Разработка технологии прогнозирования изменений почвенного покрова под антропогенным воздействием

Дмитриева, Лариса Юрьевна

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии прогнозирования изменений почвенного покрова под антропогенным воздействием"

На правах рукописи

Дмитриева Лариса Юрьевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПОД АНТРОПОГЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ (НА ПРИМЕРЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

604660209

Иркутск - 2010

004600209

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Мусихина Елена Алексеевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Богданов Андрей Викторович

кандидат технических наук Шильникова Татьяна Леонидовна

Ведущая организация Учреждение Российской академии наук Институт

горного дела СО РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 27 апреля 2010 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.02 при Читинском государственном университете по адресу: 672039 г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого совета

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю совета Д 212.299.02

Факс: (3022) 41-64-44; Е-таП: root@chitgu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Читинского государственного университета.

Автореферат разослан «¿Г» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук

Шарапов Н.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одной из важнейших социально-экономических задач является изучение состояний окружающей природной среды, прогнозирование изменений ее состояний, как в естественных условиях, так и под воздействием антропогенных факторов, с целью прогнозирования возможных рисков.

В настоящее время риску загрязнения почвенного покрова различными группами токсикантов, его последствиям и взаимосвязям между техногенными нагрузками и устойчивостью почв уделяется недостаточно внимания. Разработка технических средств прогнозирования риска загрязнения почв, методов его оценки и управления находится еще в стадии становления. На современном уровне знаний не существует общепринятых подходов и путей решения этой крайне сложной проблемы. Для достижения указанной цели необходима интегральная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу мер экономического стимулирования, направленных на снижение антропогенной нагрузки на почвенный покров до допустимого уровня.

В последние годы для обеспечения задач прогнозирования особое внимание уделяется разработке различных библиотек и пакетов прикладных программ. В настоящее время лидирующее место среди технических (программных) средств в области охраны окружающей среды занимают программные продукты, разработанные фирмой «Интеграл», объединенные в серию «Эколог». Среди программ фирмы «Интеграл» имеются уникальные разработки: унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) Эколог (версия 3.0), охрана атмосферного воздуха, система экологического мониторинга города (региона) «Эколог-город». Программное обеспечение «Аналитический комплекс с единым программным обеспечением для экологического мониторинга», который реализует современные технологии мониторинга химического состава объектов окружающей среды, результаты которого могут быть использованы для прогнозирования состояния окружающей среды. Решение экологических проблем становится приоритетным для обеспечения устойчивости развития промышленных территорий. Особенно это касается крупных населенных пунктов, где сосредоточены промышленные предприятия.

Учитывая иерархическую структурированность окружающей среды и адекватную ей структурированность времени, соответствующую различным уровням природной системы, время рассматривается как показатель дисконтирования затрат на восстановление природной среды.

Актуальность поставленной научной задачи определяется необходимостью объективной комплексной оценки загрязнения почв и прогнозированием изменений окружающей среды, учитывающим распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды в качестве временных единиц.

Цель исследования: разработка технологии для прогнозирования изменений окружающей среды и её защиты с применением Технического (программного) средства «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области», ориентированного на комплексную оценку почв с возможностью адаптации на любую другую область воздействия.

Основная идея работы заключается в прогнозировании изменений окружающей среды под влиянием различных токсикантов с учетом распространения воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с использованием показателя времени как дисконтирование затрат на восстановление почвенного покрова. Основные задачи исследования:

1. Изучение характеристики почвенного покрова и закономерности его изменения в промышленных центрах Иркутской области.

2. Применение формулы для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам с учетом пространственно - временных характеристик.

3. Построение модели прогнозирования антропогенного воздействия на почвенный покров с использованием фактора времени.

4. Разработка технического (программного) средства «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области» с применением обьектно-орентированного программирования и подключением баз данных для

■ расчета эколого-экономического ущерба;

■ визуального представления границ антропогенного воздействия на почвенный покров по пространственно-временной методике;

■ выявления областей наложения воздействия различных типов токсикантов;

■ расчета площадей зон наложения;

■ организации процесса сохранения результатов расчета и экспорта данных в пакет Microsoft Office (в частности в MS Excel);

■ разработка пакета документов для сопровождения программного обеспечения.

5. Апробация разработанного технического средства на фактическом материале.

6. Выявление взаимодействия между загрязнением почвенного покрова и медико-демографическими показателями.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложена технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом времени, необходимого для восстановления природной среды.

2. Разработано техническое (программное) средство, позволяющее визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и

производящее расчет площадей наложения от воздействия различных объектов.

3. Осуществлено прогнозирование рисков от изменения качественных характеристик почвенного покрова с учетом влияния на медико-демографические показатели.

Объектом исследования является прогнозирование изменений качественных характеристик почвенного покрова территории Иркутской области под влиянием антропогенной нагрузки.

Предметом исследования является анализ и выявления зон риска воздействия различных токсикантов при комплексной оценки состояния почв (населенных пунктов Иркутской области) с применением технического (программного) средства и прогнозирования на перспективу. Методы исследования:

1. Структурно-иерархическое пространственно-временное моделирование оценки эколого-экономического ущерба от воздействия на окружающую среду.

2. Пространственно-временное моделирование динамики загрязнения почвенного покрова территории Иркутской области токсикантами промышленного происхождения.

3. Программное обеспечение:

■ система объектно-ориентированного программирования Delphi, позволяющая быстро и удобно разрабатывать эффективные приложения, включая приложения для работы с базами данных;

■ пакет Microsoft Office;

■ система Microsoft Help Workshop для создания справочной информации.

4. Технология ADO (ActiveX Data Objects - объекты данных ActiveX), которая осуществляет доступ к информации с помощью OLE DB (Object Linking and Embedding Data Base - связывание и внедрение объектов баз данных), данными для ADO использовались таблицы MS ACCESS.

