Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка антропогенного воздействия на природную среду с использованием космических снимков и ГИС

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Оценка антропогенного воздействия на природную среду с использованием космических снимков и ГИС"

Р-ГЗ од

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИЙ 1 5 ИОН 1393 И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

ГЕОГРА'МЧЕСКЩ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи

ГОТОВА Ольга Ивановна

ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДНУЮ СРЕДУ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ и гис (на примере Среднего Приобья и Прибайкалья)

II.00.II - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук.

МОСКВА - 1993

Работа выполнена на кафедре рационального природопользования географического факультета Московского государственного университета их. М.В.Ломоносова : Научный руководитель - доктор географических наук,, профессор

В.С.ТШНОВ

Официальные оппонентй - доктор географических наук,

старший научный сотрудник В.И.КРАВЦОВА; . кандидат географических наук, старший научный сотрудник В.А.СЫСУЕВ

Ведущая организация - Государственный институт прикладной

экологии Министерства природопользования России

Защита состоится 02 декабря 1993 года в /5 час OOvm. на заседании физико-географического специализированного совета при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: II9899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГ7, географический факультет, 18 эта*, ауд. 1807.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21-м этаже. •

Автореферат разослан x2.H0/}(fh/t 1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат географических наук

Т.И.КОНДРАТЬЕВА

Актуальность. Космические снимки и геоинйормациокные технологии играют весьма важную роль в своевременном обеспечении пользователя достоверной,' полной и комплексной информацией о состоянии окружающей среды. Как правило,-на начальном этапе создания П1С редко определяется содержание карт, входящих в нее не только как части базы данных, но и являющихся результатом обработки. В то же время такой подход имеет большое значение для упрощения и стандартизации работ по проектировании ГИС. Важно разработать, такую тематическую структуру, основные особенности которой можно было бы применять для любого региона. Выбор регионоз для такой разработки целесообразно осуществить по принципу контрастности природных и хозяйственных условий.

Антропогенные изменения природной среды вызываятся различными видами деятельности и имеют различный характер. Сни могут обладать или не обладать свойством ¿юто'Ьизиономичности, т.е. . .' отражения на снимках. Включение в ГИС неЪотоЫзиономичных данных о состоянии окружающей среди и их сопоставление с данными космических изображений также является направлением, актуальным для геоин{юрматики,, организации подспутниковых экспериментов и мониторинга окружающей среды.

В основу диссертационной работы положен анализ двух контрастных регионов Сибири - Среднего Приобья и Прибайкалья (его бурятской части). В первом случае преобладающим! типы.« и гру-■ ппами ландшафтов являются среднетаежныэ низменные моренные и ледниково-морские равнины области среднечетвертичного оледенения с одним преобладающим, типом хозяйственной деятельности -нефтяной промышленностью и транспортировкой нефти; во втором -наблюдается большое разнообразие как ландшафтов (среднетаежные и южнотаежные куэстовые гряды, внутригорные впадины, складча-

то-глыбовые и глыбовые горы на докембрирских структурах и гранитных интрузиях, центральноазиатские степные лавдшаЛты во внутригорных впадинах и горах окладчато-глибовых), так и хозяйственной деятельности (транспорт, лесная промышленность, • сельское хозяйство, целлюлозо-бумржнад и угледобывающая промышленность, рыболовство и др.)Койтроль за экологической об- • становкой важен для обоих регионов: в Среднем Приобье .воздействие нефтяной промышленности на природную среду достигло очень больших размеров; в Прибайкалье природоохранное направление традиционно актуально в связи с уникальностью Байкальской сис-. темы, .

Цель и задачи исслелования.Целью диссертационной работы явилась разработка методики комплексной оценки антропогенного воздействия на природную среду изучаемых регионов, отражающихся и не отражающихся на космических снимках, с использованием геоин^ор-мационных технологий. _ ' '

В соответствии с поставленной целью реааякоь следующие основные задачи: •

Г. Разработка тематического содержания и- структуры.блоков ГИС , на основе данных космических снимков, обеспечивающих паи-* бслыаую степень пространственной увязки информации»

2. Разработка технологических схем оценки антропогенного воздействия на природную среду с использованием КС и ГИС.

3. Разработка методов совместного использования космической информации (отражающей преимущественно механические воздействия) и блока геохимических данных (отражающих изменение геохимического фона) в геоимЪормационноЯ система.

Исходная информация и методу исследований. Исходными материалами в настоящей работе послужили космические снимки серии "Космос" 1977-88 гг. масштаба 1:275 ООО и увеличенные до масштаба 1:70 ООО на территорию Среднего Приобья и снимки 197890 гг. масштаба 1:1 ООО ООО и увеличенные до масптаба 1:500 ООО на территорию ПрлбаРкалья. Использовались как спек^розоналыше отпечатки (в цветном варианте - печать за тре;ля гяльтрами), тал и черно-белые отпечатки многоканальной и интегральной съемок.

На территорию НрибаГкалья были использованы в качестве фактического материала количественные данные по концентрациям химических элементов (преимущественно тяжелых металлов), полученные в результате обработки 77 проб почв (органический горизонт) и 91 пробы растений (хвоя деревьев и лтппайшки). Пробы отобраны при ввиамаршрутном исследовании местности в августе-сентябре 1988-89 гг. Обработка проб осуществлялась методой атомной абсорбции по 10 элементам (Cr ,IHn,FerG> »Sr»£«t»üi.,Si»ife) и методом спектрального анализа такка по 10 элементам (ß ,V ,£г ,Ми, Со »Aii «M«>iCu. (В )• Методом ГКСА обрабатывались только пробы почв.

