Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Принципы и методы разработки карт оценки состояния среды

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

Автореферат диссертации по теме "Принципы и методы разработки карт оценки состояния среды"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ

На правах рукописи

ЖЕРЕБЦОВА Наталия Альбертовна

ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ КАРТ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ

Специальность: 11.00.11. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва -1997

Работа выполнена в отделе физической географии и природопользования Института географии Российской Академии наук

Научные руководители: профессор, доктор географических наук, Б.И.Кочуров

профессор, доктор географических наук, АЛ.Лютый

Официальные оппоненты: профессор, доктор географических наук, В. С.Тику нов

кандидат географических наук, Н.Н.Комедчиков

Ведущая организация: Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)

Защита диссертации состоится "_"_1997 г. в_час.

На заседании Специализированного совета Д.003.19.01 по специальности 11.00.11 "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" при Институте географии РАН (109017 Москва, Старомонетный пер., 29)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГ РАН Автореферат разослан "_"_1997 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат географических наук

Т П Куприянова

Актуальность исследований. Усиление антропогенного воздействия на окружающую человека природную среду вызвало формирование нового раздела тематиче-жого картографирования - экологического картографирования. Оно переживает ин-генсивное развитие, обусловленное острой потребностью общества в адекватной зценке произошедших изменений, так как отражает пространственно-временные аспекты взаимодействия природы и общества.

, . В настоящее время сформировалось представление об экологических картах сак о "субъект-объектных", имеющих оценочный характер (Преображенский, 1990 ), з связи с чем особое значение приобретает разработка достоверных методик оценен состояния среды и принципов оценочного картографирования. Принципиальная тожественность оценок диктует необходимость использования разнообразных методик оценки и картографирования состояния среды, т. к. только в этом случае экологические карты смогут наиболее полно характеризовать состояние явления в ространстве. Очевидно, что будут развиваться новые методы, направленные на мвершенсгвованиа оценочной процедуры, в т.ч. путем повышения уровня формализации, а связи с чем представляется перспективным исследование возможностей комбинаторики.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является развита принципов и методов оценочного картографирования состояния природной среды на оснозэ обобщения опыта экологического картографирования. }ля достижения этих целей бьши поставлены й решены следующие задачи: Г. Изучено современное состояние экологического картографирования, на этой ос-«вэ определено место й значение карт оценки среды как комплексных синтетических) экологических карг,

ä. Проведен анализ методик комплексного и синтетического экологического карто-рафирования состояния среды;

3. Разработаны принципы и последовательность этапов создания карт оценки со-¡тояния природной среды;

I. Опробованы возможности использования комбинаторики при разработке карт эценки состояния природной среды.

Збъект исследования и исходные материалы. В качестве объектов исследова-мя выступают подходы, принципы и процедуры конфетного оценивания состояния чриродной среды в связи с картографированием присущих им региональных осо-5енностей. Теоретическую основу работы составляют современные пред-ггавления об экологии и географии, нашедшие отражение s работах Реймер-'Л Н.Ф., Преображенского B.C., Исаченко А.Г., Мухиной Л И , ("лазовского Н.Ф., Сшева H.H.; по теории географических оценок Мухиной Л.И., Минца А.А; по

теории системного географического и экологического картографирования Исаченко А.Г., Берлянта А.M.. Лютого А.А., Руденко Л.Г., Смирнова Л.Е., Жукова В.Т.,а также подходы к картографированию экологических ситуаций Кочурова Б.И., Антиповой А.В; к применению комбинаторики Кузнецова Н.Т. В работе в основном использованы литературные и картографические материалы. Выполнение работы обеспечивалось ведущимися в отделе физической географии и природопользования исследованиями по комплексному экологическому картографированию различных регионов и России в цепом, в которых автор принимал непосредственное участив с 1987 г.

Научная новизна работы состоит в там, что о ней впервые:

- определено положение экологических карт а система тематических карт, как самостоятельного направления, связанного с особенностями экологического знания, и находящегося в одном ряду с другими основными тематическими направлениями: картами природы и общества;

- обоснован принцип классификации экологических карт по "центральному субъекту", для которого проводится оценка, в связи с чем дополнена существующая классификация экологических карт и выделены три основных направления экологического картографирования: био-, антропо- и геоцентрическое;

t

' - выявлены современные тенденции картографирования состояния среды в* том числе: преимущественное создание карт научно-популярной направленности и синтетических оценок, в связи с чем определены основные цели разработки комплексных синтетических карт оценки состояния среды, гласная из которых -способствовать формированию экологического мировоззрения;

- сформулированы принципы, создания карт оценки состоянии среды - выбор центрального субъекта; конечной цели; множественности оценок; надежности оценок; приоритета территориального районирования и равноправия территориальных таксонов; историзма; целевой ориентации; открытой логенды

- разработана последовательность этапов картографирования оценки состояния среды, включающая в себя пять уровней: определение субъекта оценки; формулировку цепи; определение территориального каркаса; оценку; разработку картографической модели,

- разработаны пути и конкретные приемы применения методов комбинаторики для оценки и картографирования состояния среды, которые содержат новые информационные возможности и формализуют оценочную процедуру.

