Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геоинформационное обеспечение эколого-географического картографирования для целей регионального развития

ВАК РФ 11.00.12, Географическая картография и геоинформатика

Автореферат диссертации по теме "Геоинформационное обеспечение эколого-географического картографирования для целей регионального развития"

На правах рукописи

ЦАПУК Дмитрий Анатольевич

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ (на примере Ярославской области)

11.00.12. - географическая картография и геоинформатика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Ярославль 1997

Работа выполнена на кафедре физической географии естественно-географического факультета Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д. Ушинского

Научный руководитель:

доктор географических наук, профессор B.C. Тикунов Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Ю.Г. Симонов кандидат географических наук A.B. Симонов

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт региональных проблем Министерства общего и профессионального образования РФ (г. Переславль-Залесский, Ярославская область)

Защита состоится "ДР" 1&/TW1997 г. в JS часов на заседании диссертационного совета по геоморфологии, эволюционной географии, гляциологии и геокриологии, географической картографии и геоинформатике (Д-053.05.06) в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 21 этаж, аудитория

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова на 21 этаже.

2109.

Автореферат разослан "2 J>_" г.

Ученый секретарь специализированного совета, профессор

Ю.Ф. Книжнико]

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Вопросы обеспечения географической информацией, территориального упорядочения данных, всегда были важнейшими для эколого-географического картографирования, вынужденного оперировать с информацией как о природных, так и о социально-экономических явлениях. Эколого-географическое картографирование понимается в работе как направление географической картографии, предметом которого является взаимодействие в системе "общество - окружающая среда".

По мере накопления опыта решения экологических проблем стало очевидной невозможность их решения отдельно от проблем социального, экономического, политического развития. Это нашло отражение в появлении концепции "устойчивого развития", которое в докладе Комиссии по окружающей среде и развитию ООН определяется как "развитие, удовлетворяющее потребности настоящего времени, но не ставящее под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности" (Наше общее будущее, 1989. стр. 50). Несмотря на множество толкований и подходов к оценке концепции устойчивого развития (УР), большинство стран мира подписали итоговые документы Всемирного форума по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992). В апреле 1996 г. была утверждена Концепции перехода к устойчивому развитию в Российской Федерации.

В географической науке и в картографии данная тематика только начинает разрабатываться. Значительное место в документах и исследованиях по УР уделяется региональным процессам развития. На региональном уровне доля географической компоненты в экологической информации становится абсолютно преобладающей, ярко проявляются все сложности географического и картографического исследования природных и социально-экономических систем, интегрирования и картографического синтеза знаний о территории. Теоретические представления и практический опыт работы с географической информацией (геоинформацией), сложившиеся в картографии и геоинформатике, позволяет этим дисциплинам занять ведущее место в процессе организации экологической информации (Сербенюк, Тикунов, 1984), исследования возможностей УР регионов.

Первоочередной задачей в этом направлении является геоинформационное обеспечение, в особенности, формирование обоснованных показателей, отражающих достижение основных целей УР региона и пригодных для отображения в картографической форме. Широкое распространение современных геоинформационных технологий только усиливает актуаль-

ность вопросов геоинформационного обеспечения на основе адекватного представления особенностей изучаемой территории и рационального использования существующих потоков геоинформации.

Основной целью работы является разработка принципов и создание методики геоинформационного обеспечения и картографирования для целей анализа УР региона.

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи:

1. Разработать теоретические подходы к изучению существующей геоинформации и оценке геоинформационной обеспеченности.

2. Оценить и проанализировать современное состояние и структуру геоинформации экологического содержания и картографическое обеспечение на региональном уровне (на примере Ярославской области) в целях установления путей их использования в картографировании проблем УР.

3. Определить основные особенности картографирования и предложить структуру регионального атласа УР.

4. Выработать методики составления карт для разделов регионального атласа УР и опробовать их на конкретных примерах.

Научная новизна. В диссертации теоретически разработаны и практически показаны пути и методы картографирования проблем УР регионов на основе существующей геоинформации. В процессе этой разработки лично автором были получены следующие теоретические, методические и практические результаты.

Впервые проведена общая оценка обеспеченности геоинформацией и картографическими произведениями экологической направленности территории Ярославской области для целей эколого-географического картографирования и анализа УР.

. .Разработан применительно к условиям Ярославской области набор показателей УР для целей анализа и картографирования.

Впервые предложена концепция и структура регионального атласа УР, показана роль картографирования устойчивого развития в эколого-географическом картографировании.

Впервые для Ярославской области получена оценка внутриобластных административных образований по степени их приближения к УР и разработаны оценочные карты для интегрального раздела атласа УР Ярославской области (общая антропогенная нагрузка на природную среду, состояние природной среды, эффективность хозяйства, социальное благополучие, здоровье населения).

Обоснована необходимость проведения конкретных мероприятий на территории Ярославской области (создание сети охраняемых природных территорий, систем социально-гигиенического мониторинга).

Фактический материал и методика исследований. В работе изложены результаты исследований автора, проведенных в 1990-1997 гг. Для решения поставленных задач проведено инвентаризационное обследование информационных ресурсов и карт экологического содержания на территории Ярославской области. При этом использована авторская методика обследования, включающая анализ документальных и картографических источников и проведение опросов специалистов.

Основные общенаучные подходы, используемые в работе, - историко-генетический и системно-структурный, активно применялись картографические и социологические методы исследований, многомерный математический анализ. Особенности, свойства и пути использования геоинформации изучались как в ходе специального обследования, так и в рамках научно-практической деятельности (исследование и картографирование сети охраняемых природных территорий, ландшафтно-экологические экспертизы и др.).

Для создания карт по тематике УР региона использовался графический редактор МАРУ1Е\У информационно-графической системы "Терра" (разработчик НТЦ "Омега"). Автор занимался постановкой задач, совершенствованием пользовательского интерфейса и тестированием данного редактора.

Научные положения и выводы опираются на теоретические и методические исследования ведущих отечественных и зарубежных картографов и географов, основные результаты апробированы на научных конференциях и семинарах.