Из .прочих источников были использованы топографические карты, карты серии ."Северное Прибайкалье" (почв и растительности) ы-ба 1:500 ООО, составленные в Госцентре "Природа" совместно с ИГ 00 РАН, Фрагмент ландшафтной карты, составленной A.B. и Т.В. Амелиными в Госцентре "Природа", Инженерно-геологическая карта СССР масштаба 1:2 500 ООО Мингео СССР, ряд других карт, фондовые и литературные.источники. .

На разных стадиях выполнения работы использовались следую-• щио методы, соответствующие етапаи технологических схеа: - дешифрирование по космическим снимкам ланцпаЯтов, антропоген-. ных объектов и видов антропогенного изменения природной среда;

- составление карт на осаопо обобщения схем дешифрирования;

- работа со стандартными операциями с базой данных геоин$ориа-'ционной системы ARC/IKFOJ

- уатеиатико-картогра|ичвское моделирование с првшененкеы алгоритмов типологической класги^икацяи.

Научная новизна. В результате проведенных исследований на ко- . нкретннх примерах впервые разработана технологические схема оценки антропогшиого воздействия на природную среду через серий тематических карт, которые возможно использовать как час-, tit т'-иатичсскор структуры ШЗ, так и самостоятельно. Впервые совместно лспальсовии метод структурного анализа природно-хо- . алПгтветшх объектов по космическим сииихаы и матекатичзсЕоП обработки геохимических дашиа для изучения антропогенного иэш-нашя геохимического фова. Приманена привязка геохимических денных к картам, составленным по космическим снимкам; Практическая зпаздшапть; Разработанная методика ысяет быть применена-для территориального планирования в регионах Среднего Приобья и Прибайкалья; ее осиовкыо особенности'применимы таксе для других регионов. Технологические схемы позволяет осуществлять быстрое построение прикладных вкологических корт, получать га-формацив и разрабатывать рехоиендшри и ротеиия по опэтаизадта прцродопользовашя ш основ? применения геогрс^гаосзой база даа-и«. Методу совместного анализа аэрояосмачесхой» картографической \i геохншгчсской ийорпецет могут применяться на станциях мониторинга. Но результатом исследований составлен ряд карт, которые могут бить использованы при выработке реазний по природо-

• пользования в изучшашх регионах.

"Апробация габотн. Озноввдэ результаты дкссертсцямиоЯ работа были обсуздшш на сскшерах в Госцеятрв "Природа" в 1990-91 гг.;

диссертационная работа доложена на заседании каФвдры Рационального природопользования Географического Факультета МГУ в Феврале 1993 г. Материалы диссертации были обсуждены на семинаре по геоинфюрматике в Московском филиале Географического общества в апреле 1992 г., были использованы в совместном докладе ряда сотрудников Госцентра "Природа" и МИИЗ на Всесоюзной конференции "Региональные биосферные и экологические исследования космическими средствами"в Звенигороде в апреле 1990 г., а также были использоваш в совместном о В.С.Тикуновым докладе на Меядуна-родной конференции "Еврокарта - К" в Брно (Чехо-Слования) в марте 1991 г.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст изложен на 180иапинопискых страницах, дополнен рисункам:!. Список использованной литературы включает '!&£ наименований, из них 30 - на иностранных языках.

Автор выражает особую благодарность кандидату географическое наук А.К.Квдогашовой за постоянное внимание и поддержку работы о 1989 г. Автор благодарит кандидата географических наук Т.А.Воробьеву за ценные консультации и кандидата географических наук Т.М.Красовскую за консультации и помощь в работе. Автор признательна Т.Г.Суховой за помощь в определении концентраций химических элементов и Д.Ю.Терентьеву - за помощь в работо на ПЭЕЫ РС АТ.

. . ООДКРШИВ РАБОШ

Глава I "Методы оценки и картографирования антропогенного воздействия на природную среду о использованием космической информации" содержит обзор существующих работ в данной области исследований. Направления подобных работ могут быть как отраслевыми, так и комплексными. Из отдельных видов воздействий человека на природную среду наилучшим образом определяются по космическим материалам

воздействия, изменяющие структуру ландшафта (вырубки, искусственные водоемы, горные выработки, городские лаадиа^ты, дороги, мелиоративные сооружения и пр.). Воздействия на геохимически? <?он могут быть отдеши^рированы в некоторых случаях - например, выбросы промышленных предприятий, мутьевые потоки,' пылевые и дымовые загрязнения, эвтро^икация" водоемов, осаждение загряз-. . нений на снежном покрове, загрязнение нефтью по снижению отражательно? способности почв или, наоборот, осветлению <*отстона на водной поверхности (Григорьев, Гладкий, Ягья, 1985,1990; Лютый, Малахова, 1987; Андроников, Симакова, 1989 и др.).

Для наиболее полном представления о характере антропоген-нных воздействий на природную среду предпочтительнее использовать комплексный подход. В работе рассмотрены метода лащша$-тной индикации, основанный на определении антропогенных воздействий по особенностям мор*юструктуры ландшафта, химических и Физических свойств (Дончева, Калуцков, 1978, 1985, 1986, 1959; Востокова, Сущеня, ШеЕЧенко, 1988 и др.), а также првродно- , хозяйственного районирования, основанного на морфологическом или структурно-текстурном принципе вццедения природно-хозяйст-венных систем по изображениям и тематическим картам (Невязский, •1975, 1980; Чепурко, 1981; Воробьева и др.,(1988, 1990 и др.). Исследования зт!жи методами проводятся с помощью космической информации..'

«При оценке антропогенных воздействий на природную сроду ваяны таотео лаедша^гно-геохиыические метода, рассматривающие совокупности местных лаадиа^ов, находящихся в одном бассейю • стока на разных гипсометричесюос уровнях как каскадные ланд--ша*тно-геохиыические системы (Глазовская, 1385, 1983, 1976 и др).

Несмотря на то, что лавдлаАтно-геохимические метода предпот лагаот учет лсядза^тных особенностей,'применение дистанционных изобрыгеда!» .в них является неразработанным направлением.