Практическое значение и внедрение. Разработанные положения могут использоваться при проектировании и составлении комплексных синтетических карт оценки природной среды любого территориального уровня научными, проектными и про-

изводственными организациями, а также в учебных курсах по экологическому картографированию. На основе выявленных принципов разработана и подготовлена к печати карта "Состояние окружающей природной среды Российской Федерации" м-ба 1:8 млн., РЭФИА, 1996, получившая высокую оценку Минприроды Российской Федерации.

Структура диссертации. Работа состоит из трех глав, введения, заключения а такие приложения, которое содержит аналитический обзор зарубежных карт оценки :реды. В первой главе раскрываются научные основы экологического картографирования; во второй главе обобщаются отечественные и зарубежные методы оценки л картографирования состояния среды, формулируются принципы и последовательность этапов разработки карт оценки среды; в третьей главе рассматривается зпыт применения комбинаторики для комплексной оценки состояния среды. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международном :еминаре "Экологическое картографирование", КНР, октябрь 1992 г; Международной инференции "Экологическая безопасность регионов и рыночные отношения", Лосква, октябрь, 1993г; Международной конференции "Женщины. Политика. Экономя.", Москва 1-3 июня 1994г, Международной конференции "Охраняемые природою территории. Проблемы выявления, исследований, организации систем", Пермь, юябрь 1994; Международном семинаре "Интегрированные природоохранные информационные системы для поддержки лиц, принимающих решения, в странах с юреходной экономикой", Москва 29-31 мая 1S95r; Региональной Конференции Международного Географического Союза "Глобальные изменения и география", Моск-ia 14-18 августа 1995г; II Республиканской конференции "Актуальные экологические роблемы республики Татарстан*, Казань 28-29 ноября 1995г; Экологическом совещании (Ecological summit 96), Копенгаген 19-23 августа 1996.

ibtop выражает глубокую признательность за всестороннюю помощь и ценные ре-омекдации научным руководителям д.г.н.Б.И.Кочурову и д.г.н.Лютому А А., а таюке г.н. Кузнецову Н.Т. за многолетнюю поддержку, сотрудникам ИГ РАН участвовав-]им в обсуждении данной работы, Трусовой O.A. за помощь при подготовка элек-ронных карт.

|у6ликации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них на анг-ийском языке-1.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Экологические карты в системе тематических карт .

Развивающееся с конца 80-х гг направление экологического картографирования, признано самостоятельным и даже ведущим в отечественном тематическом картографировании, но до последнего времени не решен вопрос о его месте в общей структуре тематических карт. Современное деление тематических карт по содержанию выявляет карты природы и карты общества. В связи с усилением антропогенного воздействия, появились исследования по обоснованию существования промежуточной категории карт - карт взаимодействия природы и общества (Салищев,1932), с которой в настоящее время можно идентифицировать экологические карты, как отражающие пространственно-временные аспекты взаимодействия природы и общества. Выделение экологических карт, как самостоятельных, а не входящих в состав карт природы или общества, основано на их специфике. Используя современное расширенное понимание экологии как науки об отношениях любого организма (системы) и среды [Преображенский, 1990; Реймерс,1992] и признавая "принципиальную особенность экологического знания," как проводящего ор-ганизменно- и ссциоцентрированный анализ и имеющего оценочный характер, следует признать отличие тематических экологических карт от других тематических географических карт (Преображенский, 1990). В то время как карты природы или общества имеют дело с реальными объектами и явлениями, экологические карты содержат оценочные характеристики этих объектов и явлений. В свете сказанного, изменят свое место в классификационных схемах карты охраны природы, которые являются предтечей экологического картографирования в современном понимании, а также широко и давно известные карты, являющиеся собственно экологическими: агроклиматические; продолжительности комфортного для отдыха здоровых людей периода; условий жизни населения; ареалов природно-очаговых заболеваний. Классификация экологических карт, в соответствии с пониманием их как "субъект-объектных", может определяться количеством возможных "субъектов". Следует специально оговорить, что под субъектом оценки ("кзази-субъекгом") мы понимаем организм (систему), поставленный в центр оценочной системы координат, например, биота, человек, общество, геосистема. В то же время, собственно процедура оценки выполняется исследователем - человеком. "Объект* (среда обитания) не может быть задан как основание классификации, так как оценка одного и того же объекта будет существенно меняться в зависимости от того, какой организм (система) поставлены в центр.. Выявить основные группы организмов или систем, возможно, исходя из структуры современной экологии. К настоящему времени вы-

Являются несколько крупных обобщающих направлений общей Экологии (Реймерс, 1992): биоэкопогия; антропоэкология и социальная экология; геоэкология. Наряду с сохранением традиционного раздела классической биоэкологии, изучающей взаимоотношения животных, растений, их сообществ со средой обитания, современная экология включает антропозкологию и социальную экологию, акцентирующих внимание на человеке и обществе, а также геоэкологию, изучающюю природные компоненты и геосистемы всех уровней, с точки зрения их сохранения и устойчивости при антропогенных воздействиях. Отсюда следует, что организмы (системы) - "гаазо-субъекты", для которых проводятся экологические исследования, 9 том числе разработка картографических моделей: биологические организмы; человек - общество; природные компоненты и геосистемы всех уровней, исходя из чего, можно обозначить три направления экологического картографирования (табл. 1), /словно названные как био-, энтропо- и геоцентрическое. При этом, экологические карты всех трех направлений можно создавать для любого объекта картографирования. Схема классификации географических карт с обозначением нового тематического направления - экологических карт и, в свою очередь, представляющих его направлений показана на рис. 1.