Практическая значимость работы определяется возможностью использования результатов исследований при картографировании проблематики УР в регионах России и проектировании геоинформационных систем (ГИС) экологического назначения.

Результаты работы нашли отражение в аннотированном Указателе картографических произведений экологического содержания Российской Федерации "Экология России в картах"(1996).

Рекомендации по организации эколого-географической информации отражены в "Основных направлениях создания ресурсной геоинформационной системы области (1995)", одобренных администрацией Ярославской области, а графический редактор МАРУ1Е\У системы "Терра", разработанный при непосредственном участии автора, используется заказчиком - администрацией Ярославской области.

Собранные и обработанные автором материалы, а также карты охраняемых природных территорий масштаба 1:500 ООО и 1:50 ООО официально приняты, одобрены и используются в работе природоохранных структур

соответственно Ярославской области и Гаврилов-Ямского района Ярославской области.

Положения диссертационного исследования использованы в курсах лекций и практических занятий' "Основы картографии" и "Картография с основами топографии", читаемых студентам-географам ЯГПУ и слушателям кафедры электронной картографии ИПК "Конверсия" (г. Ярославль).

Предложенная автором структура регионального атласа УР и конкретные методики построения карт атласа могут быть использованы при картографировании проблем УР регионов России и Российской Федерации в целом.

Апробация и публикация результатов исследований. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях ЯГПУ (1989-1994), научно-практическом семинаре по русловым и пойменным процессам (Ярославль, 1992), научно - практическом семинаре "Комплексное решение проблем Верхневолжских водохранилищ" (Переславль-Залесский (1993), межгосударственной научной конференции "Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха" (Пермь, 1993), международном научном семинаре "Информатика и региональное развитие" (Москва - Переславль-Залесский, 1993), научно-практической конференции "Современное краеведение: проблемы методики и взаимодействия" (Ярославль, 1993), III конференции молодых ученых ЯГПУ (1993), Всероссийском "ГИС-форуме" (Москва, 1994), на заседаниях кафедры физической географии ЯГПУ.

По теме диссертации опубликовано 9 работ, подготовлено 6 научно -производственных отчетов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и приложений. Работа изложена на 146 машинописных страницах, включает 6 таблиц, 9 рисунков и список использованной литературы из 168 наименований.

В результате исследования сформулированы основные положения. представляемые в качестве предмета защиты.

1. Картографирование вопросов устойчивого развития является перспективным направлением эколого-географического картографирования.

2. Геоинформационное обеспечение для картографирования и анализа устойчивого развития региона основывается на системе методов, включающих оценку существующей геоинформации, формирование набора специальных показателей и методик их получения.

3. Практическое составление карт по тематике устойчивого развития целесообразно на региональном уровне в виде ГИС-ориентированного атласа, создание которого возможно на базе имеющейся геоинформации.

Работа выполнена на кафедре физической географии естественно - географического факультета Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д. Ушинского.

Автор выражает свою благодарность научному руководителю д.г.н., профессору B.C. Тикунову, признательность сотрудникам кафедры физической географии ЯГПУ, и прежде всего, заведующему кафедрой к.г.н., доценту Е.Ю. Колбовскому, за постоянную поддержку при написании работы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Теоретические подходы к анализу геоинформационного обеспечения эколого-географического картографирования

В данной работе автор придерживается концепции социальной информации (Афанасьев, 1991) и близких ей информологических подходов (Коган, 1991; Новик, Абдуллаев, 1991). Это позволяет выйти за рамки чисто технологических взглядов на информацию и анализировать вопросы ее получения и использования. Для всестороннего исследования информационных процессов необходимо рассмотрение триады ''данные - информация - знания", где информация является формой представления и передачи знаний, а данные - символьной формой информации (Бердников, Ти-кунов, 1992).

Протекание информационных процессов ограничивается информационными барьерами, под которыми понимается совокупность факторов, препятствующих свободному движению и восприятию информации. Автор выделяет и рассматривает четыре группы частных информационных барьеров: пространственно-временные, организационно-технические, семиотические, когнитивные, которые проявляются при использовании информации вне контекста ее получения и основного предназначения. Общесистемные (барьеры целостности) порождены синергизмом частных барьеров и характеризуют системную "нестыковку" информации. Ключевую роль в обеспечении системной целостности функционирования информации играют информационные потребности получателя и пользователя.

Обладая общими свойствами с информацией, геоинформация имеет определенную специфику, поскольку она является продуктом пространственно ориентированных систем информации. Последние могут быть отнесены как к уникальным системам, так и устойчиво функционирующим во времени. Именно устойчивые системы информации представляют наибольший интерес для регионального развития, поскольку они поставляют

основные массивы необходимой геоинформации. Их структура включает в качестве подсистем: территориально определенные информационные потребности; механизмы, преобразующие эти потребности в конкретные методы наблюдений, системы показателей и операционные территориальные единицы; формирующиеся потоки геоинформации и документы ее представления; восприятие и использование геоинформации.

Основные свойства геоинформации будут обуславливаться характером конкретной системы информации, в рамках которой она получена. Кроме обобщенных свойств геоинформации - качества и полноты, можно выделить "внутренние" свойства, которые сохраняются при ее переносе из контекста получения, и "внешние", которые при этом меняются.

Специфические свойства геоинформации выражаются через территориальную полноту и территориальную репрезентативность. Территориальная полнота геоинформации соответствует степени проективного "покрытия" территории информацией определенного содержания. Территориальная репрезентативность трактуется как уровень качественного отражения специфики территории при данном масштабе рассмотрения. При этом, такая ее составляющая как прецизионность показывает точность пространственной локализации объектов, а степень генерализации имеет значение, традиционное для картографии (Салищев, 1990).

При интеграции геоинформации из различных источников часто сталкиваются не с обычными затруднениями, а с фундаментальными информационными барьерами системного характера. Сложность согласования и интеграции многоаспектной геоинформации вынуждает ставить задачи предварительной проработки географических и организационных вопросов создания эколого-географических карт и ГИС с целью адекватного представления особенностей изучаемой территории, рационального использования существующих потоков информации (Кошкарев, Каракин, 1987; Симонов, 1990).