В главе 2 "Географические информационные системы - понятие, ис-' пользование и основы обеспечения данными" рассматриваются сснов-)ше вопросы применения геоинформационных технологий для решения задач оптимизации природопользования и создания баз данных, в т.ч. с использованием космических материалов.

В области природопользования с помощью ГИС, наиболее развитых в странах Северной Америки, Западной Европы и Японии, решаются саше разнообразные задачи на трех иерархических уровнях -локальном, региональном и глобальном. Эти задачи включают в себя использование, управление и мониторинг отдельных видов природных ресурсов и мониторинг территорий с учетом комплекса природных уоловий и'ресурсов.

Основные виды информации в ГИС - карты и изображения. Хорошо развитые базы данных позволяют сочетать и обрабатывать одновременно как векторные картографические, так и растровые дистанционные данные. Дистанционные данные используются как средство обновления картографических баз данных, а такяе как-основа для размещения данных и получения новой информации.

Географическая информация распределена по земной поверхности в виде полей географических явлений; для ев представления в ГИС используются территориальные единицы, которые могут быть

представлены в виде абстрактных сеток геометрических Фигур или

»

в виде различных контуров, реально существующих на земной поверхности. Д действующих ГИС в качестве территориальных единиц, внутри которых собирается, моделируется, и оценивается географическая информация, используются административные подразделения, ба-ссеГяш поверхностных и подземных вод, ландшафты, категории застройки, категории землепользования, территориальные системы сельского ландшафта, агроэкологические зоны, урбано-экологичес-кие ландшафтные единицы, антропогенно-природные системы. Часто

они выделяются с помощью изображений.

Глава написана на основании работ Сзрбенюка С.Н., Тикуно-' ва B.C., Копшарева A.B., Гарелика И.С. и др., зарубежных публикаций и материалов международных конференций. Составлено 3 таблицу: "Задачи рационального природопользования и охраны окружающей среды, решаемые географическими информационными системами. в зависимости от их уровня", "Интегрированные географические информационные системы", "Геоинформационные системы, использую- ' щие космические снимки с дополнением другими данными". Глава 3 "Региональные особенности природы, хозяйства и антропогенного воздействия на природную среду изучаемых территорий" написана с использованием публикаций Глазовской М.А., Козина В.В., Дьяконова К.Н., Будькова С.Т., Ильиной Л.Н., Кузьмина В.А., Исаченко А.Г. и др., а также на основании изучения космических снимков и привлечения Фондовых материалов.

Промышленные месторождения нефти Среднеобской провинции Западно-Сибирской равнины приурочены, к куполовидным поднятиям платформенного чехла, состоящим из юрски* и меловых отложений. Болотные лаедзаФ>ты ягляэтея индикаторами прогнозируемых тектокиче-сюгх структур. Болота играют важную роль, являются аккумуляторами влаги, регуляторами стока,'поглотителями вредных веществ, {фойе болотных, распространены среднетаежные ландшафты с темнохвой-ными лесами. Регион богат водными ресурсами, однако воды содержат бользоа количастзо органики, обладают низкой способностью к самоочищения.

Тюменская нефть бьша открыта в 1959 г.; разведка проводилась в 60-е гг., освоение и вкешхуатация активно проводились в • 70-80-х гг. Крупнейаее Самотлорское месторождение дало наибольшее количество неФти в 1980 г. (1968 - I млн т; 1969 - 1.35, 1971 -10; 1975 - 50; 1979 - 130; 1980 - 155; 1985 - III; 1986 - НО).

Добыча нефти уменьшается с одновременным увеличением количества скважин (добывающих и нагнетательных соответственно в 1982 'г, - 4384 и 1106} 1983 - 4802 и 1175} 1984 - 5655 и 1109; 1985 - 5845 и 1336; 1986 - 6874 и 1534).

Антропогенные нарушения природной среды на местороадежях глубоки и захватывают все компоненты ландшафта. Механические воздействия связаны со строительством сооружений, уничтожением почвенно-растительного покрова, изменением рельефа, развитием линий Л.сетей транспортных сооружений, перемещением подземных вод и изъятием нефти из внутренних слоев (до 3000 м в глубину). Они приводят к деформациям зешой коры, активизации эрозионных и мерзлотных процессов, выносу почвы и грунтов в водоемы. Воздействия на геохимический фон связаны с авариями на станциях перекачки и нефтепроводах, скитанием не'ли и попутнкх газов в Факелах, перемещением подземных вод в разные горизонты и попаданием на поверхность высокоминерализованных термальных вод вместе о извлекаемой нефтью. По космическим снимкам определяются механические нарушения на поверхности земли и такие воздействия на геохимический фон, как разливы нефти и вод, горение Факелов.

В диссертационной работе исследовалась территория Прибайкалья, расположенная в пределах Республики Бурятия (Северное, Восточное и Южное Прибайкалье).

Территория Прибайкалья в палеозое и мезозое пережила длительный период платформенного развития и затем была возращена интенсивными неотектоническими движениями. Для нее характерно чередование обширных межгорных котловин с горный хребтгыи и нагорьями. Климат определяется северо-западным переносом воздуха, влиянием горных хребтов и близостью Байкала. Система Еа?ка-

ла обладает очень высокой негэнтрогш^ностью и оказывает подобное воздействие на водные ресурсы всего региона. В то же время высокая замкнутость биогеоценоза Байкала обусловливает высокую чувствительность к антропогенным воздействиям. Природные ландшафты очень разнообразны - от гольцовых лишайниковых тундр до злаково-разнотравных степей в котловинах.