Содержание направлений экологического картографирования Таблица 1

Направление экологического картографирования Субъекты оценки («квази-субъекты») Содержание карт

Геоцентрическое Природные компоненты, Геосистемы Оценка антропогенных воздействий и их влияний (инвентаризация загрязнений, пространственно-временное распределение загрязнителей о различных средах и т.д.); картографирование состояния геосистем всех уровней, включая биосферу; природоохранные рекомендации

Антропоцентрическое Человек- общество Оценка окружающей среды (в том числе природной) с позиций человека (общества) и влияния на его здоровье, хозяйственную деятельность и ДР-

Биоцентрическое Биосистемы Отношения биологически значимых отдепьностей между собой и окружающей средой (Реймерс, 1992)

Щели создания комплексных синтетических квот опенки состояния среды. Важную роль в система экологических карт играют карты оценки состояния среды. Они обобщают всю имеющуюся современную информацию и отображают для своего "субъекта" ("кеази-субъекта") интегральную характеристику состояния среды. Термин "состояние среды" широко применяется в природоохранной практике. Входящее о него понятие "среда" является одним из фундаментальных в теории и практика взаимодействия общества и природы, экологического подхода, экологии и отражает субъсет-объектныз отношения, поэтому при определении среды всегда необходимо указывать с каким субъектом соотносится окружение (Охрана ландшафтов, 1982, с.201-202 ). Само понятие "состояние среды" включает в себя как характеристику, так и оценку среды. Исключив из рассмотрения биологические организмы, традиционно связанные с классической экологией, можно оценивать и комплексно картографировать: 1) влияние человека на природу и изменения в ней; 2) влияние измененной природы на человека и последствия этого влияния. Таким образом, речь идет о даух разных подходах к понятию "состояние среды" и к методикам комплексного и синтетического экологического картографирования: "геоцеж рическом" и "антропоцентрическом" (табл. 1).

Существующие тенденции картографирования состояния среды выявлены при анализе зарубежных картографических произведений. В них преобладают подходы к картографированию с применением синтетических оценок (53%), для большинства карт характерны научно-популярная направленность (88%), универсальность назначения (47%) при одновременном представлении подробной научно-

справочной информации в популярной форме. Таким образом, главная цель создания комплексных и синтетических карт оценки состояния Среды на современном этапе - является формирование у читателя экологического мировоззрения. Постановочными, мировоззренческими и концептуальными картами, связанными с вопросами осознания пользователями негативных изменений окружающей природной среды, являются многие синтетические экологические карты, характеризующие объекты на основе объединения ряда показателей в один синтетический. Другая важная цель - информационное обеспечение достоверной, актуальной, справочной информацией заинтересованных пользователей: органы управления, научные и производственные организации и т.д, в этом случае речь идет о создании комплексных (интегральных) фактологических карт, отображающих несколько взаимосвязанных объектов каждый в своих показателях. Существующие экологические карты состояния среды отображают современную картину мира только в первом приближении, что объективно связано с высокой степенью неопределенности системы (Пузаченко 1995), несовершенством знаний о происходящих процессах и их последствиях, недостаточным качеством мониторинга, неразработанностью критериев оценки. Даже самое предварительное локализованное отображение на карте характера происходящих изменений окружающей природной среды имеет постановочное значение и показывает что, где, когда и как изменяется. В то же время, реально существующая возможность создания ложных образов (Преображенский, 1990; Берлянт, 1979) остро ставит вопрос об ответственности составителей и разработчиков комплексных и синтетических экологических карт за формирование у читателя максимально адекватного образа. Это обеспечивается использованием достоверной информации, и ее представлением на основе научных принципов картографирования с помощью надежных методов оценки. Принципы разработки карт оценки состояния среды.

На основе положений теории оценки и особенностей объекта картографирования, сформулированы частные принципы разработки карт оценки состояния среды, которые должны использоваться наряду с общеметодологическими принципами. Это:

1. Принцип выбора центрального субъекта. При создании карт оценки среды первостепенное значение имеет определение субъекта оценки (организма (системы), поставленного в центр).

2. Принцип конечной цели. Оценка одного и того же объекта может существенно меняться в зависимости от цели с которой проводится оценивание. Цель разрабатываемой карты определяет характер выбранных критериев, число и конфигурацию территориальных выделов, количество ступеней оценочных шкал, поэтому она должна иметь четкую формулировку.