Необходимость исследования проблем перехода к УР, предусматривающего в идеале взаимоувязанное развитие социально-экономических и природных геосистем, делает задачу согласования и интеграции разнородной геоинформации еще более актуальной. Принятое ООН определение УР крайне расплывчато и идеализировано, поэтому возникает множество различных толкований и определений (Перелет, 1995). В работе предпочтение отдано достаточно функциональному определению, которое учитывает исходную экологическую направленность самой концепции: "Устойчивое сообщество дает возможность всем его членам достичь высокого качества жизни при сохранении экологического равновесия" (Забота о Земле..., 1991, с. 29).

Очевидно, что для современной цивилизации характерно несбалансированное развитие, принятие решений, которые принципиально не учиты-

вают будущие проблемы. На пути к УР представляются опасными как крайний экологизм, способный подорвать самую основу цивилизации, так и предельный антропоцентризм. Очевидно, что сама концепция УР родилась в условиях глобального компромисса, пытающегося примирить различия в подходах между развитыми и развивающимися странами, между экологическими потребностями и экономическими основами современного общества.

В условиях диаметрально противоположных взглядов на саму возможность реализации концепции и скорость перехода к УР (Добровольский, 1997), необходима определенная система критериев УР, чтобы насколько возможно перевести вопрос из политической плоскости в научную.

Проблема осложняется еще и тем, что существуют естественные макро-региональные различия в исходных позициях вероятного перехода к УР. В частности, у населения России в последние годы сложился специфический тип воспроизводства, отличающийся от развивающихся стран - снижение рождаемости происходит в сочетании с ростом смертности и заболеваемости (Бестужев-Лада, 1995). Экономика нашей страны пока движется в сторону увеличения природоемкости, значительно ухудшилось состояние здоровья населения, что позволяет ставить пока скорее задачи выживания, а не полноценного развития.

Приведенные соображения создают значительные трудности для картографирования вопросов УР. Методологической основой их преодоления должно стать изучение опыта эколого-географического картографирования.

Само понятие эколого-географического картографирования в современном понимании оформилось и начало широко использоваться в России в конце 80-х - начале 90-х гг. В настоящее время оно рассматривается как самостоятельный и важный раздел тематического картографирования. Современные эколого-географические карты характеризуют экологическое состояние организмов и природной среды, а также определяющие их факторы (Аэрокосмическое..., 1995). Можно констатировать, что пока нет единого подхода к экологическому картографированию, базовой объединяющей концепции (Касимов и др, 1994) и установившихся типов карт (Тикунов, Январева, 1995).

Накопленный опыт в создании эколого-географических карт позволяет все же сделать некоторые выводы:

- большинство исследователей склоняются к широкому толкованию понятия эколого-географических карт преимущественно с антропоцентрических позиций;

- оценочность при антропоцентрической модальности эколого-географических карт составляет неотъемлемое их свойство, изменяется лишь степень субъективизма самих оценок;

- особое значение на современном этапе имеет проведение региональных исследований, поскольку на локальном уровне трудно выявить общие закономерности, а для глобального уровня необходимы соответствующие геоинформация и методическая основа;

- качество эколого-географических карт и их геоинформационной базы повышается медленно;

- работ по тематике УР в картографии крайне недостаточно.

Картографирование проблем УР становится закономерным этапом в

развитии комплексного эколого-географического картографирования от карт оценки природных условий и ресурсов к картам охраны природы, экологических проблем и далее.

Поскольку при создании карт УР простое использование накопленной геоинформации экологического содержания невозможно, то требуется ее преобразование, а также формирование нетрадиционных для России систем геоинформации (например, социально-гигиенический мониторинг). Наиболее перспективным в такой ситуации является геоинформационное картографирование как прямой результат взаимодействия картографии и геоинформатики, суть которого составляет автоматизированное информационно-картографическое моделирование природных и социально-экономических систем и баз знаний (Берлянт, 1996).

Основные проблемы картографирования УР, часть из которых присуща эколого-географическому картографированию в целом, можно сформулировать в следующем виде:

- неопределенность самого понятия и концепции УР;

- отсутствие четких общепринятых критериев УР;

- недостаток геоинформации, отсутствие систем ее продуцирования для многих аспектов УР;

- практическая невозможность составления ретроспективных карт территорий и сложность составления прогнозных карт;

- наличие разномасштабных процессов различной природы и многообразие границ интересующих объектов и явлений;

- невозможность на данном этапе обоснованного составления единой карты УР территории.

Таким образом, теоретический анализ показывает, что:

1. Картографирование УР является этапом в эволюции эколого-географического картографирования.

2. Наиболее перспективен региональный уровень исследовательских работ по созданию карт УР.

3. Необходимо ориентироваться на создание серий карт (атласов) УР территорий.

4. Комплексное картографирование вопросов УР должно производится на базе выработанной системы показателей и критериев.

5. Система показателей является необходимым звеном геоинформационного обеспечения картографирования УР, позволяющим интегрировать разнородную информацию о природных и социально-экономических геосистемах.

Прежде чем приступить к созданию карт УР для регионального уровня, необходимо проанализировать имеющуюся географическую информацию с точки зрения ее пригодности, оценив прежде всего современную картографическую обеспеченность для целей эколого-географического картографирования и картографирования УР.

Глава 2. Состояние геоинформационного обеспечения

на региональном уровне (на примере Ярославской области)

Обоснованность выделения Ярославской области в качестве регионального объекта картографических исследований УР вытекает прежде всего из прав, предоставленных субъектам федерации в самостоятельном определении своей политики развития с учетом региональных особенностей. Объединенная, кроме прочего, управляющими связями, каждая область Российской Федерации представляет достаточно целостную систему в рамках общего понятия о геосистемах. Административные районы, ныне -муниципальные образования, являются геосистемами более низкого ранга.