5. Карты информационной системы Google, применение которых разрешено в некоммерческих целях.

Достоверность результатов проведенных исследований, обоснованность сформулированных в работе научных положений и выводов обеспечена:

■ использованием современных информационных технологий, позволяющих ограничить возможность влияния на результат расчетов;

■ расчетом эколого-экономического ущерба на основе пространственно-временной методики (повышение достоверности на 5-10%) с возможностью визуально представить зоны антропогенного воздействия;

■ апробацией результатов на международных и всероссийских конференция;

■ апробацией и внедрением технического (программного) средства в ГУ МЧС России по Иркутской области при прогнозировании рисков от антропогенного воздействия;

■ свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный

покров Иркутской области» № 2009616716 от 03 декабря 2009г РОСПАТЕНТ.

Личный вклад автора диссертации заключается:

■ в отборе, анализе и обобщении литературных источников по оценке ущерба почвенного покрова, прогнозированию изменений почвенного покрова;

■ в разработке технологии комплексной оценки почв, учитывающей распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого для восстановления природной среды

■ в разработке и создании технического (программного) средства, позволяющего визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и производящего расчет площадей наложения от различных объектов, позволяющего осуществлять прогнозирование изменений состояния окружающей среды.

Научная новизна работы:

1. Предложен универсальный способ повышения адекватности комплексной оценки ущерба на основе пространственно - временной методики по заказу Иркутской областной администрации;

2. Разработан способ визуализации границ возможного антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом фактора времени;

3. Впервые установлена интерференция плотности антропогенного воздействия, имеющая в большинстве случаев аддитивный характер;

4. Показана зависимость медико-демографических показателей состояния здоровья населения от характера антропогенного воздействия на почвенный покров.

Практическая ценность:

1. Выполнен расчет эколого-экономический ущерба, наносимый почвам территории Иркутской области на основе пространственно-временной методики.

2. Создано техническое (программное) средство для расчета интерференции плотности наложения от различных типов воздействия, позволяющее визуально представить зоны антропогенного воздействия, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ №2009616716 3.12.2009.

3. Результаты научного исследования могут быть применены в дальнейшем для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам других территорий.

4. Показано влияние промышленных центров Иркутской области на показатели здоровья населения под влиянием изменения состояния окружающей среды.

5. Спрогнозировано возможное изменение состояний окружающей среды с целью локализации и ликвидации, негативных как природных, так и техногенных воздействий.

6. Разработанное программное обеспечение апробировано и внедрено в ГУ МЧС России по Иркутской области, акт внедрения технологии комплексной

оценки территорий с использованием технических средств, утвержденный заместителем начальника Главного управления МЧС России по Иркутской области подполковником М.В. Бегуном 25 сентября 2008 года.

Апробация результатов научного исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технической конференциях разного уровня: «Геонауки» (Иркутск, 2008), «Экология и современное образование» (Москва, 2008), в том числе международных -«Экология промышленных регионов России» (Дубай, 2008), «Природопользование и охрана окружающей среды» (Пекин, 2008), «Экология большого города» (Санкт-Петербург, 2009), «Актуальные проблемы науки и образования» (Варадеро, 2009), «Природопользование и охрана окружающей среды» (Париж, 2009).

По результатам научного исследования опубликовано 13 печатных работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Текст диссертации изложен на 146 страницах и содержит 66 рисунков, 15 таблиц, 1 приложение. Библиографический список состоит из 85 наименований, акт внедрения, патентное свидетельство.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научному руководителю, к.т.н. Мусихиной Е.А.; зав. кафедрой ПГ и Г д.г.-м.н., профессор Дмитриеву А.Г.; д.т.н. Зелинской Е.В. за неоценимую помощь, консультации при подготовке диссертации; сотрудникам ФГОУ СПО СГМКСиП Помазкиной Л.И. и Лазько Т.В. за постоянную поддержку и понимание при подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований по теме диссертационной работы, сформулированы цель и задачи, дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены основные виды и последствия антропогенного воздействия на почвенный покров, представлен обзор различных библиотек и пакетов прикладных программ по прогнозированию в области охраны окружающей среды, выполнен анализ подходов к оценке антропогенного воздействия на почвы территорий.

Во второй главе изложены характеристики почвенного покрова промышленных центров Иркутской области (г. Ангарск, г.Байкальск, г. Бирюсинск, г.Вихоревка, г.Зима, г.Ирутск, п.Култук, п. Листвянка, п. Мегет, г.Саянск, г.Свирск, г.Слюдянка, г. Тайшет, г.Усолье-Сибирск, г.Усть-Илимск, г.Черемхово, г.Шелехов, г.Братск) и закономерности его изменения. Произведен анализ взаимосвязи между загрязнением почв и здоровьем населения Иркутской области.

В третьей главе приводится описание проектирования и создания технического (программного) средства для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия, позволяющее визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров промышленных центров

Иркутской области и производящее расчет площадей наложения от воздействия различных объектов.

В четвертой главе предложена технология прогнозирования изменений почвенного покрова с учетом антропогенного воздействия на основе комплексной оценки почв и произведена апробация данной технологии с помощью разработанного технического (программного) средства.

Заключение содержит основные выводы, полученные в результате проведенных исследований.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. Предложена технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом времени, необходимого для восстановления природной среды.

В.И.Вернадский одним из первых среди современников указывает на неразрывную связь времени и пространства. Течение времени изменяет состояние пространства, влияя на его симметрию, что, в свою очередь, позволяет учитывать не только количественную, но и качественную характеристику любых природных систем.

Последствия проявления опасности всегда приносят ущерб, который может быть экономическим, социальным, экологическим и т. д. Следовательно, оценка риска должна быть связана с оценкой ущерба. Чем больше ожидаемый ущерб, тем значительнее риск. С точки зрения количественной оценки понятие экологический риск- рассматривается как отношение величины возможного ущерба от воздействия вредного экологического фактора за определенный интервал времени к нормированной величине интенсивности этого фактора. Под возможным ущербом, прежде всего, имеется в виду здоровье человека и время необходимое для восстановления природной среды как системы.