3. Принцип множественности оценок. Оценка зависит от субъекта и era ранга, цели, уровня знаний, о процессах, качества мониторинга, методики оценивания и выбранных'критериев. Например, оценка окружающей природной среды с позиций человека (общества) может проводиться для целей: характеристики современного состояния, пригодности проживания населения, комфортности условий жизни населения й т.д, в свою очередь, методики комплексного и синтетического экологического картографирования также имеют свои особености и влияют на результат исследования. поэтому принципиально возможно создание дпя одного объекта множества оценочных карт. Эти карты освещают самые различные аспекты отношений и, тем самым, устраняют неопределенность, даже если содержат противоречивую информацию. Исходя из этого, комплексные и синтетические экологические карты будут характеризовать состояние явления в пространстве более полно, при создании множества картографических моделей с использованием различных методов картографирования, о том числе новых. В то же время, не следует забывать, что "множественность моделей ставит перед исследователем (или заказчиком) проблему выбора разрабатываемого (или требующегося) сюжета карт", поэтому, "проблема обоснования, ясности позиций при разработке экологических карт сегодня остается одной из острейших"(Преображенский, 1990).

4.Принцип надежности оценок вызван обязательным присутствием при любой оценке элементов неоднозначности и субъективности. Оценка отличается от результатов измерений параметров объекта, которые сами по себе не обладают ни "полезностью", ни "вредностью". Она включает в себя характеристику отношений и связей субъекта (организма или системы, поставленного в центр) и объекта. Совершенно очевидно, что надежные оценки можно получить при условии, что известен характер зависимости: изменение свойств объекта - изменение свойств субъекта, в то же время для повышения надежности оценивания следует шире применять математические методы и приемы формальной логики.

5. Принцип приоритета территориального районирования и равноправия территориальных таксонов. Итоговый пространственный результат оценки состояния природной среды находится в прямой зависимости от выбранной территориальной единицы, поэтому, при картографировании состояния среды приоритетное значение имеет характер территориального районирования. Оценка среды может проводиться в различных территориальных ячейках, например, - ландшафтных выделах, при-родно-антропогенных системах, регулярных сетках, бассейнах, административных единицах, а также индивидуальных выделах, связанных с непосредственным очагом загрязнения территории. Совершенно очевидно, что в каждом из этих случаев будет значительно различаться пространственное выражение окончательного резуль-

тэта, даже при картографировании оценок среды Для одного и того же субъекта с одной и той же целью. Выбор исследователем конкретной территориальной единицы будет зависеть от цели, временных ограничений, информационного обеспечения или требуемой детальности. Исследователь имеет возможность выбрать наиболее оптимальный вариант районирования. Выбор территориальной единицы необходимо пояснить в легенде карты, чтобы пользователь, вооруженный комментариями, смог интерпретировать для своих задач данные контура й их содержательные характеристики.

6. Принцип историзма. Оценка исторически относительна и зависит от социальных, технических, экономических и географических факторов, Учет последних позволяет изучить различную изменчивость во времени основных природных сред, испытывающих антропогенные воздействия. Наибольшей подвижностью характеризуется состояние атмосферы; изменение водной среды зависит от типа объектов; почва более стабильна и обладает исключительной способностью к накоплению загрязняющих веществ. Вследствие изменчивости природных ср?д, их комплексная характеристика на карте всегда отражает прошлую ситуацию; При разработке карт состояния среды требуется регулярное обновление информации, учет возраста исходных данных и использование надежных критериев, которые обусловлены уровнем современных знаний о характере влияния изменений среды на "субъект".

7. Принцип целевой ориентации. Как правило, конкретная оценка редко в равной степени отвечает разным целям; Например, карты экологических ситуаций, созданные для информационного обеспечения органов управления, содержат оценку остроты экологической ситуации, в том числе катастрофическую е ареалах, определенных на основании геосистемного анализа территории. В то же время эти карты не дают окончательного ответа о юридических границах зон бедствия и чрезвычайных экологических ситуаций. Очевидно, что для выявления зон бедствия и чрезвычайных ситуаций потребуется создание новой карты, ориентированной на управление природопользованием и информационное обеспечение социальной политики. Такая карта, во-первых, будет использовать в качестве территориального каркаса сетку дробного административного деления. Во-вторых, на ее основе будет выделен непосредственный очаг бедствия, зачастую не совпадающий с географическими границами его проявления, а объединяющий административные единицы. Аналогично будут выявлены концентрические переходные зоны вокруг очага. Принцип целевой ориентации предполагает наличие на самой карте, в пояснительных подписях или в легенде указаний на цель создания данной карты и выполнения оценки, а также на назначение и информационные возможности произведения.

8. Принцип открытой легенды предполагает подробное раскрытие всех методических подходов картографирования в легенде каждой конфетной карты, с тем, чтобы исключить возможность создания у пользователей ложных образов ввиду с элементами субъективности и неоднозначности любой оценки. Необходимо давать корректные ссылки на использованные источники и базы данных, на выбранные критерии; указывать возраст данных, подчеркивать цель создания и назначение карты. Ответственность разработчиков комплексных и синтетических экологических карт состояния среды заключается не только в добросовестно и тщательно проведенной оценочной процедуре, но и в не менее детальном ее разъяснении в легенде карты.