Ярославская область находится в центральной части староосвоенной территории Русской равнины. Границы области остались практически неизменными со времени образования Ярославской губернии более 200 лет назад. Согласно наиболее позднему ландшафтному районированию России для целей эколого-географического анализа, часть области севернее широты г. Рыбинска лежит в Верхневолжской южнотаежной подпровин-ции таежной зоны, остальная территория области - находится в подтаежной зоне смешанных лесов (Исаченко, 1996). Доля городского населения составляет около 80%, что объясняется высокой концентрацией и разнообразием отраслей промышленности, и дополняется значительной депопуляцией сельских территорий. Основные экологические проблемы связаны с каскадом Верхневолжских водохранилищ, химическим загрязнением урбанизированных территорий, отмиранием малых рек, невысоким уровнем здоровья населения (Колбовский, 1993). Все отмеченное делает область достаточно типичной для центра России.

Для выявления состояния геоинформации экологического содержания в Ярославской области была проведена инвентаризация ее ресурсов. Основная часть работы выполнена в период сильной трансформации структуры природоохранных органов в 1991-1993 гг., впоследствии выявлялась динамика состояния геоинформации. Методика проведения инвен-

таризационного обследования включала ряд этапов, где в обязательном порядке фиксировались:

- организация, ее структура и задачи деятельности, специалисты;

- документы представления геоинформации и их характеристики;

- свойства потоков геоинформации (интенсивность, регулярность);

- информационное взаимодействие с другими организациями;

- картографические материалы и географическая "привязка" информации;

- юридическая принадлежность геоинформации.

Отметим, что обследование не охватывало материалы дистанционного зондирования, аэро- и космические фотоснимки, а только фиксировало факты их использования. Это связано с малой интенсивностью практического применения таких источников геоинформации в Ярославской области, что подтверждает выводы других авторов (Берлянт и др., 1995). Наибольшее значение, как источники геоинформации имеют материалы инвентаризаций и результаты мониторинга, однако картографические материалы во всех этих источниках используются крайне недостаточно.

Наиболее формализованная и пригодная к использованию в эколого-географическом картографировании геоинформация входит в состав документов, среди которых наибольшей ценностью выделяются следующие виды:

- регулярные отчеты организаций в статистические органы;

- материалы инвентаризаций (кадастры, реестры);

- пообъектные материалы проектов (при их массовом характере);

- территориальные схемы развития;

- материалы периодических обследований.

Автору удалось оценить практически все потоки геоинформации (на 1993 г.) в Ярославской области с учетом принадлежности, основных параметров, потребителей и перспектив использования для эколого-географического картографирования. В работе систематизированы основные проблемы геоинформационного обеспечения в регионах с помощью категорий качества геоинформации и информационных барьеров. В настоящее время можно говорить об удовлетворительном качестве геоинформации, за исключением загрязнения подземных вод, ресурсов флоры и фауны и природных рекреационных ресурсов. Наилучшие показатели качества характерны для наиболее хозяйственно значимых природных ресурсов (земельных, лесных).

В региональной практике значительную роль играют специфические геоинформационные барьеры, к которым отнесены барьеры согласования территориальных единиц и барьеры территориальной генерализации. Для преодоления первых установлен согласованный ряд территориальных единиц. Преодоление вторых больше связано с субъективными предпочтениями и целями исследования.

Для определения информационных "пробелов" в составе геоинформации оценивалась прежде всего обеспеченность сбалансированного использования природных ресурсов, вытекающее из сущности УР. Оценивание базировалось на выделении содержательных. блоков геоинформации о природных ресурсах. Данные блоки определялись как из теоретических соображений, в соответствии с моделью "антропогенная нагрузка - состояние - реакция", используемой в исследованиях УР, так и с помощью использования сводок задач управления природопользованием, предложенных Б.В. Поярковым (1987). За основу принималась оценка составляющих полноты геоинформации при условии удовлетворительного ее качества для десяти основных видов природных ресурсов на территории Ярославской области.

Результаты оценивания показывают, что земельные, ископаемые, лесные и почвенные ресурсы находятся с точки зрения обеспеченности геоинформацией в наилучшем положении. Крайне неудовлетворительная обеспеченность складывается для растительных и рекреационных ресурсов. В природно-ресурсном потенциале области в целом, удовлетворительное отражение получили вопросы наличия, состояния и изъятия ресурсов. С другой стороны, практически полное отсутствие геоинформации о лимитирующих факторах использования и особенностях реакции на нагрузки не позволяют пока говорить об устойчивом использовании природных ресурсов.

В наиболее явной и доступной форме геоинформация представлена в картографических произведениях. Состав и содержание карт на региональном уровне исследовался в рамках составления аннотированного Указателя карт экологического содержания РФ (Комедчиков и др., 1994). В картографическом обеспечении природопользования и охраны окружающей среды самую существенную роль играют карты, разработанные в ведомственных организациях или под их патронажем в самом регионе. Результаты изучения позволяют утверждать, что в Ярославской области (как и в других областях) сложился базовый набор карт (табл. 1, 2), а также сделать выводы:

- существующий набор карт отличается пассивным отражением потребностей ведомств в картографическом обеспечении;

- количественно преобладают карты оценки природных ресурсов и условий, опасных природных явлений, что объяснимо - половина всех карт создана для хозяйственных целей;

- доля карт, которые крайне необходимы для планирования устойчивого развития (устойчивость природной среды, рекреация) составляет менее 10%;

- ретроспективных карт в рамках данного исследования не выявлено, а практически все прогнозные карты устарели;

Табл. 1. Распределение экологических карт по территориальному охвату и тематике, ед./ %

N Тематика карт Область Ареалы Админис- Города Всего

N в целом бассейны, тративные

лесхозы районы

1 Оценка природных условий и ресурсов 14 36 17 1 68

30 28 25 10 27

2 Неблагоприятные природные 5 20 34 - 59

явления и процессы 11 16 49 23

3 Антропогенные воздействия и 15 8 17 4 44

изменения природной среды 31 6 25 40 17

4 Устойчивость природной среды 5 2 - 7

к антропогенным воздействиям 11 2 3

5 Охрана природы и 5 49 - 54

природоохранные мероприятия 11 39 21

6 Медико-географические, 2 10 - 12

и рекреации 4 7 5

7 Эколого-географические, 1 2 1 5 9

г и геохимические 2 2 1 50 4

ВСЕГО ед 47 127 69 10 253

% 100 100 100 100 100

Табл. 2. Распределение карт экологического содержания по масштабу, ед.