Хозяйственная деятельность также разнообразна рак по своим видам, так и по длительности. Традиционные отрасли - добыча драгоценных металлов и самоцветов, лесных богатств, рыбы, скотоводство, овцеводство, коневодство. Структура хозяйства изменилась во время строительства БАМ. 'функционирование магистрали сдерживается недоучетом природных условий при строительстве, прежде всего сейсмичности. Для обслуживания строителей были расширены сельскохозяйственные 'земли. В Прибайкалье велика роль лесной промышленности - рубки зачастую располагаются даже в экологически неустойчивых местах, на горных склонах. В Южном Прибайкалье расположены три предприятия, сильно влияющие на экологическую . обстановку - Байкальский целлюлозо-бумашшй комбинат, Селенгин-ский целлюлозо-картонный комбинат и Гусиноозерскпй угледобывающий комплекс.

Очагов интенсивного воздействия на природную сроду в Прибайкалье не так много, но они разрушительны - претде всего комбинаты, вызывающие усыхание древесной растительности и болезни людей в результате кислотных выбросов; испарений с поверхности очистных сооружений.. Байкал повышает свою минерализацию в связи с антропогенным воздействием, загрязнения не выносятся за его .пределы. Они происходят также в результате Функционирования ко- тельных, транспорта. Из изменений в результате механических воздействий отмечаются эрозия водная и ветровая, осыпи, микросели и огшдашы, уничтожение растительности, карьерные нарушения.

В рамках настоящей работы по Прибайкалью проводилось изучение обп?сс региональных- особенностеГ: изменения природного геохимического фона. Для дешифрирования источников воздействия были использованы космические материалы до масштаба 1:200 ООО, на которых отдельные вида воздействий не столь заметны. Из механических возде?стви? и вызванных ими изменений на снимках отражаются вь-рубки, гари, характер восстановления лесов, дефляция пашен, дигрессия пастбищ, мутьевпе вшосы в Байкал, эрозия, карьеры добывающие или строительные, дороги, населенные пнисты, из химических - выброси комбинатов, угнетение растительности в результате выбросов. Отражается такке задымление воздуха при по-яарах.

В главе 4 "Принципы и метода проектирования геоин<?юрмационноЛ систеш по космическим снимкам (на примере Среднего Прнобья)" . рассматривается источники информации для оценки антропогенного воздействия на природнуп среду в ГУ.О, тематическая структура Г'ЛС, особетшости ин'ормащонтк блоков и технологические схемы построения карт.

Структура тематического содержания ГИС подобна тематической структуре атласа, тйюркация в котором хранится не на бумаге, а в базе данных. Техническое и математическое обеспечение П1С позволяет храшть информации в виде слоев (отдельных карт) и покрытия (элементов содержания) и сопоставлять и строить производные карты в любой момент исследования, Йри этом информация наилучшим образом увязана по координатам; исключена возможность смещений; при вводе нового картографического слоя специальные программы вь-равнивают контура относительно базовых карт.

Структура тематического содержания в обз;ем виде представлена следутерш образок:

Тематические блоки

Физико-географические "условия и природные ресурсы

Динамика и прогноз изменений природной-среды

Хозяйственная_

деятельность

Природно-'хозяРственные системы

►Антропогенное изменение_

-природной среды

Оценка хозяйственной деятельности и рекомендации по природопользованию

В главе 4 рассматриваются особенности создания блоков о природных условия*, хозяйственной деятельности, природно-хозяй-ственных системах и антропогенном изменении природной среды. Создание этих информационных блоков выразилось в создании карг по космическим снимкам и включении их в базу данных ГИС. ARG/ INFO. ' '

Характеристика антропогенного изменения природной среды была проведена основе карты природно-хозяйственных систем, которая была построена двумя вариантами - с использованием лайд-шаФтно-падрологического и ландшафтного подходов.

Карта хозяйственной деятельности оставаясь неизменной в обоих вариантах и была построена путей обобщения схемы дешифрирования онтропогенных объектов по принципу структурного единства Функциональных областей месторождения. ' Вида хозяйственной деятельности отражены на карте (рис. I).

Моделирование природно-хозяйственных систем с применением левдзаФтно-гидрологического подхода было осуществлено в масигга-бо 1:275 ООО. При этом использовался метод оверлея в ГИС (т.е.

совмещения покрытий и слоев, записанных в векторном формате, а также метод моделирования типологических характеристик, основан- . ный на кластерном анализе.

Сущность лакциа*тно-гидрологического подхода к показу природной составляющей 11ХС заключается в том, что в качестве целос-•тных образований рассматриваются ланцша'М'но-гидрологическио системы, основанные на закономерностях взаимодействия гидрологичес-■ ких процессов и природных структур разного уровня и типа.

'Для построения карты природно-хозяйстветшх систем был осуществлен оверлей карты водосборных бассейнов с картой хозяйственного использования, и качщый вид ел, полученный таким образом, 'пр!шят за территориальную единицу. В каждой из них по космичес- , ким снимкам были определены следующие ландпафтные показателе и. показатели проявления антропогенного воздействия на природную среду? площадь выдела, кгР; густота речной сети, км/юР; рзер-ность, заболоченность, лесистость, И; эрозионное расчленение (баллы); доля площади антропогенных объектов, Я; разливы нефти я термальных вод, просадки грунтов (баллы). Наилучпим вариантом был признай вариант из 12 групп, которые и явились характеристи- • каш прирсдко-хозяйственных систем.

Лаэдха^тко-гидрологический метод имеет бесспорнее преимущества с точки зрекая оценки изменения геохикичесигх параметров, при районировании в мелком ыасСгабе. Однако он имеет недостатки при типологических классификациях, т.к. данных по пртойдшл условиям мало и их надо специально определять после сбздаия карГ.

ты водосборов, В этом отношении в качестве основы преДставлшгся идеальная лаадга^тные карты, т.к. они содержа! информацию о всех компонентах природной среды. 3 случае использования ягвдпафтной карты отпадает необходимость в построении промежуточной карты в ГНС, создастся возможность простого построения карты ПХС.