Рассчитав воздействия от различных факторов, произведем их суммирование по площадям наложения (по плотности воздействия), и лишь после такого анализа можно принять грамотное и обоснованное решение о допустимости (или недопустимости) увеличения нагрузки на природную систему любого района. Подобные расчеты необходимы для адекватности оценки воздействий на систему и прогнозирования состояний системы после приложения антропогенного воздействия, поскольку позволяют определить порог устойчивости системы (точку перехода количественных изменений в качественные).

Синергетический подход к моделированию природных систем, имеющих много степеней свободы, дает возможность создать адекватную, работоспособную модель для изучения и прогнозирования состояния таких систем, как в естественном виде, так и в условиях антропогенной нагрузки.

Суть предлагаемой ниже пространственно-временной модели оценки ущерба рассмотрена на примере комплексной оценки природной среды территории Иркутской области.

На основании вышеизложенного предлагается следующий подход к оценке эколого-экономического ущерба от воздействия на окружающую среду. В качестве основы этой модели взята структурно-иерархическая пространственно-временная модель воздействия горных работ (на примере Бодайбинской золотоносной провинции), учитывающая это влияние от локального уровня (дражного полигона) до провинции в целом:

где Ск - масштабный коэффициент подобия; время жизни компонента природной среды; п - количество уровней системы, для которых производится расчет, в данном случае от 1 до 3; Ка - коэффициент связи компонентов природной среды, принимаем равным 3 (почвы, вода и воздух), Снар - степень нарушенное™ земель; - площадь загрязненных токсикантами земель; -площадь территории Иркутской области.

Для комплексной оценки состояния почв территории Иркутской области предлагается применить общую формулу путем ввода предельно-допустимой концентрации (ПДК) вместо стелет нарушенное™ земель для каждого из уровней системы и формула для расчета ущерба, наносимого почвам примет следующий вид:

подставляя данные по площадям можно получить комплексную оценку ущерба, наносимого природной среде этого района, т.е. определить время, необходимое для восстановления почвы. Таким образом, время рассматривается как показатель дисконтирования затрат на восстановление природной среды.

Для достоверной оценки и визуального представления границ антропогенного воздействия, рассматриваемые промышленные центры подразделены на следующие группы:

I группа: Ангарск, Иркутск, Мегет, Шелсхов;

II группа: Усолье-Сибирское, Свирск, Черемхово; Ш группа: Тайшет, Бирюсинск;

IV группа: Байкальск, Култук, Слюдянка, Листвянка;

V группа: Саянск, Зима;

VI группа: Вихоревка, Братск;

VII группа: Усть-Илимск.

Для прогнозирования изменений окружающей среды рассматривается три уровня природных и техногенных загрязнений на окружающую среду (рис.1):

I уровень, радиус рассматриваемого населенного пункта;

(1)

(2)

II уровень, Я2= И1+ 5 км; П1 уровень, Ю= 112+ 5 км.

Рис. 1. Модель прогнозирования антропогенного воздействия на почвенный покров (распространяющегося от центра локального объекта)

Каждый последующий уровень, начиная со П-го, увеличивается на 5 км, исходя из данных по обследованию почв, так как большинство случаев превышения ПДК отмечены в двух и более км на прилегающей к городам территории, где в качестве реперной точки принят центр города.

Для апробации технологии прогнозирования используются данные по обследованию почвенного покрова в период с 1993 по 2007 год.

Таблица 1

Данные по обследованию почв для расчета эколого-экономического ущерба по промышленным центрам Иркутской области I группы городов

Город Год исследования ПДК на 1-м ПДК на 2-м ПДК на 3-м Токсикант

почв уровне уровне уровне

1993 2 2 2 Ътх

1993 1,7 1,7 1,7 Со

Ангарск 1993 1,8 1,8 1,8 РЬ

2002 2 0,25 0,25 РЪ

2002 2,8 2,8 2,8 Си

2002 1,3 7,02 7,02 Мо

2002 1,5 0,75 0,75 V

Шелехов 2004 2 - - V

2004 8 - - Мо

2004 5 - - 7л

2004 2 - - Си

Иркутск 2004 2 - - V

2004 0,9 - - Нй

2004 3,5 - - РЬ

2004 10 - - 8п

2004 2 - - Мп

2004 2 - - N1

2. Разработано техническое (программное) средство, позволяющее визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и производящее расчет площадей наложения от воздействия различных объектов.

Для систематизации и обработки данных по расчету эколого-экономического ущерба выбрана система визуального программирования Delphi, позволяющая быстро и удобно разработать эффективные приложения и база данных MS Access.

В данной работе для связи приложения и базы данных используется технология ADO (ActiveX Data Objects - объекты данных ActiveX) (рис. 2).

Рис. 2. Схема доступа к данным по технологии ADO

Программа расчета плотности антропогенного воздействия на почвенный покров состоит из:

■ приложения AntropVoz, которое загружает работу программы (разработано в системе визуального программирования Delphi);

■ базы данных Database, в которой хранятся данные, необходимые для расчета эколого-экономического ущерба по пространственно- временной методике, разработанной Е.А. Мусихиной (разработано в MS Access);

■ файла справки HELP (разработано в программе Microsoft Help Workshop);

■ содержания справочной системы Содержание (разработано в программе Microsoft Help Workshop).

Результаты расчета, хранящиеся в базе данных, «Ущерба 1 уровня», «Ущерба 2 уровня» и «Ущерба 3 уровня» пользователь может экспортировать в офисный пакет MS Excel.

Для визуального представления интерференции плотности антропогенного воздействия использованы карты информационной системы Google, применение которых разрешено в некоммерческих целях. Нанесение окружностей осуществляется при помощи программного кода по алгоритму построения окружности Брезенхема. Для расчета площади области интерференции плотности антропогенного воздействия необходимо найти площадь пересечения 2-х окружностей.

