень крупными источникам загрязнения природной среды являются городская ТЭЦ №1 и коксох* мический завод. Несмотря на то, что под зелеными насаждениями зан> то почти 1.0 км2, такого количества явно недостаточно для данного раг она. Этот район отличается высоким уровнем загрязнения окружающе

Рисунок 1.

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ПЕКИНА

в /Ни г*т Зкт 4кт

ЕГПги I 1впГТ"1у I IГУ I 1ма I-|у|

МИКРОРАЙОНЫ

Милой Ж/ - (северный)

Лромышленнгш УТ -(северный)

Сельскохозяйствемный,орешаемый чист ми и

загрязнёнными водами (лч)

Сельскохозяйственный, орошаемый чисть<ми

бедами

v Транспоргний„ коридор "

VI МЪлой ж/ - (южный)

VII Промышленный ^¿-(/олгный)

ТШ Сельскохозяйственный,орошаемый

9отряженными содами 1X Селбслохозяйственный, ероша ех ы й чистыми и загрязненными водами (г)

Составил Сяо Мин Пэн

среды. Концентрация рассматриваемых загрязняющих веществ в неот< пительный сезон составляет: но £02 - 0,78 мг/м3 (превышение ПДК г 56%), а по N0 и 1М02 - 0,28 мг/м3 (превышение ПДК на 50%). В отош тельный сезон содержание 502 резко возрастает до 1,10 мг/м3, а N0 Ж)2 - до 0,45 мг/м3, что превышает норму почти в 3 раза. Чрезвычайн велика концентрация кишечной палочки в воде - от 33000 шт./л в отс пительный сезон и 50000 шт./л в неотопительный. Такое положение загрязнением окружающей среды в районе привело к значительным пр< вышениям средних показателей как по заболеваемости, так и по смерт ности населения. Здесь отмечается очень высокий уровень заболеваемск ти (14 чел. на 1000 жителей) для восточной части Пекина и самый вы сокий уровень смертности - 11 чел. на 1000 жителей в год.

В Южном промышленном районе на площади, в равной 33,44 км проживает почти 94 000 человек. Это самый населенный район восточ ной пригородной части Пекина. В нем сосредоточено 13 крупных пред приятии химической промышленности, среди которых выделяются че тыре химических завода, заводы химволокна.

Южный промышленный район - самый населенный в восточно] части Пекина. Доля зеленых насаждений как в Северном, так и в Юж ном промышленном районах невелика и составляет около 1 км2. Кон центрация загрязняющих веществ превышает все допустимые нормы особенно в отопительный сезон. Поэтому не удивляют самые тяжельи показатели этого района как по смертности - 10 чел. на 1000 жителей ] год, так и по заболеваемости - 150 чел. на 1000 жителей в год.

В административном районе "Чао Ян" выделено четыре сельскохо зяйственных района. Крайнюю северо-восточную часть исследуемо! территории занимает сельскохозяйственный район (№4 на рис.1), гд( пахотные угодья орошаются чистой водой. Источником орошения слу

<ат подземные воды, так как протекающая здесь река Лян Мал значи-ельно загрязнена и непригодна для орошения. Это относительно не-ольшой (9,12 км2) и самый малочисленный (12,8 тыс. человек) район осточной части Пекина и самый благополучный в экологическом плане.

Южнее транспортного коридора расположен крупный (45,6 км2) ельскохозяйственный район с населением около 82 тыс. человек (№8 на ис.1). Отличительной особенностью его является то, что практически се пахотные земли орошаются очень сильно загрязненными водами ма-истрального канала, называемого каналом орошения Тун Хуэй и распа-ающегося, в свою очередь, на три канала: Бань Б и Дянь, Гуань Ин Тан Да Лю Шу Toy. Сильная степень загрязненности этих вод происходит з-за того, что сюда поступают слабо очищенные промышленные сточ-ые воды почти со всех промышленных территорий восточной части Пенна. Существующие водоочистные сооружения явно не справляются со :е возрастающими нагрузками.