Технологические схемы моделирования ПХС выглядят следующим образом:

I. Технологическая схема моделирования ПХС с использованием ландпа'Тггко-гндрологичоского подхода.

Космический сшшок деаэрирование, составление

1. К^гта антропогенных объектов.

составление синтетической • карты

2. Карта хозяйственной деятельности.

-оверлей

4. Кат>та хозяйственного использования водосборных бассейнов.

Космический снимок +■ топокарта

дешифрирование, составление 3. Ка^та водосборных бассейнов..

c:\-.i

. моделирование по алгоштму у типологической классификации

5. Карта природно-хозяйствен-" них систем.

2. Технологическая схема моделирования ПХЗ с использованием лавдла^тного подхода.

Кос;л1ческиЯ снимок де^и^оирование, составление

1. !'Хта антропогенных ' объектов.

составление синтетической карт*|

2. Каота хозяйственной деятельности.

-оверлей

5. Ка|ла приоодно-хозяйствен-ных систем.

Выбор той или иной схемы зависит от масштаба и задач исследования^ Технологические схемы увязаны с тематической структурой ГИС.

Космически Г1 снимок

дешифрирован;«, составление

3. Ландаафтная карта.

генерализация

4. Ландшафтная основа.--

Основным информационным блоком проектируемой П'С является блок антропогенного изменения природаоЯ среды. СИ вотолняет главное назначение систекы - обеспечение оценки антропогенного воздействия иа природнуп среду. В этот блок включается »«формация о разных явлениях.

Прежде всего, облик эешоЯ поверхности из пеняют объекты хозяйственной деятельности, которые уже рассматривались а соот-ветствуэдем блоке кал составная часть прнродао-хоэяЯствскных систем. Эти объекты тождественны источникам антропогенного воздействия на прироя!ув среду. Объекты следствия хозяйственно!? деятельности характеризуется непосредственный воздействием ваточника на окруяаючуо среду, неразрывно связанным с характгрои хозяЯственноЯ деятельности (вырубки, разливы нефти, выброс продуктов горения газа в атмосферу и пр.). Объекты реакции геосистем на антропогенное вмеиательстао характеризуют изменения, происходящие в геосистемах как отклик, часто передещкйся по цепочке разным компонентам природной среды. Такими изменения«* является, например, овражная эрозия, заболачивание, евтрофика-цигт фятоценозов, морфологические изменения растений и пр.

По результатам проведсикх исследования составлена карта (риг. I), на котороЯ отрапсяа информация о природчо-хоэяЯетв&ч-иых с истеки зг, антропогенном воздействии на природную среду и изменении растительности в результата этого воадоЯствия. Эти характеристики привязаны к карте природяе-хсзяйствекних систем, составленной в ГИС методой оверлея на ландвафтноЯ основе. Карта составлена иа фрагмент северо-западного учжстка Ся^стлор*,'-кого «эсторождсния в масштабе 1:70 ООО. В оритегальчом м*© карта имезт иатричяую.легенду и итряловую нагрузку па зтдгяь» воздействиям, • которые не покзеяы не рисунке иэ-зэ недостатка тгдаическгас средств.

Приролно-хозяйствен- Антропогенные воз-ноя система действия на приро-

<yti среду

Изменение растительности

Станции перекачки но-" фти на дренированных залесенных участках их горения ель дер.и лишай. Транспортные сооруже- Подтопление или пе-Гибель лесов,пения на дренированных ------------ -----

залесенных участках-Добыча нефти на дренированных залесенных . участках

¿агр. теплоное.не- Усыхание и опа-фты>,газом и прод, дение хвои.гиб-

реосуяение,загр.не-рестройка фито-Фтыо,водами, Тм ценозов Просадки,иэм.гидро-Усыхание древос-режима.загр.нефтью,тоев,задержка _ . водами,Та,раствором вегетации,угнет

Разведка территорий на Сведение раститель-Обеднение сооб-дренированных залесен- ного покрова, ентр-ществ, снижение ных участках спог.микрорельеф устойчивости

5 Станции перекачки неф- darp.тепловое, не- Усыхание и гл-ти на склонах с mpar- фтью.гааом и прод- бель древостоев местами лесов и Солот уктаыи их горения и лиаайников

6 Транспортные сооруже- Подтопление или пе-Коренная перест-ния на склонах с Фраг- реосувенчв, загрязн. ройка фитоцено-ментами лесов « болот нефтью,водами, Td эов.рЕзв.топей

7 Добыча нефти на скло- . Просадки.изм.гидро-Усыханиа древос-нах с фрагментами лв- режима,загр.нефтью,тоев,морфологич. сов и болот вода ни, раствором и веретац.изм.

в Разведка на склоках с Сведение растител'ь-Выпаденио абоп. Фрвгм. лесов и болот ного покрова эл-тов сообшеств

9 Станции перекачки неф- Загр.чепловое,цеф~ Усыхание и гит* на болотистых во- .ты>,газом и продук-бель растет« дореаделах тами их горения

10 Транспортные сооружв- Подтопление или пе-Евтрофикепия.юани* на болотистых во- реосуаение,загрязн.эрувение торй.

тт C°6a3gejra? „ нефтью,водами,гМ уничт.дилайников

11 Добыча нефти на боло- Просадки,эагр!неф- Гибель видов.мо-тистых водоразделах тью,водами,ТМ и пр.рфологич.измен.

и Разведка на ■болотис- Сведение раститель-Обемение видов ш водоразделах ного покрова гибель липайник

13 Добыча нефти в аква- Просадаи.загр.неф- Евтрофикаодяги-ториях озер тью,водами,ТЙ и пр.бель 1ор.видов

Рис. I. Антропогенное воздействие на природную сроду и изменение растительности. Самотлорский участок.