Методики разработки карт оценки состояния среды рассмотрены с целью выявления сходных и индивидуальных приемов оценочного картографирования. Проанализированы подходы к определению субъекта и объекта картографирования; масштабу; выбору территориальной единицы, принципу получения синтетических оценок и др. По субъекту картографирования большинство выявленных методик (67%) ориентированы на человека (общество), в то время как на геосистемы и биоту направлено только 22% и 11% соответственно, что говорит о приоритетном развитии антропоцентрического направления картографирования оценок среды. Масштабы карт представлены от крупных 1:50 ООО до обзорных 1:8 млн, при незначительном преобладании последних (44% ). По выбору территориальной единицы, дпя которой проводится оценка состояния среды, выявлено разнообразие подходов. Установлено преобладание ландшафтных выделов (33%), в то же время распространены контура использования земель и индивидуальные аыделы (по 22%), встречаются регулярные сетки и административные единицы (по 11%). На зарубежных картах преобладает использование индивидуальных территориальных выделов. Вероятно, в связи с недостаточностью фактических измерений на российских картах авторами применяются косвенные методы. Основные методические приемы комплексирования данных для получения итоговой оценочной информации включают применение математических расчетов (определение безразмерного количественного индекса для каждой территориальной единицы) и картографических построений (территориальное объединение индивидуальных характеристик и параметров). Можно определенно сказать, что большинство российских методик (78%) использует картографические построения для получения синтетических оценок.

некоторые методики картографирования оценки состояния среды

Таблица 2

Методика картографирована я Объект/. субъект картогра-фир. Террито- ! риальная единица Принцип комплек-сировани я Масштаб Уровень разработки Возможности метода: результат; (характерные особенности) Критерии оценки Ограничения метода (цель создания-назначение) Требования к информации Организация; авторы

Картогр. экология, ситуаций состояние среды/ человек. (общество ) индивид, выдел картоф. 1:1 млн 1:1.5 млн 1:2,5 МЛН 1:4 млн 1:8 млн Национ. и регион. Сравнительная оценка соврем, состояния лриродн. среды (в углов, огранич. информации) Влияние: на здоровье целое; на хозяйство; на сохранность. ценных прир. ландш. Общая стратегия, оценка Оля инфор-мац. обеслеч. органов управления; процесса образования; формирования мировоззрения картоф. форма; карты: Ланд. Исп.3ем. Пл. Нас. Экол.Пр. ИГ РАН Ко-чуров и др.

Картогр. природно-хозяйств. конфликтов районир. конфликтов / общество ландшафт н. выдел; администр .единицы картогр. 1:500 ООО 1:8 млн Национ. и регион. Оценка остроты конфп. ситуаций и возможности возник«. новых Техног. нагрузки Оценка зкол. обет, для рацион, приро-допольз. и размещения хозяйства. картоф. форма; карты: Ланд. Пр.Пот. Исп.Зем. Тех.Нагр. МГУ Дончева и ДР.

Создание зкопого-географи ч. карт качество среды обитания/ общество ландшафт н. выдел картогр. 1:1,5 млн 1:2.5 млн 1.4 млн Национ. и регион Оценка зонвльн. ландшафтов по благоприятности для населения Климатич. харахтерист. Создание базовой карты-осноеы (террит. каркаса окоп, картогр.) картогр. форма; карты: Ланд. Пр.Пот. Тех.Нагр. Спб Университет Исаченко и др.

Создание эколого-географи ч. карт долговременные воздействи я на природные системы/ геосистем ы выдел использов. земель в ландшафт н. границах картогр. 1:2,5 млн 1:4 млн Национ. и регион. Оценка негативных воздействий на прир. системы и изменений прир. систем Антропогенна я нагрузке в. зависимости от вида исп. земель (пашни; прир. корм, угодья; горнодобыв. прок, и т.д.) Рекомендации по охране природы и природоохранным мероприятиям картогр. форма. Карты: Ланд. Исп.Зем. Пл. Нас. МГУ Евтееа и ДР

Условные обозначения: Карты - Ланд.-ландшафтная; Пр.Пот.-природных потенциалов; Исп.Зем.-использования земель; Тех.Нагр-техногенной нагрузки, Пл.Нас.-плотности населения, Эк.Пр.-экологических проблем.

Среди различных форм исходной информации (статистическая, картографическая и т.д.) отмечено безусловное преобладание картографической (89%). Основным источником систематизированной информации об отечественных комплексных разработках оценки состояния среды явился аннотированный библиографический указатель "Экология России в картах" (Комедчиков, Лютый, 1995). С его помощью отобраны 36 произведений высокого уровня синтеза, для которых представилось возможным найти сведения о методиках создания, анализ последних представлен в табл. 2.

Последовательность этапов разработки карт оценки состояния Среды Таблица 3

ЭТАП СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУБЪЕКТА ОЦЕНКИ, его ранга, масштаба исследования

» ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ (постановка задачи, выбор критериев оценки)

III ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО КАРКАСА, территориальной единицы оценки (индивидуальное районирование - проблемные ареалы) (жесткий территориальный каркас -ландшафтные выделы, контура использования земель, регулярная сетка, бассейны, адмикистр. единицы и др.)