Зимой этот показатель увеличивается до 50% и 85%, соответствен-о. Здесь так же, как и в промышленных районах, высокие показатели »болеваемости и смертности, 140 чел. на 1000 жителей и 9 чел. на 1000 ителей в год, соответственно.

В пригородной части Пекина выделены два сельскохозяйственных 1Йона, пахотные земли которых орошаются водами разной степени за->язнения и очистки, а также частично и чистыми подземными водами, евернее транспортного коридора расположен район №3, занимающий i и большую площадь на исследуемой территории. В нем проживает поч-i 71000 человек, а площадь зеленых насаждений составляет всего 1 л2-. Другой сельскохозяйственный район с аналогичным орошением парных земель занимает крайнюю южную часть административного рай-ia "Чао Ян" (№9 на рис.1) с площадью в 26,6 км2 и населением в 42,5

тыс. человек. На 15,22 км2 пахотных угодий приходится лишь 0,53 к; зеленых насаждений. Данные районы характеризуются средними IV восточной части Пекина показателями загрязнения окружающей сред! В теплый период концентрация Б02 составляет около 0,65 мг/м3 (1 32% выше нормы), а N0 и 1\Ю2 - 0,18 мг/м3, что лишь не намного пр вышает ПДК по этому показателю (0,15 мг/м3). В холодное время го; содержание этих веществ в воздухе, естественно, возрастает: 502 - 0,< мг/м3 (44% выше ПДК) и N0 и Ш2 - 0,22 мг/м3 (50% превышен! ПДК). В водах этого микрорайона отмечается также повышенное о держание кишечной палочки: от 18 ООО шт./л зимой до 30 ООО шт./ летом. Показатели заболеваемости и смертности населения нрактическ аналогичны показателям, характерным для жилых районов.

Система показателей оценки.

Определение системы показателей для оценки качества окружал щей среды является наиболее важным и ответственным этаном провод! мой работы. Естественно, основным принципом при выборе показателе я пляс гея наибольшее отражение свойств объекта.

Все используемые показатели могут быть разделены на дне гру| пы. В первую входят те показатели, которые характеризуют состоят окружающей природной среды. Вторая группа включает в себя социал! но-экономические показатели.

В качестве критериев окружающей среды принимаются следуй щие: состояние воздуха (химические и физические характеристики); в< ды (химические и биохимические параметр!)]); почвы (химические х; рактеристики); биоты (основные биологические факторы); социум; охраны окружающей среды и здоровья.

При формировании системы показателей, характеризующих со-тояние окружающей среды, нами широко использовалась т.н. балльная щенка.

Оценка качества окружающей среды в восточной части г. Пеки-[а при помощи методики анализа классификации нечеткого множества.

Существует очень много методик классификации состояния окружающей природной среды. В данной работе методические подходы стро-тся на оценке состояния окружающей среды с помощью понятия нечеткое множество"; оно основывается на изучении окружающей среды позиций системного подхода. Данная методика в последние годы притеняется при изучении современного состояния качества среды, воздей-твия на качество среды, а также при прогнозе и планировании окружающей среды.

При оценке окружающей среды исследуются и анализируются яв-ения с неопределенным свойством, особенно в условии недостатка ин-юрмации. В последние годы замечено, что процесс в окружающей нас риродной системе, могут быть определены лишь вероятностно. В из-чаемых системах возникает неопределенность, в частности, из-за недо-гагка репрезентативной информации. Традиционная математика зачатую не справляется с решением проблем, теория "нечеткое множество" ак раз имеет преимущества при решении проблем, связанных с неопре-еленностыо.