Применяется формула для нахождения площади сегмента через радиус окружности (R) и стрелку сегмента (h):

5... = R

R-h (R-h)j2Rh~h2

(3)

Для применения данной формулы автором выведена формула нахождения стрелки сегмента по известным координатам центров окружностей, расстоянии между ними и их радиусов:

2d 2d

В программе также создана функция, которая анализирует будут ли окружности пересекаться (нахождение интерференции плотности антропогенного воздействия), соприкасаться или они не пересекаются (интерференции плотности нет).

Использование технического (программного) средства обеспечивает достоверность и высокая степень адекватности оценки интерференции плотности антропогенного воздействия.

Данные расчета площадей областей интерференции плотности антропогенного воздействия выводятся в дополнительное окно и сохраняются пользователем в новый файл или добавляются в уже существующий. Текстовый формат файла представляется наиболее удобным для пользователя. Для исчерпывающей информации о программе и о том, как с ней работать, о теоретических основах технологии комплексной оценки почвенного покрова территории создана справочная система при помощи программы Microsoft Help Workshop.

3. Осуществлен прогноз рисков от изменения качественных характеристик почвенного покрова с учетом влияния на медико-демографические показатели.

Площадь антропогенного воздействия показывает ущерб, наносимый окружающей среде различного рода токсикантами для семи выделенных групп населенных пунктов Иркутской области, что позволяет выполнить прогнозирование техногенных воздействий на почвенный покров. I группа: Ангарск, Иркутск, Мегет, Шелехов:

Рис.3. Визуальное представление антропогенного воздействия на почвенный покров (г.Иркутск, г.Ангарск, г.Шелехов и п.Мегет)

- Результат расчета с помощью технического(программного) средства— ИРКУТСК-

^й уровень загрязнения- 306 км. кв.

2-й уровень загрязнения- 694,59 км.кв.

3-й уровень загрязнения- ¡240,3 км.кв.

— МЕГЕТ—

1-й уровень загрязнения-12 км.кв.

2-й уровень загрязнения-151,94 км.кв.

3-й уровень загрязнения- 448,96 км.кв.

— ШЕЛЕХОВ—

1-й уровень загрязнения- 31 км.кв.

2-й уровень загрязнения- 208,23 км.кв.

3-й уровень загрязнения- 542,53 км.кв.

— АНГАРСК —

1-й уровень загрязнения-209 км.кв.

2-й уровень загрязнения-543,78 км.кв.

3-й уровень загрязнения-1035,6 км.кв.

Площадь антропогенного воздействия на почву (интерференция плотности)

Иркутск-Ангарск -> 0,15487 км.кв. Иркутск-Шелехов -> 362,21 км.кв. Иркутск-Мегет -> 158,14 км.кв. Ангарск-Шелехов -> нет воздействия Ангарск-Мегет -> 229,76 км.кв. Мегет-Шелехов -> 39,443 км.кв.

По результатам расчета антропогенного воздействия на почвенный покров I группы городов можно сделать следующий прогноз - из четырех рассматриваемых населенных пунктов максимальная площадь взаимодействия токсикантов происходит между городами и их пригородными зонами -Иркутск и Шелехов - 362,21 км.кв.(рис. 4), при этом:

■ на первом месте по изменению почвенного покрова г. Шелехов- 401,65 км.кв., что составляет 0,7 часть от рассматриваемой территории при воздействии на него городов Иркутск и Мегет;

■ на втором месте по изменению почвенного покрова г. Мегет- 269,2 км.кв., что составляет 0,5 часть от рассматриваемой территории при воздействии на него городов Иркутск и Ангарск;

■ на третьем месте по изменению почвенного покрова г. Иркутск - 520,5 км.кв., что составляет 0,4 часть от рассматриваемой территории;

■ на четвертом месте по изменению почвенного покрова г. Ангарск-229,91 км.кв., что составляет 0,2 часть от рассматриваемой территории.

Рис. 4. Лепестковая диаграмма площади антропогенного воздействия на почвенный покров

по 1 группе городов

По результатам расчета площади антропогенного воздействия на почвенный покров (интерференции плотности) промышленных центров Иркутской области с помощью технического средства можно выполнить анализ взаимодействия изменения почвенного покрова городов и природных зон (рис.5).

г

Рис. 5. Чааь территории город а, шдарженюй техногенной 1 игрузке (го Иркутской области)

Применяя модель оценки эколого-экономического ущерба, учитывающую распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства время, необходимое на восстановление природной среды были получены следующие результаты: I группа городов: Иркутск, Ангарск, Шелехов и Мегет Город Иркутск

л .0 ■ 7 "Т"**"* 0 £ Н

2 Экономический ушърб треда «Иркутск»

3 ПЛОЩАДЬ (км кв.) ПОСТОЯННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

4 ' грэо 305 Коэффициент связи - Ксо 1

& Время жизни компонента (года; Тках 100

*> МясшгаВмый коэффициемт подобия - Ск 2.95

7

а »А Гокснкант ПДК1 Ущерб 1 уро»ня

9 2Ш4 «с е 2400

Ю 2 2004 2п 5 1500

Н 3 2Ш4 Си 2 Б00

*г 4 2004 V 2| 603

5 1 2СП4 Нд_ 27С

и ь 2Ш4 РЬ Я; 1000

к» 7 2С04 5п 10| хдо

« А 2004 'Им 2: ЕГО

Ч 2С04 № :: боа

Рис.6. Эколого-экономический ущерб (г.Иркутск)

Результаты расчета эколого-экономического расчета показали, что максимальное время для восстановления почв г.Иркутск - 3000 временных единиц необходимо только для локализации олова (рис.6), по данным 2004 года.

Рис.7. График времени (условные временные единицы) восстановления почв (г. Иркугск) 2004 г.