N Тематика карт 1:1000 000 мельче 1:300 000 1:1000 000 1:150 000 1:300 000 1:50 ООО 1:150 000 1:50 000 и крупнее Всег

1 Оценка природных условий и ресурсов 8 4 4 51 1 68

2 Неблагоприятные природные явления и процессы 1 2 20 36 59

3 Антропогенные воздействия и изменения природной среды 13 2 5 20 4 44

4 Устойчивость природной среды к антропогенным воздействиям 5 — 2 7

5 Охрана природы и природоохранные мероприятия 4 1 49 54

6 Медико-географические и рекреации 1 10 1 ** 12

7 Эколого-географические и геохимические 2 2 5 9

ВСЕГО ед. % 28 11 12 5 44 17 159 63 10 4 253 100

- совершенно незначительна доля карт масштабов крупнее 1:50 ООО, показывающих территории с неблагоприятной экологической обстановкой;

- качество выполнения используемых карт (точность локализации, оформление) в большинстве случаев неудовлетворительно.

Можно отметить, что на региональном (областном) уровне наблюдается иная картина, чем отмеченный для России в целом тематический перевес карт антропогенных воздействий и изменений природной среды. В нашем случае, половину от общего числа составляют карты природных условий, в том числе опасных и неблагоприятных, и ресурсов.

Обеспеченность картами экологического содержания в целом коррелирует со структурой геоинформационного обеспечения. Это не случайно, так как наиболее развитые системы информации производят значительное количество хорошо организованной геоинформации, позволяющей составлять качественные карты. Однако, менее четверти имеющихся карт реально используются на практике.

Важнейшими препятствиями при использовании существующей геоинформации для целей анализа УР являются отсутствие и несогласованность геоинформации по общей характеристике экологических и социально-экономических ситуаций, и отдельных проблем (степень деградации, потребление материалов, экологический риск, устойчивость ландшафтов к воздействиям, описание проблемных ситуаций и т.п.). Это требует значительных изменений в организации геоинформации. Кроме того, делать определенные выводы о перспективах УР территории можно лишь при установлении взаимосвязей между информацией о природных и социально-экономических геосистемах, чему препятствуют информационные барьеры.

Глава 3. Пути и методы совершенствования геоинформационного обеспечения эколого- географического картографирования

Пути совершенствования геоинформационного обеспечения будут определяться задачами картографирования УР как новой ветви эколого-географического картографирования, так и необходимостью ликвидации существующих информационных "пробелов.Введение определенных индикаторов также позволяет получить инструмент производства новой информации для целей оценки УР (МПзЬеН, 1996).

Одним из важнейших элементов в этой связи является система показателей устойчивого развития территорий. Именно через изменение системы показателей можно инициировать изменение потоков геоинформации, подход. Часто, в случае недостатка информации, используется и подход на основе выбора ключевых факторов. Среди единичных индикаторов наибо-

лее показательными признаются здоровье населения, уровень энергопотребления, качество жизни, экологическая целостность ландшаф-тов.Анализ используемых и предлагаемых в различных странах наборов индикаторов УР показывает отсутствие общепринятой схемы их выделения. Одними из наиболее популярных схем выделения индикаторов являются модель "антропогенная нагрузка - состояние - реакция" и компонентный подход.

С учетом рассмотренных подходов разработана структура системы показателей УР для регионов, включающая три уровня: компонентный, проблемный, интегральный. Первый уровень представляют частные характеристики элементов и компонентов подсистем "природа" (оценка природных условий и ресурсов, степени устойчивости использования ресурсов), "население" (социодемографические показатели различных групп населения), "хозяйство" (общие характеристики различных отраслей и их воздействие на природную среду). Проблемные параметры характеризуют наличие, остроту и взаимосвязь основных экологических и социально-экономических проблем развития территории. Интегральные показатели придают целостность всему набору показателей и дают возможность оценить степень приближения к УР региональной системы с помощью удельных (заболеваемость, энергопотребление), вероятностных (экологический риск) и условных (устойчивость к воздействиям) величин.

Каждый уровень представляет собой информационную модель УР региона различной степени интегральности. В самом деле, проблемные показатели являются определенным обобщением частных и компонентных показателей по некоторым синтетическим "срезам" территории. Показатели самого высокого, третьего уровня характеризуют наиболее обобщенные свойства региональной системы - общую антропогенную нагрузку, при-родоемкость хозяйства и другие. Наибольшее значение для отражения качественных сторон развития является отнесение данных к единицам площади и численности населения. Если первое лучше всего фиксирует нагрузку на природную среду, то второе показывает "нагрузку", вызванную несбалансированным развитием, на одного человека, отражая общую антропоцентрическую направленность концепции УР.

В диссертации предложена концепция создания ГИС-ориентированного атласа региона. Его направленность вытекает из содержания по разделам, основывающегося на предложенной структуре системы показателей УР. В максимально развернутом виде атлас включает:

Введение

Карты общего положения, экологического и социально-экономического состояния региона (4-5 карт).

Компоненты природных и социально-экономических систем

„Опасные природные явления.

Антропогенная нагрузка, состояние и устойчивость природных ресурсов и природных сред.

Социодемографические характеристики (половозрастной состав населения, трудоспособное население).

Накопления и доходы граждан.

Карты отраслей хозяйства и природопользования, влияющие на достижение УР. (15-25 карт)

Проблемы устойчивого развития

Экологические проблемные ареалы.

Карты критических видов природопользования, рекреации, предельной экологической емкости территорий, разнообразия ландшафтов, видов организмов и экосистем, экологического каркаса и системы охраняемых территорий.

Проблемы здоровья населения (критические виды заболеваемости, смертность и др.).

Общественно-политическая и экономическая устойчивость (занятость, преступность, гражданская активность, экономическое неравенство).

Инвестиции в будущее (уровень и развитие образования, положение женщин, охрана детства).

Итоговая карта остроты проблем и проблемных ситуаций.(25-35 карт)

Интегральная оценка приближения к устойчивому развитию

Общая антропогенная нагрузка на природную среду.

Общее загрязнение территории, природных сред и ландшафтов.