С появлением теории вероятности сфера применения математики в юграфии и экологии расширяется с области определенных явлений до 5ласти случайных явлений. Очень сложным представляется выяснение еханизма взаимодействия между компонентами окружающей среды в

результате антропогенной деятельности. По существу, имеет место сво; ство "неопределенной особенности". Предлагаемая методика оцет окружающей среды позволяет решить задачу, основываясь на поста ленной экспертной оценке.

Под экспертными баллами понимается следующее: Эксперты оценивают в баллах (по своему усмотрению и опыту и учения данного района) каждый природный компонент.

Эти баллы учитывают взаимодействия параметров показателей. Экспертные баллы были получены в результате переписки со сп< циалистами, которые хорошо знают состояние данного района.

Таблица 2. Значения параметров окружающей среды г.Пекина отопительный сезон.

атм-ра вода почва биота охрана социум здоровье сумма

XI 84 63 20 42 2 6 5 222

Х2 135 170 80 140 5 6 9 545

Хз 60 75 66 38 4 7 7 257

Х4 26 26 24 : 14 1 7 5 103

Х5 135 69 54 84 2 8 7 359

Хб 80 69 20 42 2 6 5 224

Х7 145 200 88 144 5 6 9 597

Х8 60 112 69 93 5 7 11 357

Х9 63 72 57 38 4 7 7 248

Процесс анализа классификации микрорайонов следующий:

Вводятся следующие обозначения:

X¡ (¡=1.....9), соответствующие микрорайоны;

Х^ 0=1,...,9; 3=1,...,7), характеристики состояния атмосферы, воды, почвы, биоты, охраны окружающей среды, социума и здоровья. Расчет Хц делается с учетом как конкретных значении каждого показа-геля рассматриваемого компонента и ПДК г.Пекина, так и экспертных Заллов. В результате анализа всех данных Ху (1 = 1,...,9; 3 = 1,...,7), сарактеризующих состоянии г.Пекина, получим таблицы 2 и 3.

Таблица 3. Значения параметров окружающей среды г.Пекина в геотопителышй сезон.

атм-ра вода почва биота охрана социум здоровье сумма

XI 64 48 16 46 2 6 •■ •■ 5;" ;■ 187

Х2 110 125 72 124 5 6 , ; 9 • 451

Хз 60 96 64 38 4 .. 7 . 7 . 296

Х4 16 33 36 14 1 : 7 5 • 112

Х5 125 66 57 81 2 г 8 7 246

Хб 60 48 15 38 ; 2 6 5 175

Х7 120 155 76 128 5 6 9 499

Х8 68 140 125 104 5 7 11 460

Х9 64 96 72 38 4 7 7 288

Отметим, что цифры в графе "сумма" отражают интегральные ха-актеристики каждого микрорайона, но не характеризуют внутреннюю труктуру этих микрорайонов. Например, микрорайон Х2 имеет в нео-опительный сезон общую сумму баллов, равную 451, а микрорайон Х§ меет общую сумму баллов 460. Цифры очень близки, однако расхожде-ия внутри системы (например, состояние атмосферы, и почвы) могут ыть весьма значительны.

Приведем примеры анализа классификации, базирующейся на тео-ии "нечеткое множество" на определенных этапах.

Первый этап: Определение всех объектов, по которым будет пр< водиться классификация X = { Х)( Х2, Хп}. Дается описание каждог объекта по определенным параметрам X] = { X;), Х;2, ... , Х;ш}, (1=1,..., п).

Второй этап: Построение подобной матрицы соотношений межд разными объектами. Например, измерение подобной степени неопред« ленности соотношения между любыми двумя объектами является оснс вой классификации. Способов определения подобной степени неопред( ленности соотношений (^)п»т (1 = 1, ..., п; ] = 1, ..., ш) очень много, данной работе принимается следующая формула: ш

к У = -х]к1-

к=1

С выбирается таким образом, чтобы Ыц изменялись в пределах [0,1 Итак, получена матрица:

^п Яп ••• К ^

11 1 12 " 1п

&21 &22 К-2п

^„1 &п2

Третий этап: Получение матрицы эквивалентных соотношений. Классификация объектов с неопределенностью основана на эквивг лентных соотношениях, которые должны отвечать трем следующи] условиям:

1. Автокорреляция (Диагональные элементы равны 1), то есть Иу = 1.