1У ОЦЕНКА (оценивание выявленных территориальных единиц по благоприятности их свойств для данного субъекта), разработка оценочных шкал, проведение оценивания

У РАЗРАБОТКА КАРТОГРАФИЧЕСКОМ МОДЕЛИ, знаковых систем, проектирование легенды, пояснительных текстов, комментариев к методическим подходам 1-1У этапов

Подход к процедуре оценки при разработке карт состояния среды, как к системе последовательных иерархических уровней, сформулирован автором при создании карты "Состояние окружающй природной среды Российскй Федерации" 1:8 ООО ООО, РЭФИА, 1996 (Кочуров и др.). Предложенная последовательность (табл.3), включает в себя 5 этапов. Важным является этап выбора территориальной единицы. Все используемые при оценке Среды территориальные единицы можно объединить в два вида районирования: индивидуальное (выполняемое специально для данной карты) и исходное ( при котором используется существующее районирование, например ландшафтное или административное и т.д.). В последнем случае оценка состояния среды проводится для территориальных единиц т.н. "жесткого" каркаса (ландшафтных выделов, контуров использования земель, регулярных сеток, бассейнов, административных единиц и т.д.). При выбору индивидуального районирования оценочная процедура проводится последовательно: сначала при определении контурной сетки индивидуальных выделов, для которых во вторую очередь проводится оценки их состояния с помощью разработанных шкал, специальных приемов и допущений конкретной методики.

Применений комбинаторики для оценки состояния Среды.

Использование элементов комбинаторики для оценки состояния окружающей природной среды дополняет уже предложенные методики экологического картографирования антропоцентрического направления, не подменяя их и не конкурируя с ними. Состояние природной среды может характеризоваться для разных территориальных единиц с привлечением набора параметров, изменяемого в зависимости от поставленной цели и методики картографирования. Элементы комбинаторики позволяют представить все возможные комбинации выбранных показателей и маневрировать ими в зависимости от цели исследования. Тем самым достигается комплексная оценка состояния природной среды и ее многовариантность при формализации процедуры оценивания. Особенно перспективно применение комбинаторики для разработки электронных методов создания экологических карт. Комбинаторика - это раздел математики, в котором изучаются простейшие "соединения", которых насчитывается только три: перестановки, размещения и сочетания.

Перестановки - соединения, которые можно составить из п предметов, меняя всеми возможными способами их порядок: число их Р„=1х2хЗх4х......п = п!.

Размещения - соединения, содержащие по т предметов из п данных, различающиеся либо порядком предметов, либо самими предметами: число их

п1

Ап" -------.

(п-т)!

Сочетания - соединения, содержащие по ш предметов и» п, различающиеся друг от друга, по крайней мере одним предметом: число их

А»"1 Ш

С„т = --- *-----------.

Рт т! (п - т) I

При картографировании состояния среды часто имеет значение не только перечисление выбранных показателей, но и определение их веса. Для отображения этого на карте, во многих методиках ранжируется и проставляется приоритетность соответствующих условных обозначений, когда важна их последовательность. Очевидно, что применение приемов комбинаторики и соединения "перестановка", позволит наиболее полно раскрыть такой важный критерий для характеристики состояния среды, как порядок выбранных факторов. При использовании соединения "перестановка" всеми возможными способами переставляют п исходных элементов, оставляя неизменным их число, и меняя лишь их порядок. Например: общее число перестановок из трех элементов а, Ь, с равно шести. Рз=1 х 2 х 3 -6. Существуют

следующие шесть перестановок: 1)abc; 2)acb; 3)bac; 4)bca; 5)cab; 6)cba. При увеличении числа п, количество возможных перестановок резко возрастает: при 4-х элементах получится 24 комбинации, а при 5-ти уже 120 комбинаций и т.д. Поэтому, используя соединение "перестановка" для целей экологического картографирования, необходимо ограничивать число исходных элементов, имея в виду возможность представления полученных результатов в картографической форме, наиболее оптимальным является использование для перестановки трех - четырех исходных элементов. Известно, что достоверная характеристика природной среды может быть получена, опираясь на оценку состояния трех из основных природных компонента: атмосферы, воды, почв или растительности. То же самое, если обратиться к характеру антропогенного апияния на природу, то удобно оперировать тремя факторами, например, радиоактивным, химическим и механическим воздействием и соответственно тремя видами загрязнения. Используя для характеристики среды такой элемент комбинаторики как соединение "перестановка", можно поменять всеми возможными способами порядок показателей, относящихся как к компонентам среды, так и к обобщенным фермам хозяйственного воздействия, когда предполагается что показатель, стоящий впереди имеет преимущественное по сравнению с другим* значение. Для разработки картографической модели с применением элементе "перестановка" (рис.2) привлечен "Государственный доклад о состоянии окружаю щей природной среды Российской Федерации" за 1992 и 1993 гг, в качестве терри ториальной единицы картографирования использована сетка административное: деления.

■юеныы обозначен^ .¿arрознейА - ¿тмесфдры. 9 - восы. Р- растетельчости Во.«лвистэие" < • химичвсиоо. М - механическое

Рис. 2.0ценка экологического состояний территории России (на 1993 г.) по соотношению загрязнения природных сред и видов антропогенного воздействия

Для характеристики загрязнения атмосферы (А), воды (В) и растительности (Р) выбраны картограммы: сброса загрязненных сточных вод в 1993 г.; выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в 1992 г. и их изменение в 1993 (в % к 1992 г.); площадь погибших лесов в 1993 г. Качественная оцека преобладания химического (X) или механического (М) воздействия проведена по эродированное™ почв, причем принято условное допущение, что при эродированности почв более 50% преобладает механическое воздействие, остальные виды воздействия не рассматривались. В итоге, с учетом покомпонентных природных перестановок (например, А>В>Р) и перестановок антропогенного воздействия (например, Х>М), было получено 12 комплексных характеристик, с помощью которых охарактеризована каждая административная единица.