Город Ангарск

А В С в 6 Г О й 1

1 '2 Эконоитескнй учерб юрода «Лшарсю»

3 ПЛОЩАДЬ 1КМ.КВ-1 ПОСТОЯННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

* 1 УРОВНЯ 209 Коэффициент связи ■ Ксв

т 2 уровня 544 Вреия жизни компонента (года) ■ Тмах 100

ж 3 УРОВНЯ 1036 Масштабный коэффициент подобия - Ск ■2,96

т

а н- Год _ Токсикант ПДК1 Ущерб 1 уровня ПДК2 Уцерб 2 уровня пдкз Ущерб 3 уровня

1 1ЭЭЗ а 2 600.00 2 7В,17 2 1331

ю 2 1993 Со 1.7 610,00 1,7 66,45 V 11,83

3 1663 РЬ 18 540 00 1,8 70,35 1.8 12,52

■№ 4 3002 РЬ ? боо.оо 0.25 9,77 0,75 1,74

т 5 2002 Си 2.В 640,00 2,6 109.44 2,8 10,48

м 6 2002 Мо 1.3 390,СО 7.02 274,38 7.02 48,84

ж 7 2002 V 1.5 45ШЖ 0,76 29,31 0,75 5.22

-

Рис. В. Эколого-экономический ущерб (г.Ангарск)

Результаты расчета эколого-экономического расчета показали, что максимальное время для восстановления почв г.Ангарск - 600 временных единиц необходимо для локализации цинка (рис.8), по данным 1993 года, и свинца, по данным 2002 года.

Рис.9. График времени (условные временные единицы) восстановления почв (г. Ангарск) 1993 г.

Осуществляя прогнозирование по данным 1993 года в г. Ангарск наблюдается следующая закономерность - время, требуемое для восстановления почвенного покрова, пострадавшего от воздействия

токсикантов 2п, Со и РЬ, значительно уменьшается по мере удаления от

Осуществляя прогнозирование по данным 2004 года в г. Ангарск наблюдается следующая закономерность - время, требуемое для восстановления почвенного покрова, пострадавшего от воздействия токсикантов РЬ, Си и V, значительно уменьшается по мере удаления от города (рис.10), Однако токсикант Мо имеет иную временную характеристику, требующую значительно большего времени для восстановления земель, пострадавших от загрязнения им. Город Шелехов

Ar ■Й - F ' б Т!.....

2 I Зконанический ущерь города «Шелеков»

3 ПЛОЩАДЬ (кы.кв.) ПОСТОЯННЫЕ ВЕЛИЧИНЫ

4 1 уровня 31 Коэффициент связи - Ксв 1

J.I Время жизни компонента (года) - Тмах 100

71 Масштабный коэффициент подобия - С '2,95

8 ¡Не Год Токсикант ПДК1 Ущерб 1 уровня

9 ; 1 2004 V 2 600

105

Рис. 11. Эколого-экономический ущерб (г.Шелехов)

Незначительное количество данных и отсутствие динамики загрязнения не позволяют произвести достоверный прогноз по восстановлению времени почвенного покрова г. Шелехов и его пригородной зоны.

Поселок Мегет

Данные мониторинга по загрязнению почв п. Мегет и прилегающей территории отсутствуют.

На основании обследования I группы городов - Иркутск, Ангарск, Шелехов и Мегет основное влияние оказывается следующими токсикантами: Ъл, Си, Мо и V.

Проанализировав соотношение восстановления почв в городах Иркутск, Ангарск и Шелехов от воздействия цинка, меди, молибдена и ванадия (рис. 12) видно, что

1. Максимальное время для восстановления почв от воздействия цинка в г. Иркутске составляет 1500 временных единиц;

2. Максимальное время для восстановления почв от воздействия меди в г, Ангарске составляет 840 временных единиц;

3. Максимальное время для восстановления почв от воздействия молибдена в г. Иркутске составляет 2400 временных единиц;

4. Максимальное время для восстановления почв от воздействия ванадия в г. Иркутске и г. Шелехове составляет 600 временных единиц.

По результатам расчета времени восстановления почвенного покрова промышленных центров Иркутской области наибольшее влияние оказывают следующие токсиканты:

■ Ванадий;

■ Ртуть;

■ Свинец.

По мере укрупнения территории, охватываемой прогнозом и срока его возможной реализации, увеличивается роль социально-экономических и демографических факторов и вариантов их развития. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений, которые попав в почву поступают в организм человека главным образом через контактирующие с ней среды: воду, воздух и растения.

Неблагоприятная экологическая обстановка характеризуется двумя важными обобщениями:

1. Вокруг промышленных объектов сформировались области антропогенного социально-экологического напряжения, оказывающие влияние на значительные расстояния;

2. Население, проживающее вблизи промышленных центров, значительно отличается по состоянию здоровья, распространенности и выраженности индикаторной и экологически обусловленной патологии взрослых и детей, показателям смертности и средней продолжительности жизни. Изменения в состоянии здоровья населения, обусловленные

воздействием факторов окружающей среды, проанализированы на территории Иркутской области. Человек в течение всей своей жизни находится под постоянным воздействием целого спектра факторов окружающей среды - от экологических до социальных. Ориентировочный вклад различных факторов в здоровье населения оценивается по четырем позициям (рис. 14): образ жизни, генетика (биология) человека, внешняя среда и здравоохранение.

Рис. 14. Диаграмма факторов, влияющих на здоровье

Большинство металлов являются жизненно необходимыми. Они не синтезируются в организме и должны поступать из окружающей среды. Некоторые металлы (цинк, хром, никель, медь, железо, марганец и др.) проявляют токсическое действие на организм в зависимости от их концентрации. Свинец, кадмий, ртуть, таллий, алюминий являются особо токсичными для организма элементами, хотя не исключается вероятность их использования организмом в микродозах в процессе жизнедеятельности, однако убедительных доказательств этому не имеется (табл. 2).