2. Симметричность (Я симметричная матрица), то есть ^ = .

п

3. Транзитивность, то есть ИоКсЯ, или V (Я)к А Ящ) < Ыу.

Подобная матрица не удовлетворяет третьему условию. В теори] нечеткого множества существует такая теорема, на которой с подобно]

матрицы получается эквивалентная матрица следующим способом: Умножением двух подобных матриц

Я = ЛоГ*, Я4 = К1 о Я , ..., И,

когда Я" = Я" , то Я" - эквивалентная матрица.

Четвертый этап: Классификация на разных уровнях, которые определяются параметром 5.

Предлагается, что в изменяется в пределах [0,1], комплексная по-цобная степень со всех сторон.

Выбирая И в соответствии с я, получаем Кя таким образом: Если И = (Ну'), то = (1^");

4 [0, Яу < 8.

Существуют две теоремы, помогающие при проведении классификации. Эти теоремы способствуют лучшему пониманию понятия 'нечеткое множество".

Теорема 1. Если И - нечеткая эквивалентная матрица, то для любого хе|(), 11, полученная матрица Г^. тоже эквивалентная.

Эго значит, выбор числа я однозначно дает соответствующую классификацию. Таким образом определяется сходство районов друг с другом.

Теорема 2. Пусть И - нечеткая эквивалентная матрица, а 0< 5(< ¡2<1, то соответствующая классификация входит в соответ-

ствующую классификацию Я .

Эго значит, что чем больше б, тем тоньше классификация По-угепенно увеличивая в, можно получить рисунок классификации в виде дерева.

Классификация микрорайонов г.Пекипа по состоянию жаинцей среды.

Все данные Х-^ (1 = 1.....9; ] = 1,...,7) состояния г.Пекипа,

занпые в таблицах 2 и 3, сводятся в формулу:

1 = У,

окр)

нокг

ки =

кг-1

и том числе для микрорайона 1:

Хл - параметры показателей состояния атмосферы, Х^ - параметры показателей состояния воды, Х|з - параметры показателей состояния почвы, Х|4 - параметры показателей состояния бноты, Х^ - параметры показателен состояния хозяйства, Х^ - параметры показателей состояния социума, Х,7 - параметры показателей состояния здоровья, Число С = 0.02 рассчитано экспериментальным путем. Получены следующие эквивалентные матрицы: В результате анализа табл.2:

X1 х. ' х;1 ' х, х5 х6 х7 Х8 х9

X, 1,000 0,620" 0,868 0.7-12 0,746 0,980 0,620 0,800 0,868

хГ 0,620 1,000 0,620 0,620 0 620 0,620 0,896 0,620 0,620

X/ 0,868" 0,620 1,000 -<7,742 0,746 0.868 0;62(Г 0,800 0,970

Х4 0,742 0,620 0,742 1,000 0,742 0,742 0,620 0,742 0,742

х.Г 0,746 0,620 ' 0,746 0,742 1,000 0,746 0,620 0,746 0,746

х« 0,980 0,620 0,868 0,742 0,746 1:000 0,620 0,800 0,868

х7 0,620 0,896 0,620 0,620 0,620 0:620 1,000 0,620 0,620

X« 0,800 0,620 0,800 0,742 0,746 0,800 0,620 1,000 0,800

Х9 0,868 0,620 0,970 0,742 0,746 0,868 0,620 0,800 1,000

В результате анализа табл.3:

X, х2 Х3 х4 х5 х6 Х7 х8 х9

X, 1.000 0,696 0,774 0,790 0,696 0,976 0,696 0,696 0,774

Х2 0,696 1,000 0,696 0,696 0,722 0,696 0,904 0,734 0,696

Хз 0,774 0,696 1,000 0,774 0,696 0,774 0,696 0,696 0,968

х4 0,790 0,696 0,774 1,000 0,696 0,790 0,696 0,696 0,774

Х5 0,696 0,722 0,696 0,696 1,000 0,696 0,722 0,722 0,696

Х6 0,976 0,696 0,774 0,790 0,696 1,000 0,696 0,696 0,774

х7 0,696 0,904 0,696 0,696 0,722 0,696 1,000 0,734 0,696

Х8 0,696 0,734 0,696 0,696 0,722 0,696 0,734 1,000 0,696

Х9 0,774 0,696 0,968 0,774 0,696 0,774 0,696 0,696 1,000

Анализ всех матриц позволил построить классификационное дере-ю, которое представлено на рис (2 и 3).

С учетом мнении экспертов, были получены следующие классификации:

Для отопительного сезона: Х2, Х7 объединены в первую группу, Х5 1ыделено во вторую группу, Х1( Х3, Хб, Х8, Хд составляют третью руину, а Х4 выделено отдельно.

Для неотоиительного сезона: Х2, Х7 объединены в первую группу, С], Х3, Х4, Хб, Хд - во вторую группу, а Х5 и Х§ выделены отдельно.

Выбирая максимальные суммы из каждой группировке, получим ледующне результаты классификации 9 микрорайонов:

Для отопительного сезона:

• Х2, Х7 - кризисная ситуация;

• Хг - критическая ситуация;

• Хь Хз, Хв, Х8, Х9 - напряженная ситуация;

• Х4 - удовлетворительная ситуация.

Для неотопительного сезона:

Рис.2 Схема: "Дерево" отопительного сезона

Х| Хр Xq Хл Х(> Хг Х7 Ха Xn S = 1

I I I I Г I I I I

I-)-)—г—)-)-'---1---1---1- - s = 0.980

I I I I I III

I )—)-)—I-)-)-- s = 0.970

I lili II 1—,-)—)-)_)-1---1-----s = 0.896

I I I I I I

I 1—)—1—)—1-------I-----s = 0.868

I I I I I

I I 1—)-1-1-----s = 0.800

I III

I 1 1-,-1----------s = о 746

I I I

I 1-,-1------------s = о 742

I I

1-,-1-------------- s = 0.620

I

I s = 0

Рис.3 Схема: "Дерево" неотопительного сезона

X, X? Xq Хл Xt; Xfi X7 Xq Xq s = 1 Г |2 |3 |4 |5 |6 |7 J |9

I-)-)—r—)-)-1---1---1---1- - S = 0.976

I I I I I III

I 1—)—)-)—1-)-)-- s = 0.968

I lili II

1-)—)—1—)—)-1---1-----s = 0.904

I I I I I I

4_J_ I- I-------I-----s = 0.790

lili I

1—i—) —>—1-------I-----s = 0.774

III I

I i_)-,-1-----s = 0.734

I I I

I 1-,-1----------s = 0.722

I I

1-,-1------------s = 0.696

I

I s = 0

• Х2, Х7 - кризисная ситуация;

• Хй - критическая ситуация;

• Х5 - напряженная ситуация;

• X), Хз, Х4, Х,5, Хд - удовлетворительная ситуация.

Основные предложения по улучшению экологической ситуации посточной части Пекина.

Выход из создавшегося положения видится, прежде всего, в том, обы усилить охрану ландшафта, выделить средства на его восстано-сние и контролировать степень антропогенных нагрузок. Это достига-ся путем сбалансированности хозяйственной деятельности с природно-сурсным потенциалом территории.

Охрана ландшафта предполагает соблюдение следующих принци-

в:

Если микрорайоны относятся одной группе, для всех этих микрорайонов должны выполняться одинаковые природоохранные мероприятия.