Устойчивость ландшафтов, экологический риск.

Карты общей природоемкости и эффективности хозяйства.

Общественно-политическая устойчивость.

Социальное благополучие, качество жизни населения.

Здоровье населения.

Оценка общих запасов капитала (природного, антропогенного, человеческого), "устойчивый" доход на душу населения.

Итоговая карта степени УР территории. (10 карт)

В сокращенном варианте серия карт УР может содержать только карты последнего раздела атласа, однако, с методической точки зрения, желательно создание карт по всем разделам. В итоге атлас должен представлять взаимоувязанную систему, включающую аналитические, комплексные и синтетические карты.

Для реализации концепции атласа УР региона предложен вариант, ориентированный на потребности регионального управления и основанный на существующей информации о природных и социально-экономических геосистемах.

В качестве геоинформационного инструментария для построения карт избрана информационно-графическая система (ИГС) "Терра. ИГС "Терра"

разработана по заказу администрации Ярославской области и в настоящее время является первым этапом создания единого территориального кадастра области как части государственного кадастра России. На данный момент в ИГС "Терра" реализована многослойная электронная карта Ярославской области (базовый масштаб 1:100 ООО, для территорий городов -1:10 ООО) и связанные с ней базы данных, соответствующие определенным слоям карты (леса, дорожная сеть, населенные пункты и т.д.).

С помощью графического редактора МАРУ1Е\У, модифицированного и протестированного при участии автора, осуществлено картографирование последнего, наименее теоретически разработанного раздела предлагаемого атласа. Тематика эколого-географических карт была выбрана с учетом имеющейся геоинформации и предложенных в диссертации подходов. Карты выполнены в масштабе 1:1500 000, который принят как базовый в атласе УР Ярославской области для целей управления регионом. В этом масштабе возможна оптимальная компоновка элементов карты на листе формата А4. Картографирование производилось по состоянию на 1995 г., и, кроме оговоренных случаев базировалось на информации областного комитета статистики.

Общая антропогенная нагрузка на природную среду имеет несколько основных составляющих. В условиях Верхневолжья территории, на которых сведены леса, как правило, используются под пашни и пастбища, а сама распашка почв является одним из основных факторов почвенной эрозии. Отражение на карте распаханных территорий уже позволяет косвенно оценить интенсивность эрозии и степень обезлесения. Другой значительный аспект антропогенной нагрузки связан с общим влиянием жизнедеятельности человека на природную среду, интегральным показателем которого является плотность населения. Для отображения распаханных территорий был использован с небольшими изменениями слой "Пашня", который входит в ИГС "Терра". Плотность населения рассчитана для территорий местного самоуправления и муниципальных образований.

Другой аспект антропогенной нагрузки связан с химическим загрязнением. Использованы данные по валовым выбросам и сбросам загрязняющих веществ 260 предприятий области в единицах массы, предоставленные комитетом экологии Ярославской области. Эти величины, нормированные на численность населения, в наиболее общем виде выражают воздействие многоотраслевой промышленности, характеризуют химическую нагрузку, приходящуюся на одного человека. На карте отмечено и расположение крупнейших свалок и полигонов промышленных и бытовых отходов как источников загрязнения широкого спектра действия. На наиболее урбанизированных территориях отмечен самый высокий уровень антропогенной нагрузки (Рис.1).

'.-a' ■ —

7 i ■ • .v: тл V'^.fM N 1—

-------Ч • /- ) ^r^J__

Масштаб 1 : 1 500 000

Плотность населения

- малая (5-10 чел/кв.км)

- незначительная (10 - 20 чел/кв.км) [ : - средняя (20 - 40 чел/кв.км) П - значительная (40 - 200 чел/кв.км)

- высокая (200 - 500 чел/кв.км)

; - распаханные территории

рп - в 1 мм - 5 кг/чел выбросов загрязняющих веществ в год

га - в 1 мм - 2 кг/чел сбросов

загрязняющих веществ в год

^ - крупнейшие свалки

Рис. 1. Фрагмент карты "Общая антропогенная нагрузка"

л'X •—V'W-.o*vva/s,

'V^'^miO'i<AV.V- .Vv'vIJBKN.

;■ >У,л -"ж'-/•• ': S" ■/- • <

^/JL'Vv ЧЧг-* лХХх *X

V w- -,,/V Шу > V v ✓ „7

4

Масштаб 1 : 1 500 000

Общая заболеваемость

(на тысячу человек населения)

- незначительная (800 - 999)

1 - средняя (1000 - 1199)

з

- значительная (1200 - 1399)

- высокая (1400 - 1599)

Суммарная заболеваемость острыми кишечными инфекциями

(на тысячу человек населения) у" / - - незначительная (менее 4.0)

,<;</] - умеренная (4,0 - 6.9) Rx^O - высокая (7.0 - 9.9)

" очснь высокая (более 10.0)

Младенческая смертность g - 1 мм высоты соответствует

0,5 случая на 1 тысячу человек

Рис. 2. Фрагмент карты "Здоровье населения"

Для отражения состояния природной среды в регионе целесообразно учитывать как химическое загрязнение, так и преобразованность естественных ландшафтов. Имеющаяся информация позволила оценить степень суммарного химического загрязнения природной среды по данным о выпадении тяжелых металлов из наиболее динамичной природной среды -атмосферы, и по данным о концентрации тяжелых металлов в наиболее консервативной среде - в почвенном покрове. Уровень общего загрязнения определялся по индексу, равному сумме кларков (в единицах фоновой концентрации) цинка, свинца, никеля и кадмия, нормированной на число химических элементов. Именно эти элементы, по данным Государственного гидрологического института и кафедры физической географии ЯГПУ, представляют собой наиболее характерные загрязнители природной среды.