О Образ жизни

■ Генетика (биология) человека О Внеиияя среда, природно-климатические условия О Здравоохранение

Факторы, влияющие на здоровье

Таблица 2

Последствия воздействия некоторых тяжелых металлов на здоровье человека

Элементы Последствия воздействия элементов Города

Свинец Разрушение костных тканей, задержка синтеза протеина в крови, нарушение нервной системы, органов чувств, почек, пищеварительной и сердечно-сосудистой системы, снижение реакции иммунной системы на чужеродные антигены Иркутск, Ангарск, Зима, Усолье- Сибирское

Ртуть Нервные расстройства (болезнь Минамата); нарушение функций желудочно-кишечного тракта, почек; изменение в хромосомах Ангарск, Усолье- Сибирское, Байкальск, Зима

Мышьяк Раковые заболевания кожи, интоксикация, периферические невриты Свирск

За последние 5 лет с 1998 г. по 2002 г. в Иркутской области первые 3 места среди причин смерти трудоспособного населения занимают: болезни системы кровообращения, несчастные случаи, травмы и отравления и злокачественные новообразования (рис. 15).

Г~ л

а Вопезни системы кровообращения

■ Несчастные случаи, отравления, травмы

а Злокачественные новообразования □ Болезни органов дыхания

■ Болезни органов лииэварения

О Инфекционные и паразитарные

заболевания

____/

Рис. 15. Диаграмма причин смертности населения Иркутской области (%)

По государственному докладу «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 2003 году» показатель смертности в 2002 г. составил 15.7, что на 0.6 выше чем по Российской Федерации (рис. 16).

Причины смертности населения Иркутской области за 2002 г

/ / ¿ é1 / f # / / / / ✓ # # / Года

- Российкая Федерация Иркутская область

Рис. 16. График динамики общей смертности населения

Естественный прирост населения области в 2002 г. отрицательный -4.5, что на 0.1 выше, чем в 2001 г. и на 2.0 ниже, чем по Российской Федерации (например, г. Усолье-Сибирское).

Рис. 17. График демографической ситуации г. Усолье-Сибирское

Объединив данные города Усолье-Сибирское за 2005 г. о

■ демографической ситуации (рис. 17);

■ расчете времени, необходимого для восстановления

почв (по

№ Год Токсикант Ущерб 1-го уровня

1 2005 РЬ 360

2 2005 Sn 510

3 2005 F 330

■ последствиях воздействия некоторых тяжелых металлов на здоровье человека, в частности свинца (табл.2), можно выявить следующие тенденции демографического развития города:

■ убыль населения;

■ отрицательные тенденции естественного прироста;

" увеличение смертности трудоспособного населения;

■ стабильно высокий показатель младенческой смертности.

Почвы территории Иркутской области испытывают значительные антропогенные нагрузки, связанные, прежде всего с хозяйственной деятельностью предприятий, что является одним из факторов негативного влияния на здоровье населения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований загрязнения почв Иркутской области токсикантами разработана технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды с применением технического (программного) средства для прогнозирования изменений окружающей среды. На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы:

1. При обзоре методик оценки антропогенного воздействия на окружающую среду можно сделать вывод, что не производится комплексная оценка почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства время, необходимое на восстановление природной среды. Поэтому особую значимость приобретает деятельность, направленная на снижение и предотвращение антропогенного воздействия на почвенный покров, сохранение и рациональное использование природных ресурсов с прогнозированием изменений окружающей среды.

2. В настоящее время риск загрязнения почвенного покрова различными группами токсикантов, его последствия и взаимосвязь между техногенными нагрузками и устойчивостью почв изучены недостаточно.

3. Разработка технологии прогноза изменений загрязнения почв, методов ее оценки и управления находится еще в стадии становления. На современном уровне знаний не существует общепринятых подходов и путей решения этой крайне сложной проблемы. Для достижения указанной цели необходима комплексная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу мер экономического стимулирования, направленных на снижение антропогенной нагрузки на почвенный покров, не превышающий допустимого уровня.

4. Разработано техническое (программное) средство по уточнению эколого-зкономичекого ущерба, наносимого почвам территории Иркутской области, на основе пространственно-временной методики, позволяющее рассчитывать интерференцию плотности наложения от различных типов воздействия и визуально представлять зоны антропогенного воздействия.

5. Техническое (программное) средство позволяет осуществлять прогнозирование рисков, наносимых почвенному покрову территории Иркутской области антропогенным воздействием, с учетом распространения воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды по формуле (2).

6. Почвы территории Иркутской области испытывают значительные антропогенные нагрузки, связанные, прежде всего со спецификой хозяйственной деятельности предприятий и скученностью промышленности, связанной с индустриальным развитием региона, что в свою очередь является одним из факторов негативного влияния на здоровье населения. Хотя ориентировочное влияние состояния окружающей среды на здоровье населения оценивается исследователями в 25 %, тем не менее, это, по сути, очень высокая цифра, а почвы являются основной составляющей природной системы.

7. По произведенным расчетам отмечено преимущественное загрязнение следующими токсикантами: ванадием, ртутью и свинцом с превышением допустимого уровня в следующих городах Иркутской области - Иркутск, Ангарск, Шелехов, Усолье-Сибирское, Свирск, Черемхово, Тайшет, Байкальск, Слюдянка, Саянск и Зима. По полученным данным прогнозируется значительное время для восстановления почвенного покрова, что неминуемо скажется на здоровье нескольких поколений. Известно, что именно свинец и ртуть вызывают многие болезни системы кровообращения, преобладающие среди причин смертности населения Иркутской области.

8. Результаты научного исследования могут быть применены в дальнейшем для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам других территорий.

9. Техническое (программное) средство для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия обеспечивает достоверность и высокую степень адекватности оценки выполняемого прогнозирования изменений окружающей среды.