Таким образом, с помощью соединения "перестановка" были выявлены все возможные комбинации значимых показателей, учтено приоритетное значение каждого из них и одновременно решена задача систематизации, результаты которой представлены в матричной форме в легенде карты. По существу, выявлены все возможные типы экологической ситуации, которые могли бы иметь место, при использовании данных показателей. В то же вргмя, каждый тип передает индивидуальную содержательную характеристику для конкретных территорий. Однако, важно учитывать, что некоторые из теоретически возможных типов на присутствуют на территории, что в свою очередь, позволяет получить дополнительную информацию об особенностях формирования экологической ситуации. Карта очень проста по знаковым средствам и отвечает требованиям простоты изложения, выполнена строга формально. Она хорошо демонстрирует возможности метода, но но имеет самостоятельного значения.

В соединения "размещение" важен порядок предмотов и их количество, например, общзо число размещений из трех элементов а, Ь, с равно 15: по три предмета из трех: 1]гЬс; 2)ссЬ; 3)дас; 4}Ьса; 5}саЬ; в)сЬа; по да а предмета из трех: 7)ао; 8)Ьа; 9)ас; 10)са; 11)Ьс; 12)сЬ; по одному предмету из трех: 13)а; 14)Ь; 15)с. Для демонстрации возможностей соединения "размещение" при картографировании оценки среды использована информация о распространении приоритетных экологических проблем из "Государственного доклада о состоянии окружающей природной среды за 1994 г". В настоящее время наибольшее внимание уделяется радиоактивному загрязнению (Р), загрязнению воды (В) и экологической вредности отходов (О). Они представлены на карте (рис.3) как "размещения" из трех элементов, причем выбран вариант с выделением иерархического статуса проблемы, когда, например, проблема радиоактивного загрязнения считается ведущей и наносится при любом упоминании. На карте выявлены все территории, отнесенные к испытываю-

щим радиационное загрязнение, для которых показаны комбинации других выбранных проблем (их совместное или поочередное проявление, или отсутствие). Карта представляет собой комплексную характеристику типов экологической ситуации по выбранным параметрам и содержит индивидуальную характеристику каждой территории. Она заменяет серию карт, существенно упрощает процесс визуализации и анализа содержания.

Приоритетные экологические проблемы Таблица 4

р В ; О

р в ; - ТМ или ПТ

р - ; О ТМ или ПТ

- В ; О ТМ или ПТ

- •; о ТМ или ПТ

Условные обозначения: Р -радиоактивное загрязнение: В -загрязнение и истощение волы; О -экологическая вредность отходов; ТМ -загрязнение земель тяжелыми металлами; ПТ -загрязнение земель пестицидами.

Рассмотрим другие возможности соединения "размещение". Соблюдая иерархичность экологических проблем, можно разработать "проблемно - экологическую* карту для 5 проблем, учитыв. ? кроме вышеперечисленных, проблемы загрязнения земель пестицидами (ПТ) и тяжелыми металлами (ТМ), например с условием, что в любом размещении должна присутствовать приоритетная экологическая проблема (табл. 4). Очевидно, что такая карта как и предыдущая будет совмещать и тил экологической ситуации, и ее индивидуальную характеристику, при строго формальной процедуре оценки и картографирования.

При использовании соединения "сочетание" важно только количество предметов и не имеет значения их порядок. Например, есть три предмета: а,Ь,с: из них можно составить три соединения по два предмета: 1)аЬ; 2)Ьс; 3)ас; три соединения по одному предмету: 1)а; 2)Ь; 3)с; и одно соединение по три предмета: 1)аЬс. Представляется перспективным составление карты с использованием соединения "сочетание ", когда из известных, рассмотренных выше, приоритетных экологических проблем привлекается только определенное их количество: одна, две или более, причем, не рассматривается их иерархичность. Привлекая соединение "сочетание" можно выявить распространение комбинаций экологических проблем: по одной, двум или трем, в связи с чем появляются новые информационные возможности. На итоговой карте (рис. 4), являющейся по своей сути синтетической, отображены и систематизированы все возможные сочетания. Карта выполнена на высоком уровне формализации и не является результатом "субъективной" оценки. Четкая постановка цели исследования при разработке экологических карт позволяет использовать особенности всех трех соединений и выбирать наиболее подходящее из них для решения конкретных задач.

р«гивя«е геам! («ипралепима Г^ММИЯТШМ» ^гаммцм*

гр^.ТГ] X МО 1 9

! г.. в

'Г IV- О

Условные обозначение Р - редодогианое звгряэнр«ие; В • загрязнение и истощении мак О - эголагичесяя пресность стало«.

Рис. 4. Итоговая карта приоритетных экологических проблем по административным территориям России

В результате проведенных исследований установлено:

1. Экологические карты, отражающие пространственно-временные аспекты взаимодействия природы и общества и связанные с особенностями экологического зна-ни образуют самостоятельное направление в тематическом картографировании, наряду с другими крупными направлениями: картографированием природы и общества. Классификация экологических карт, выполненная по "субъекту" оценки, выявляет три направления экологического картографирования: био-, антропо- и геоцентрическое.