('охранение ненарушенных или малонарушенные естественных природных комплексов и экосистемы, которые оказывают сильное влияние на окружающую среду путем усложнения структуры антропогенного ландшафта.

Показатели антропогенных нагрузок (транспортные, промышленные, сельскохозяйственные и др.) должны быть меньше показателя устойчивости ландшафта.

Восстановление основных ландшафтных элементов уравновешивает обмен веществом и энергией между городскими и сельскими территориями.

.'). Количество промышленных и бьгювых отходов должно cootbctctbi пап» емкости природной среды.

Регулирование структуры ландшафта: уменьшение площадей м< покулыуры, организация сетчатой конструкции "лес-поле-вода" мож< повысить емкость среды и уменьшить степень загрязнения.

По нашему мнению, планирование района должно учитывать сл( дующие факторы:

1. Планирование района должно осуществляться в рамках всего горо/ Пекина, оставляя достаточное колличество зеленых пространств и сс храняя приемлемый уровень качества ок|)ужающей среды.

2. Замедление темпов развития города. Большая интенсификация и< пользуемых земель.

3. Сохранение разнообразия ландшафтной структуры, особенно в н< сельскохозяйственных городах путем посадок леса, создания парков лесополос.

1. Развитие социальной экономики должно основываться на здорово экологической среде, более жестком управлении ростом паселешн учетом экологических последствий ведения сельского хозяйства. 5. Активно использовать экологические каркасы и зеленые коридорь смягчающие степень антропогенного воздействия.

Ii общем плане планирование и строение антропогенных ландшаф тов должно строится таким образом, чтобы полностью использовать та называемый "красный эффект" между городскими и сельскими территс риями. Это создает условия для более эффективного обмена люден, k;i питала и техники, ресурсов, информации и товаров для установлен!! динамического равновесия между городскими и сельскими системами.

Разработанная методика анализа экологических и социальных про-1ем, выполненная для восточной части города Пекина, может быть ис->льзована для других территории как внутри КНР, так и других стран.

Выполненные исследования позволяют наметить основные направляя для решения практических задач в оценке качества окружающей еды города Пекина:

A) Изучение особенностей каждого микрорайона.

Б) Проведение районирования исследуемой территории.

B) Выделение микрорайонов, находящихся в тяжелом экологи-ском состоянии.

Г) Управление состоянием экологической ситуации, в частности, тем соответствия емкости природной среды и допустимым коли-"гвом промышленных и бытовых отходов.

Выводы:

Предложена методика проведения комплексной оценки состояния окружающей среды на основе метода анализа классификации нечеткого множества. Дана комплексная физико-географическая характеристика исследуемой территории. Разработана комплексная оценка состояния окружающей среды в восточной части г. Пекина с использованием метода нечеткого множества, примененного совместно с экспертной оценкой.

Проведена оценка качества окружающей среды по комплексной системе показателей для отопительного и неотопительного сезонов. Проведено районирование территории восточной части г. Пекина на эснове выполненных исследований. Установлена система показателей и критериев комплексной оценки качества окружающей среды применительно к исследуемому региону.

• С."делай анализ характеристик экологического состояния восточнс части города Пекина на основе экспертной оценки.

• Дан анализ классификации микрорайонов по качеству окружаюпк среды и внутреним структурам компонентов. Построены схемы вс< вариантов группировок микрорайонов по качеству окружающей сред для отопительного и неотопительного сезонов.

Основные публикации по теме диссертации:

1. Оценка окружающей Среды г. Пекина с использованием метода ан лиза классификации нечеткого множества. / / Проблема регионал пой экологии, № 2, 1996.

2. Геоэкологические проблемы устойчивого развития Китая. // В ki Регион и география. Пермь. 1995. С.229.

3. Комплексная оценка качества окружающей среды методом нечетко1 множества/ Деп.ВИНИТИ №1619 - В96 от 22.03.96.