10. Проанализировав и обработав данные по загрязнению почв территории Иркутской области, приходим к выводу о необходимости более тщательного и проходящего хотя бы раз в 3 года обследования почв, особенно городов с так называемым «вредным» производством.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Дмитриева Л.Ю. Разработка программы «Интерференция плотности антропогенного воздействия» //Вестник ИрГТУ.-2008. №3 (35). С.179-180.

2. Дмитриева Л.Ю. Программное обеспечение для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров/ Е.В. Зелинская, Е.А. Муснхина, Л.Ю.

ДмитриеваУ/Экология урбанизированных территорий.-2008. №3. С. 83-87.

3. Дмитриева Л.Ю. Влияние деятельности человека на возникновение чрезвычайных ситуаций на планете/ Е.В. Зелинская, Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева// Вестник МГОУ. 2009. №1.Серия «Естественные науки». С.3-8.

4. Дмитриева Л.Ю. Расчет интерференции плотности антроногенного воздействия на почвенный покров Иркутской области / Л.Ю. Дмитриева, Е.А. Мусихина/УСвидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2009616716 от 03 декабря 2009г РОСПАТЕНТ;

5. Dmitrieva L.Yu. The time-space method of ecological damage evaluation/E.A.Musikhina, L.Yu. Dmitrieva, O.M.Musikhina // European journal of natural history, London, 2008. P.99-102.

6. Дмитриева Л.Ю. Комплексная оценка воздействия на окружающую среду//Успехи современного естествознания. 2008. №8. С.89.

7. Дмитриева Л.Ю. Применение технических средств при оценке экологических рисков /Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//Успехи современного естествознания.2008. №9. С. 126-128.

8. Дмитриева Л.Ю. Человечество как субъект природопользования /Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//Успехи современного естествознания». 2008. №11. С.107-109.

9. Дмитриева Л.Ю. Программа «Интерференция плотности антропогенного воздействия» по пространственно-временной методике оценки воздействия на окружающую среду/Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева //Проблемы земной цивилизации: Поиск решения проблем выживания, безопасности и развития Земной цивилизации. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. Вып. 19. С. 146-148.

Ш.Дмитриева Л.Ю. Программное обеспечение для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров на примере крупных промышленных городов Иркутской области //Проблемы земной цивилизации: Поиск решения проблем выживания, безопасности и развития Земной цивилизации. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. Вып. 21. С. с. 199-204.

П.Дмитриева Л.Ю. Необходимость и значимость охраны почвенного покрова/Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//Современные наукоемкие технологии. 2009. №3. С.70-72.

12.Дмитриева Л.Ю. Проблема экологического образования в России /Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//Успехи современного естествознания. 2009. №9. С. 126-128.

1 З.Дмитриева Л.Ю. Характер зависимости медико-демографических показателей от степени загрязнения почвенного покрова /Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//Успехи современного естествознания. 2009. №11. С.50-52.

Подписано в печать 23.03.2010. Формат 60 х 84 !/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Гарнитура Times. Усл. печ. л. 1,395 Тираж 100 экз. Заказ № 317.

ФГУГП «Урангеологоразведка» Юр. адрес: 115148, г. Москва, ул. Б. Ордынка, дом 49, стр.3. ИНН 7706042118 БФ «Сосновгеология» «Глазковская типография». Адрес: 664039, г. Иркутск, ул. Гоголя, 53; тел.: 38-78-40, тел./факс: 598-498.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Дмитриева, Лариса Юрьевна

Список сокращений Введение

Анализ антропогенного воздействия на почвенный покров (литосферу) и прогнозирование изменений

1.1. Антропогенное воздействие на почву

1.2. Основные проблемы экологического прогнозирования

1.3. Анализ подходов к оценке загрязнения почвы Характеристика почвенного покрова промышленных центров Иркутской области и закономерности его изменения

2.1. Город Иркутск

2.2. Город Ангарск

2.3. Город Шелехов

2.4. Поселок Мегет

2.5. Город Усолье-Сибирское

2.6. Город Свирск

2.7. Город Черемхово

2.8. Город Тайшет

2.9. Город Бирюсинск

2.10. Город Байкальск

2.11. Поселок Култук

2.12. Город Слюдянка

2.13. Поселок Листвянка

2.14. Город Саянск

2.15. Город Зима

2.16. Город Вихоревка

2.17. Город Братск

2.18. Город Усть-Илимск

2.19. Анализ взаимосвязи загрязнения почв и здоровья населения Иркутской области

Проектирование технического (программного) средства для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия

3.1. Постановка задачи

3.2. Выбор программного обеспечения

3.3. Алгоритмизация или составление схемы решения задачи

3.4. Создание базы данных

3.5. Алгоритм Брезенхема построения окружности

3.6. Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия

Технология прогнозирования изменений почвенного покрова с учетом антропогенного воздействия

4.1. Способ прогнозирования экологических рисков

4.2. Моделирование антропогенного воздействия на почвенный покров

4.3. Апробация технологии прогнозирования изменений почвенного покрова с учетом антропогенного воздействия

4.3.1. Определение плотности антропогенного воздействия

4.3.2. Расчет эколого-экономического ущерба по пространственно-временной методике

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии прогнозирования изменений почвенного покрова под антропогенным воздействием"

Актуальность. Одной из важнейших социально-экономических задач является изучение состояний окружающей природной среды, прогнозирование изменений ее состояний, как в естественных условиях, так и под воздействием антропогенных факторов, с целью прогнозирования возможных рисков.

В настоящее время риску загрязнения почвенного покрова различными группами токсикантов, его последствиям и взаимосвязям между техногенными нагрузками и устойчивостью почв уделяется недостаточно внимания. Разработка технических средств прогнозирования риска загрязнения почв, методов его оценки и управления находится еще в стадии становления. На современном уровне знаний не существует общепринятых подходов и путей решения этой крайне сложной проблемы. Для достижения указанной цели необходима интегральная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу мер экономического стимулирования, направленных на снижение антропогенной нагрузки на почвенный покров до допустимого уровня.