Глава 5 "Совместное использование дистанционных и геохимических данных в ГИС (на примере Прибайкалья)"посвящена геохимическому блоку и его месту в системе оценки антропогенного воздействия, основанной на дист?,нциош?ой информации, его соотношения с дистанционным блоком.

Ва-пюсть включения в ГИС геохимического блока объясняется тем, что на КС непосредственно отражаются лишь зоны структурной и биотической перестройки, а зона геохимического воздействия значительно шире и ее наличие является индикатором негативного воздействия в том случае, когда не работают метода дешифрирования. На изучаемой территории представляет интерес на только изучение антропогенного изменения геохимического.Фона, по и его природ1 шх особенностей, т.к. хозяйственное освоение некоторых территорий Прибайкалья (особенно соверши) не вызывает в настоящее время сильны* негативных воздействий на природную среду, но предпосылки для этого имеются при освоеши горных районов с вкеоюает природными концентрациями тяжелых металлов. Природный геохимический. фон в Прибайкалье зачастую резко изменяется даже «га небольпой территории.

Для изучения особенностей геохимического Фона и его изменения в регионе в целом были рассчитаны средние концентрации хишI-ческях элементов а почвах и растениях. Оценивалось вся совокупность дкгшх и их разделение на природный и субпркродный фон (т.е. испытавший опосредованное воздействие антропогенных источников) п измене!шыЯ фон территорий с наличием источников антропогенного поступления вещества. В таблица?: I и-2 пркзеденн региональные кларкозне концентрации химических вяемияоа т> лот?» и. растениях, т.к. они выведай из значений кскцснтр®ц;.й мпкш-тоз в различных точках Прибайкальского региона/. ■д. . ' • .

Таблица I.

КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВАХ ПРИБАЙКАЛЬЯ, мг/кг

Элемент

ТГ" V Сг

Мл

Ре

Со

№

Йг Мо (И Си

Ы Рв

И от од определения С

126 46

4.2 538 528 6746 13 . 4.9 26 8.9 20

2.3 0.2 53 10 75 31 29 7

гегиональшв». *он

иуоприродныя идаооизмёнённын *он ■ <*он_

"та

тШ

.34-320 20-100 0.2-11.4 220-1600 15-2343 108Г-16256 5-55

0.4-24.5 5-37 • . 1.3-34.8 0.5-109 • 1-19 0-0.6 11-520 1-28 • - 50-200 5-49 14-46 2-31 ■

1'Ко'А

1Н0А

1кса

аа

гкса

аа

аа

гкса

аа

гкса

аа

аа

гкса

аа

гкса аа 1Ш аа

гкса

ал_

25-320 17-100 0.2-11.4 60-1600 15-24-13 1081-16256 3-55

0.4-24.5

3-37

1.0-37.5

0.5-109

1-19

0-0.9 '

3-520'

1-28 10-200

4-147 10-100 1-31 •

104 37 3.4 510 500 6221 10 4.7. 16 8.4 19 2.2 0.2 26 7 70 40 30

5_

25-190 147 17-74 54 0.6-9.0 4.9 60-1300 571 20-2443 558 2851-12270 7320 3-18 16 0.8-14.8 5.2 . 3-27 36 1.0-37.5 9.4 0.7-105 21

1-6

0-0.9

3-80 2-23 10-110

4-147 10-100

1-10

2.4 0.2

79 14

80 20 28 10

. Таблица 2,

КОНЦЕНТРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАСТЕНИЯХ ПРИБАЙКАЛЬЯ, ыг/кг (метод определения С - атомная абсорбция).

алеыент негиональнгя лон

К

Со

В

сл

Си йь

4

Иг

519 . 397 0.3 1.6 7.6 0.1 3.6 48 2.1

да

12-2618

19-388*/

0-0.4

0-7.6

0.1-41

0т0.5 1.0-11 11-152 0-17

дуопт-'иродН1.тр фон

(1% ш

ш.

-Т7Г-660 652 0.6 2.2 8.7 0.04 •4.2 46 3.3

.ДЙцДЙ!д_ и-Ь.4 20-2618 52-о387 ■ 0-3,4 0.2-7.6 0.3-34 0-0. Г 1:8-11 15-137 0.5-17

413 206 0.2 1.2 7.2 0.1 3.2 48 1.2

12-1333 19-1360 0-1.1 0-5.5 0.1-41 0-0.5 1.0г7.2 11-152 0-5.2

Рассмотренные елеырнты подразделяются на группы в зависимости от изменения концентраций в результате антропогенного, воздействия на природную среду:

1. Элементы, значительно повышающие концентрации в связи с антропогенным воздействием (более чем в 2 раза) - медь (почвы), хром, келезо, кобальт, свинец (растения).

2. Элементы, незначительно повшакидае концентрации в связи

' с антропогенным воздействием (в 1.5-2 раза) - ванадий, хром, ко-

бальт, никель (почвы), марганец, никель (растения). • ' 3. Элементы, слабо повшащие концентрации в связи с онтро-. погенным воздействием (в 1.1-1.3 раза) - бор, марганец, стронций, молибден, железо (почвы), стронций, медь (растения).

4. Элементы, не зависимые от антропогенного воздействия -ладмий (для почв и для растений).

.5. Элементы, концентрации которых'изменяются как в зависимости от- антропогенного воздействия, так и от разнообразия пра-' родного (Тона (до 2 раз) - цинк, 'свинец (почвы), цинк (растения).

Концентрациихимических элементов в почвах и растениях сравнивались. с 1иарковыми. В Прибайкальском регионе в органическом горизонте почв отмечается повышенное по сравнению с марками со- • • держание ванадия, молибдена, бора и особенно свинца кап в природных, так и в прародно-антропсгенных системах; пониженные конце-нтрацта характерны для хрома, кобальта, никеля и марганца, '¡Сон-. центрацил металлов в хвое и лишайниках превыпаэт кларки расти-

V

тельности континентов по кадмию и марганцу; низкие С характерны для хрома, кобальта, стронция, меди.