При определении антропогенной преобразованное™ ландшафтов использовалась экспертная оценка глубины преобразования ландшафтных элементов, причем присвоенный балл преобразования прямо пропорционален силе преобразования в зависимости от вида землепользования. В нашем случае самое высокое значение степени преобразованности имеют земли, занятые свалками, и бедленды - 10 баллов, промышленные территории и земли инфраструктуры - 9 баллов, жилая застройка городского типа - 8 баллов, жилая застройка сельского типа и пашня - 7 баллов, пастбища - 5 баллов, сенокосы - 4 балла, лесные и водно-болотные участки - 2 балла, охраняемые природные территории - 1 балл. Оценки степени антропогенной преобразованности ландшафтов были проведены для территорий местного самоуправления, но на карте области масштаба 1:1500 ООО целесообразно их отображение для более крупных единиц -муниципальных округов. Представленная на карте схема ландшафтного районирования области (автор Е.Ю. Колбовский) позволяет судить о степени преобразования естественных ландшафтов. Общий анализ карты приводит к выводу о наиболее неблагоприятном состоянии природной среды на территориях с высокой степенью урбанизации и интенсивности сельскохозяйственного использования.

За основу картографирования эффективности хозяйства приняты подушевые характеристики потребления энергии, безвозвратного потребления воды, количества отходов, рассчитанные по данным соответствующих коммунальных служб области. Отнесение этих характеристик к единице валового внутреннего продукта или к единице площади нецелесообразно. Общее энергопотребление рассчитывалось на основании потребления электрической и тепловой энергии. Только учтенная мощность энергопотребления составляет в среднем по области почти 90 кВт/кв.км., что близко к предельно допустимым значениям для биосферы в целом (Федотов, 1995). Комплексная оценка показывает, что наименьшей эффективностью

хозяйства характеризуются крупные индустриальные центры и сильноурбанизированные территории.

Для составления оценочной карты социального благополучия населения использовался сконструированный автором по схеме A.A. Давыдова (1995) коэффициент социального неблагополучия, представляющий собой натуральный логарифм дроби, в числителе которой - неблагоприятные факторы (смертность на тысячу человек, уровень безработицы в %, уровень преступности на тысячу человек, число разводов на 10 браков, число абортов на 10 родов), в знаменателе - уровень рождаемости, умноженный на покупательную способность средней заработной платы, которая выступает как бы материальной поддержкой родившемуся. Для проверки обоснованности предложенного коэффициента проведено ранжирование территориальных единиц с помощью оценочного алгоритма, разработанного B.C. Тикуновым (1985). Она показала практически полное совпадение ранжирования с результатами подсчетов предложенного коэффициента социального неблагополучия.

В качестве характеристики, позволяющей судить о тенденциях в социальной сфере, выбран показатель среднего числа лет обучения, рассчитанный автором. Специфическим показателем для условий центральной России, использованным при составлении карты, является доля семей (от общего числа семей), нуждающихся в улучшении жилищных условий. Общий анализ карты фиксирует лучшие позиции гг. Ярославля и Рыбинска и самые неблагоприятные условия в отдаленных Брейтовском, Любимском и Переславском районах.

Здоровье населения как одну из важнейших характеристик УР отражает отдельная карта, на которой представлена общая заболеваемость на тысячу человек населения и младенческая смертность (на тысячу детей до 1 года) по данным областного департамента здравоохранения. Последняя указывает на тенденции в состоянии здоровья и медицинского обслуживания будущего поколения. Как специфическая, но важная в условиях России, на карте отражена общая величина заболеваемости кишечными инфекциями (на тысячу человек) по данным областного центра Госсанэпиднадзора.

Сравнение территориального распределения общей заболеваемости и младенческой смертности (рис. .2) обнаруживает их существенное различие. Высокая общая заболеваемость преимущественно приурочена к более заселенным территориям, что легко объясняется высокой обращаемостью и доступностью медицинской помощи. Наоборот, максимальные значения уровня младенческой смертности чаще наблюдаются в районах с незначительной плотностью населения. Очевидно, можно говорить о ведущем влиянии социально-демографических факторов на показатели здоровья. Совокупный анализ трех приведенных на карте характеристик

указывает на Гаврилов-Ямский, Угличский районы и г. Рыбинск как на наиболее неблагоприятные территории.

Итоговая карта (рис. 3) отражает лишь различия в относительном приближении к УР для административных территорий Ярославской области и не может служить объектом каких-либо точных оценок. Она составлена по итогам анализа пяти основных интегральных карт УР, в каждой из которых использовано 3 сюжета, позволяющих сделать сравнительные количественные оценки, путем суммирования рангов для каждой территориальной единицы.

К наиболее благополучной группе относятся Брейтовский и Пошехонский район, к менее благополучной - Борисоглебский, Любимский, Мыш-кинский, Первомайский районы. Самыми неблагоприятными с точки зрения УР территориями можно признать Тутаевский район и гг. Рыбинск и Ярославль. Очевидно, что в результате анализа наиболее благопополуч-ными оказались удаленные слабозаселенные районы с незначительным производством, обладающие большим территориальным и природно-ресурсным потенциалом. Подобный вывод вполне соответствует взглядам на УР, идеал которого пока ближе к патриархальным обществам.

Методики работы с геоинформацией и создания карт для проблемного раздела регионального атласа УР отрабатывались на примере более детального картографирования здоровья населения и региональных систем охраняемых территорий.

На электронных картах проблем УР следует отражать, во-первых, слой с наиболее общей характеристикой проблемы, во-вторых, слой, позволяющий судить о временных тенденциях изменения проблемной ситуации, в-третьих, слой, показывающий специфические или наиболее важные для данного места и времени аспекты проблемы. Выделены "экологически" и "социально" обусловленные виды заболеваемости. К первому отнесены заболевания органов дыхания (бронхиальная астма, хронический бронхит и эмфизема легких) и онкологические заболевания, ко второму - заболевания туберкулезом, венерические, наркологические и психические заболевания.

Территориальное распределение суммарной, "экологически" обусловленной заболеваемости не поддается однозначной интерпретации с точки зрения влияния единственно экологических факторов. Наиболее объективный показатель - высокий уровень смертности от онкологический заболеваний - выделяет Брейтовский и Некоузский районы. В целом, на данной карте прослеживается влияние возрастного состава населения, поскольку самый "старый" район (Брейтовский) имеет наихудшие показатели.