2. Карты оценки состояния среды играют важную роль в системе экологического картографирования, так как обобщают современную информацию и представляют для своего "субъекта" ("квази-субъекта") интегральную оценку состояния среды. В России 76% выявленных комплексных й синтетических экологических карт созданы после 1989 г, за короткий срок их количество достигло одного уровня с количеством карт традиционных сюжетов. Анализ зарубежных картографических произведений оценки состояния среды зафиксировал преобладание карт научно-популярной направленносг ■ (88%), причем большинство из них (47%) составляют карты универсального типа, совмещающих популярные формы отображения и научно-справочный уровень информации. Основные цели на которые ориентируются сегодня карты оценки состояния среды заключаются во-первых, в формировании у читателей экологического мировоззрения, а во-вторых, - в информационном обеспечении заинтересованных пользователей: органы управления, деловые круги, научные и др. организации.

3. Проведенные исследования показали, что на современном этапе формирования экологического мировоззрения для интегральной характеристики состояния среды рекомендуется разрабатывать синтетические карты, с совмещением на них ключевой фактологической информации и итогового оценочного вывода, это, в частности, подтверждает выявленная тенденция представления в большинстве случаев (59%) на картах состояния среды синтетических оценок, в том числе в произведениях научно-справочного типа крупных масштабов, адресованных лицам принимающим решения.

4. Учитывая положения теории оценки и особенности объекта картографирования, сформулированы частные принципы разработки карт оценки состояния среды, которые должны использоваться наряду с общеметодологическими принципами - выбор центрального субъекта; конечной Цели; множественности оценок; надежности оценок; приоритета территориального районирования и равноправия территориальных таксонов; историзма; целевой ориентации; открытой легенды.

5. Большинство методик создания карт оценок среды используют картографическую форму представления исходной информации (89%) и применяют, т.н. картографический синтез (78%) для получения итогового вывода. В зарубежных картографических произведениях в качестве единиц картографирования преобладают индивидуальные выделы (92%), отечественные методики отличаются большим разнообразием подходов (33%-ландшафт; по 22%-индивидуальный выдел и контур использования земель и т.д.), что чаще всего связано с недостаточным информационным обеспечением.

6. Целесообразная последовательность этапоз разработки карт оценки состояния среды определена как система иерзрхических уровней: определение субъекта оценки; формулировка цели; определение территориального каркаса; оценка; разработка картографической модели.

7. Предложенные для формализации оценочной процедуры при создании карт состояния среды методы комбинаторики, содержат новые информационные возможности. Их применение позволяет добиться многовариантности создаваемых «рт, повышает их информационную емкость и снижает затраты времени на подготовку.

рсновмыо положения диссертации изложены в публикациях: 1. Современное состояние экологического картографирования// Геодезия и картография, 1994, Ш 10, С. 38 - 42.

Экологическое картографирование// Охраняемые природные территории. Проблемы выявления, исследования, организации систем - Тез. докл. междун. научи, ¡гонф. (ноябрь 1994). Часть II. Пермь: 1994, с.14-19.

3. Классификация экологических карт// Психология и экология человека: пути взаимодействия. Межвузовский сборник научных трудов,- Коломна.: Изд. КГПИ, 1996,-г.72-77,

1 Современные методики комплексного экологичесхого картографирования// в кн. Оценка качества окружающей среды и экологическое картографирование", ИГ РАН, IS95,213с. с.139 - 147.(соавтор- Н.В.Назарезский)

5. Состояние окружающей природной среды Российской Федерации// карта 1:8 ООО 300 РЭФИА, 19Э6 г (соавторы -Кочуров Б.И., Антипова A.B., Быкова О.Ю.) 5. Разработка карт экологических ситуаций и их геоинформационное содержание // "еография и природные ресурсы,1994, №2, с.163 - 169.(соавторы-Б.И.Кочуров, О.Ю. эыкова)

Две эколого-географические карты, составленные казанскими учеными //Известия \Н, сер. география, № 3. 1996, с. 120 -124 (соавторы - Коронкевич Н.И., Кочуров 5.И.)

8. Карта "Состояние окружающей природной среды Российской Федерации" //Геодезия и картография, 1997, №2, с.44-50 (соавторы - Кочуров Б.И., Антипова А.В, Быкова О.Ю.)

9. Принципы разработки карт оценки состояния среды И Методы научного моделирования в изучении человека и природной среды его обитания. Межвузовский сборник научных трудов - Коломна.: Изд.КГПИ, 1997.- с.86-91.

10. Применение комбинаторики для картографирования состояния среды. // Методы научного моделирования в изучении человека и природной среды его обитания. Межвузовский сборник научных трудов,- Коломна.: Изд.КГПИ, 1997.- с.42-47.

11. Картографирование экологических ситуаций (состояние, методология и перспективы)// География и природные ресурсы, 1995, № 3, с.18 - 25 (соавтор - Кочуров Б.И.)

12. Traditional Maps in Epoch of GIS-Technologies II Abstract Book - Ecological summit 96,19-23 August 1996 - The Royal Danish School of Pharmacy, Copenhagen, p. 55-2.