Задачи создания региональнойгеоин?ормационной системы для : Прибайкалья с -целью оптимизации природопользования требуют учета . как природной, так и хозяйственной обстановки, поэтому при изучении распределения концентраций химических элементов учитывались ведуище природные и антропогенные факторы ^оршфования геохимического фона. Данные били проанализированы по типам почв, по ти-, паи горных пород, по типа« и группам лшгдша^ов, по вод.осборглзл бассейнам, по породам хвойных деревьев/Наиболее апачт-гке • торы - ландша^тенй, бассейновый и хозяйственной (типы антропогенных лшщшоЛггов). Для растений набзаздоются сильнне различия кон-■■ центраций в хвое различных деревьев, причем ряд накопления элемо-

нтов шгледит следующим образом: кедровый стланик сосна а пихта ель • кедр л листве1шица. Наилучшим индикатором антропогенного воздействия на природную среду-является сосна, т.к. она произрастает в районах с разнообразными экологическими условия:.« и близка к источникам воздействия. В мостах интенсивной антропогенной нагрузки высокий коэффициент накопления техногенных элементов наблюдается также у кедр!а.

При анализе концентраций элементов в почвах и растениях в зависимости от вида антропогенной нагрузки выявлено, что в регионе основной загрязняющей деятельностью является транспорт, преимущественно автомобильный. Особенно сильное воздействие всех' видов транспорта наблюдается в районе трассы БАМ (до 20- . кратного превышения кларков). В целом антропогенное воздействие на пр!родную среду в Прибайкалье слабое, концентрации веществ в шггропого:шо::змененноу *оне не превышают региональных Марков более чем в,10 раз, а в.среднем превышают в 1,5-2 раза.

Применение природно-хозяйственного районирования значительно упрощает выделение ведущих Факторов накопления химических элементов'В природных телах. Природно-хозяйственные районы об'-наруаивяю* наибольшую контрастность распределения всех олемен-тов.

Но результатам обработки данных были построены карты распределения химических элементов в почвах и растениях. При расчетах использовался алгоритм многомерной шоговариантной типологии В.С.Тикунова, рассматривающий территориальше единицы, характеризуемые количественными показателями, как точки в л. -мерном пространстве и разбивают?^ их на некоторое число таксонов по степени.максимальной близости параметров в многомерном пространстве (в данном случае - по коэффициентам корреляции).. , Привязка данных по концентрациям элементов в почвах и рас- "" ' - -Г...... II- : "V

тениях осуществлялась к карте почв с нснесенккми на нее антропогенными объектами, к карта растительности таким ло образом н к карте природно-хозя^ственных систем. Все основы для привязки данных были составлены с использованием космической информации» Легевда карт имеет табличную форму и характеризует тип .распределения химических элементов, природные и хозя^стветшо особенности и Еолпчестпешке значения - средние концентрами элементов в каждом таксоне*

Наилучшим образом данниз по почвам и растительности сочетаются на карте природяо-хозяЯственных систем, составленной на • ЛЕВДна$тно*'Геохиыической оспэез с использованием КС (рис. 2). В процессе исследований не определялись концентрация химических элементов в травянистых растениях/ поэтому на карго степкш • лацдзаФгы хараяторязуюгея только концентрациями элементов (в данном случае - тяжелых кетаялоз) в почвах. В дакнем случае концентрация ТМ в почвах были определены методом' спектрального анализа, а в растениях - методом атомной абсорбции к Средние ко-центрзции в полупеяяих вцделгас сравнивались с нлархамн литосферы по А.П.Вгшогрздову (1962) и с концентрациями рзссепшза зло-ментов в сухой массе растительности хоятинентов ёо'В.В.Добровольской (1969). Сравнения полученных даг-ппя с кларяовыкя концентрациями показало, trro в цедйм в Прибайкальском региона и, в частности, в Баргузипсхой долине, каблпдается псвшедаос содержание свинца в биоте горнцх систем, преггсзпющгэ зеезсишсть распределения этого элемента от антропогенного воздействия ка природаув среду. Горше растения» кронэ того, •цакаляшкетт Hft. и /А . При наличия антропогенных источников воздействия iíc,v!q- ■ лео заметно гтсжгкугся концентрации Сх я отчасти Vtyu Концентрации бояыаинстза злеяентов ниже хларковис.

Полуздзшо карты распределении хкшчесгсс^ элементов в био-..

Сочетая^ _*ои1МКЕр<Щ|

таллов в почвах и рас*

1 - средние С в почвах я низклэ г в растениях ЦК-9.2);

2 - низкие С в почвах я спешив -в растениях с.повыв,: С Мп(£К«9,2)}

3 - повышенная С Си в почвах я кв<-зкиеС в растениях (£К«ПЛ);

4 - средние С в почвах я средние - в растениях с повиш. СМтСгК«П

5 - высокая С РЬ с низкими С

9)1

тальных Лв- ь почвах я низкие в растениях (£К-12.4);

6 - высокая С РЬ с низкими С ос- -тальных Ме в почвах я повышенные - в растениях ШМб.б); •

7 - средние С в почвах я повыгаи-ние - в растениях (2К-13.9) '

Концентрации тяжелых металлов в почвах ПХС

низкие (£К«3.8); 9 - повышенная С Мл я средние С остальных' 10 - повышенная С Си. я средние С остальных Не