Из всех приведенных "социально" обусловленных заболеваний наибольший вклад (около 40 %) в суммарный показатель дают венерические

равнительная оценка устойчивого развития Ярославская область

Масштаб 1 : 2 250 ООО Рис. 3. Сравнительная оценка устойчивого развития

заболевания, бурный рост которых определил и двукратный рост по области суммарной заболеваемости. "Лидерами" по значению суммарной заболеваемости являются наиболее урбанизированные территории (Тутаевский район и гг. Рыбинск и Ярославль), а наибольший прирост за последние 5 лет - в районах со средними значениями суммарной заболеваемости (Брейтовский и Некрасовский). Смертность от активного туберкулеза максимальна в Брейтовском и Гаврилов-Ямском районе.

Таким образом, относительно благополучные, с точки зрения УР в целом, территории могут иметь существенные проблемы, в частности, в состоянии здоровья населения. Необходимы дальнейшие исследования в области анализа и картографирования взаимосвязей экологических и социально-экономических факторов УР.

Охрана и использование природного наследия становится в последнее время одним из наиболее актуальных направлений устойчивого развития.

Создание карты охраняемых природных территорий (ОПТ) Ярославской области являлось не только средством отображения их пространственного расположения, но и средством территориального синтеза геоинформации. Первым его этапом является этап упорядочения стихийно сложившегося набора ОПТ с помощью классификации по типам и размерам территорий, которая легла в основу легенды карты. После типизации существующих ОПТ и анализа новых предложений по их набору была составлена "Карта охраняемых природных территорий Ярославской области" (1:500 ООО). Для выявления связи природного и историко-культурного наследия на карте показаны зоны различной насыщенности историческими памятниками. Анализ карты показал, что наиболее разнообразные и многочисленные совокупности памятников природы приурочены к наиболее освоенным районам, причем большое значение имеет историческая освоенность территории. Другой проблемой является то, что сильно освоенные территории, как правило, и сильно деградированы.

В процессе картографического анализа выявились задачи выделения и формирования территориального "каркаса" устойчивого регионального развития. Необходимо было дополнить (функционально, содержательно и по площади) существующие охраняемые территории, устранить территориальные диспропорции, увеличить долю типичных для региона ОПТ. Для этих целей в Гаврилов-Ямском районе Ярославской области было осуществлено не только составление крупномасштабной карты ОПТ (1:50 ООО), но и формирование с помощью картографического анализа территориальной системы ОПТ. Составление карты на основе собранной геоинформации из различных типов источников и собственных полевых исследований потребовало осуществить упорядочение объектов по типам и оптимизировать их по территории. Последнее диктовалось своеобразием территории района и экологическими проблемами (повышенный радиа-

ционный фон почвенного покрова, высокий уровень заболеваемости населения), присущими данному району.

Картографический анализ расположения как утвержденных, так и перспективных памятников природного и историко-культурного наследия района показывает безъядерность существующей сети ОПТ. Поэтому предложено на базе охотничьего заказника в южной части района, сформировать ядро системы ОПТ (ландшафтный заказник). Другим принципиальным предложением стало выделение ландшафтно-исторического заказника в районе слияния рек Которосль и Лахость с большим количеством местообитаний ценных видов фауны и археологических памятников.

В результате проведенных исследований было установлено:

1. Анализ и интеграция геоинформации для целей картографирования требует оценки свойств геоинформации и преодоления информационных барьеров.

2. Картографирование вопросов УР является перспективной ветвью эколого-географического картографирования.

3. Оценка существующего геоинформационного обеспечения (на примере Ярославской области) показывает его неадекватность (по структуре, полноте и качеству) потребностям картографирования УР.

4. Предложена структура регионального (областного) атласа УР, включающая компонентный, проблемный и обобщающий (интегральный) разделы, на основе разработанной системы показателей УР.

5. Показана возможность картографического анализа УР и создание атласа УР на региональном (областном) уровне с привлечением имеющейся геоинформации. В первую очередь может быть осуществлено создание карт интегрального раздела (общей антропогенной нагрузки на природную среду, состояния природной среды, эффективности хозяйства, социального благополучия населения, здоровья населения).

Основные положения диссертации представлены в работах:

1. О некоторых подходах к формированию ГИС для целей проектирования // Эколого-географическое картографирование и оптимизация природопользования в Сибири. Вып. 3.- Иркутск: ИГ СО АН СССР, 1989,- с. 156-158. (соавтор Е.Ю. Колбовский).

2. Информационное обеспечение задач охраны и управления водными ресурсами малых рек Верхневолжья // Изменение природных комплексов в результате антропогенной деятельности.- Тверь: Изд-во Твер. ун-та, 1993,- с. 18-28.

3. Некоторые проблемы геоинформационного обеспечения экологических исследований территорий ранга областей // Геоэкологические аспекты хозяйствования, здоровья и отдыха. Тез. докл. межгосуд. научн. конф. Ч. 2.-Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1993,- с. 183-185.

4. Освоение геоинформационных ресурсов в практике природопользования и экологических исследований: опыт анализа (на примере Ярославской области) // Тез. докл. III конф. молодых ученых ЯГПУ,- Ярославль: Изд-во Яросл. гос. пед. ин-та, 1994.- с. 110-112.

5. Предложения по социально-гигиеническому мониторингу // Инф,-аналит. бюлл. Яросл. обл. центра Госсанэпиднадзора. - 1994. - N 4.- с. 6-7. (соавторы Е.Ю. Колбовский, B.JI. Рохмистров).

6. Об информационных барьерах, препятствующих интеграции геоэкологической информации в ГИС // Матер. ГИС-форума,- М., 1994,- с. 15-16. 7. Формирование систем информационного обеспечения природопользования и охраны окружающей среды в регионах: тенденции и проблемы // Обз. инф. Пробл. окружающей среды и природных ресурсов / ВИНИТИ,- 1995. - N 6,- с. 28-38.

8. О системности свойств географической информации // Деп. в Вестн. МГУ. - 1995. - N 5,- 14 с.

9. Картографирование устойчивого развития // Матер, междунар. конф. "ИнтерКарто 3": ГИС для устойчивого развития окружающей среды. - Новосибирск, 1997.- с. 428-441. (соавтор B.C. Тикунов).