Средние концентрации (С) тяжёлых металлов, уг/пг

в почвах ' * *оэ44мциднт (К) от>Т

по А .1). Виноградов; 1 ^' ' ВТ

в растениях

й Шш

07? 079 07Т 073 073 076 075

Т

49 _ "757 076 070

Вт? ~

073 59 641 077 076 70 07Т

_

077 075 070 Т70 7.4 II 15 47 074 072 073 075 10 18 131 96

076 073 278 Г7Г Й 24 34 8{

078 07? 077 Т70

Й, Ш

072 07Т 073 Т72 4.0 б!0 14 100 072 07Т 073 Т72

¡5 26 з5 те

078 07? 077 079 7Л I! 15 4* 07? 072 073 076 I* 26 3* &

077 073 078 170 10 18. 131 90 076 073 гТ8 Т7Т

70

Рш

078 075 31 355 07? 073 9 39 873 "075 079 10 46 —

8

и.ч и.э и. I и,|]

Й4 220 од ьо отг 373 071 075 073 0.6 221 0.2 1.7 3.2 073 079 072 07В 073

ытк 24

072 373 07Т 075 073

МШЫ1ЛЫ

073 079 07г 078 073 Ь7 4Й6 0Л ЗЛ 5Д 079 ТУ 077.Г75 075 М 4«« 0,7 24 54 079 Г77 077 175 075

не определялись

075 46 1Д 079 X? ¿8 2д) 075 078

,¿3 2,0

я-

Ряс. 2. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В БИ0ТЕ ПРКР0Д40-Х03ЯЙСТВЙШХ СИСШ. Участок БаргузияскоЙ долины.

тичесютх системах имеют значеше для оценки общего геохимического регаонального фона и влиянии на него антропогешшх источников загрязнения! воздействие которых в настоящее вре:/.я невелико. Карты составлены с использованием сочетания космических и геохимических методов картогра^ования.

.м

.В заключении сформулированы основные результаты и вывода, представляющие предает защиты*

1, Разработано тематическое содержание и структура блоков ГИС для осуществления оценки антропогенного воздействия на при-, родную среду на основе данных космичесмк ксяясов* Тематическая структура П!С включает в себя карты природных условий и ресурсов} хозяйственной деятельности, прародио-хозяйственных систем, антропогенного изменения природной среда, оценхя хозяйственной деятельности и рекомендаций» династии и прогноза изменений природной средн. Все эти карты состазлеш на единой основе

я увязаны меяду собой. V .

2. Разработаны технологические схемы построения карт при-родно-хозяйсгвенных систем в ГНС с использованием ландшафтного и лшдоафтно-гидрологического подходов к изобретение природно-хоэяйственных структур, В работе использованы операции с векто-. рной базой дщлшх и математико-картограФическсе' медашгровение на основе количественны:: данных. Таким образом, в ГПС применено сочетание качественных и, количественных способов построения карт и легецд. Технологические схема увязгны о тематической структурой ГИС. Карты блока природно-хозкг-стзежъх систем непосредственна'образуются, из карт блоков природных условий и хозяИстлж-вой деятельности, Построение карты хозяйственной деятельности 'основано на структурном анализе изображения, йспользосапяэ той или га:ой"природной основы зависит от каептаба и за[дач нсследо- : ваших. . - - . *

г\

3. Впервые применено сочетание аэрокосшческого, картографического и геохимического методов для построения карт рас-, предел ения химических элементов в ГИС. Карты также увязаны с тематической структурой, основаны на создании природно-хозяГствен-ной основы по космическим изображениям и синтезе ид отой основе данных расчетов, полученных в результате обработки проб на концентрации химических элементов. При создании карт также использовались методы математико-картографического моделирования. Карты рассматриваемого блока позволили увязать геохимические данные с картсаи, создаваемыми по КС традиционно визуальным путем»

4. В результате проведенных исследований изучено состояние и диня!ика природно-хозяпстБенных систем Самотлорскопо месторождения. Установлено усиление негативных процессов в природной среде по мере расширения территорий эксплуатации и бурения новых скваяин. отмечается урлоянение хозяйственной структуры месторождения за II лет. В регионе Северного Прибайкалья изучен геохимических фон в почвах и растениях и его изменения в результате хозяйственной деятельности. В целом антропогенное воздействие на природную-среду слабое; наибольшие изменения вызывают транспорт

и геологические работы. Контрастность природного Яюна необходимо учитывать при проектировании новых объектов хозяйственного строительства для избежания формирования природао-хозяйствегапа аномалий концентраций химических элементов. Публикации. По теме диссертации опубликованы следующие работы: I, Опыт создания географических информационных систем с использованием космической информации//ипыт и эффективность использования космической информации при тематическом картографировании. - Ы.: ЦгШГАиК.ГУГК СССР, 1990• - С. 50-69. - (Обзорная имТорма- '

( ЦИЯ)

.2. Геоин^орматика: понятия, этапы развития//Геодезия и картогра-

фия. - 1991. - № 5. - С. 35-37 (в соавторстве с Семеновым В.Я. и Тикуновым B.C.);

тоже li^t/jpub d саЛ^Ь-t:

eM'dti tUui tn иж-&utf. Ju Comifr friMfaj's Л Ca+fe-

3. Европейская конференция по географическим информационным

" системам (обзор, цели, использование)//Геодезия и картография. - 1992. - ff I. - С. 43-47 (в соавторстве с Тикуновым B.C.).

4. Изучение природно-антропогекных особенностей распределения химических элементов в почвах Прибайкалья для проектирования И!С с использованием космической информации. - Вестн. Жзск. ун-та, Сер. 5, геогр. - М., 1994, 9 I. - 22 с. - Деп. в ВШИТИ » 2495 от 29.09.93.

5. Моделирование природао-хозяйственн'ых характеристик Среднего • Приобья в Г^С по космическим снимкам. - Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5, геогр. - М., 1994, » 2. - 24 с. - Деп. в ВИШИ »

6. iMui of pojr«fJ»'ta£ SyjiemS

u$se / /тсj»ur*a. - mt, •-/f-

(в соавторстве с Тикуновым B.C.).

/7оЛ>. 27.to.93x.

S*k.80S1 too