В последние годы для обеспечения задач прогнозирования особое внимание уделяется разработке различных библиотек и пакетов прикладных программ. В настоящее время лидирующее место среди технических (программных) средств в области охраны окружающей среды занимают программные продукты, разработанные фирмой «Интеграл», объединенные в серию «Эколог». Среди программ фирмы «Интеграл» имеются уникальные разработки: унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) Эколог (версия 3.0), охрана атмосферного воздуха, система экологического мониторинга города (региона) «Эколог-город». Программное обеспечение «Аналитический комплекс с единым программным обеспечением для экологического мониторинга», который реализует современные технологии мониторинга химического состава объектов окружающей среды, результаты которого могут быть использованы для прогнозирования состояния окружающей среды. Решение экологических проблем становится приоритетным для обеспечения устойчивости развития промышленных территорий. Особенно это касается крупных населенных пунктов, где сосредоточены промышленные предприятия.

Учитывая иерархическую структурированность окружающей среды и адекватную ей структурированность времени, соответствующую различным уровням природной системы, время рассматривается как показатель дисконтирования затрат на восстановление природной среды.

Актуальность поставленной научной задачи определяется необходимостью объективной комплексной оценки загрязнения почв и прогнозированием изменений окружающей среды, учитывающим распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды в качестве временных единиц [1,5,7,36].

Цель исследования: разработка технологии для прогнозирования изменений окружающей среды и её защиты с применением Технического (программного) средства «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области», ориентированного на комплексную оценку почв с возможностью адаптации на любую другую область воздействия.

Основная идея работы заключается в прогнозировании изменений окружающей среды под влиянием различных токсикантов с учетом распространения воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с использованием показателя времени как дисконтирование затрат на восстановление почвенного покрова.

Основные задачи исследования: 1. Изучение характеристики почвенного покрова и закономерности его изменения в промышленных центрах Иркутской области.

2. Применение формулы для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам с учетом пространственно - временных характеристик.

3. Построение модели прогнозирования антропогенного воздействия на почвенный покров с использованием фактора времени.

4. Разработка технического (программного) средства «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области» с применением обьектно-орентированного программирования и подключением баз данных для расчета эколого-экономического ущерба; визуального представления границ антропогенного воздействия на почвенный покров по пространственно-временной методике; выявления областей наложения воздействия различных типов токсикантов; расчета площадей зон наложения; организации процесса сохранения результатов расчета и экспорта данных в пакет Microsoft Office (в частности в MS Excel); разработка пакета документов для сопровождения программного обеспечения.

5. Апробация разработанного технического средства на фактическом материале.

6. Выявление взаимодействия между загрязнением почвенного покрова и медико-демографическими показателями.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Предложена технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом времени, необходимого для восстановления природной среды.

2. Разработано техническое (программное) средство, позволяющее визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и производящее расчет площадей наложения от воздействия различных объектов.

3. Осуществлено прогнозирование рисков от изменения качественных характеристик почвенного покрова с учетом влияния на медико-демографические показатели.

Объектом исследования является прогнозирование изменений качественных характеристик почвенного покрова территории Иркутской области под влиянием антропогенной нагрузки.

Предметом исследования является анализ и выявления зон риска воздействия различных токсикантов при комплексной оценки состояния почв (населенных пунктов Иркутской области) с применением технического (программного) средства и прогнозирования на перспективу. Методы исследования:

1. Структурно-иерархическое пространственно-временное моделирование оценки эколого-экономического ущерба от воздействия на окружающую среду.

2. Пространственно-временное моделирование динамики загрязнения почвенного покрова территории Иркутской области токсикантами промышленного происхождения.

3. Программное обеспечение: система объектно-ориентированного программирования Delphi, позволяющая быстро и удобно разрабатывать эффективные приложения, включая приложения для работы с базами данных; пакет Microsoft Office; система Microsoft Help Workshop для создания справочной информации.

4. Технология ADO (ActiveX Data Objects - объекты данных ActiveX), которая осуществляет доступ к информации с помощью OLE DB (Object Linking and Embedding Data Base - связывание и внедрение объектов баз данных), данными для ADO использовались таблицы MS ACCESS.

5. Карты информационной системы Google, применение которых разрешено в некоммерческих целях.

Достоверность результатов проведенных исследований, обоснованность сформулированных в работе научных положений и выводов обеспечена: использованием современных информационных технологий, позволяющих ограничить возможность влияния на результат расчетов; расчетом эколого-экономического ущерба на основе пространственно-временной методики (повышение достоверности на 5-10%) с возможностью визуально представить зоны антропогенного воздействия; апробацией результатов на международных и всероссийских конференция; апробацией и внедрением технического (программного) средства в ГУ МЧС России по Иркутской области при прогнозировании рисков от антропогенного воздействия; свидетельством о государственной регистрации программ для ЭВМ «Расчет интерференции плотности антропогенного воздействия на почвенный покров Иркутской области» № 2009616716 от 03 декабря 2009г РОСПАТЕНТ.

Личный вклад автора диссертации заключается: в отборе, анализе и обобщении литературных источников по оценке ущерба почвенного покрова, прогнозированию изменений почвенного покрова; в разработке технологии комплексной оценки почв, учитывающей распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого для восстановления природной среды в разработке и создании технического (программного) средства, позволяющего визуально представлять границы антропогенного воздействия на почвенный покров и производящего расчет площадей наложения от различных объектов, позволяющего осуществлять прогнозирование изменений состояния окружающей среды.

Научная новизна работы:

1. Предложен универсальный способ повышения адекватности комплексной оценки ущерба на основе пространственно - временной методики по заказу Иркутской областной администрации;

2. Разработан способ визуализации границ возможного антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства с учетом фактора времени;

3. Впервые установлена интерференция плотности антропогенного воздействия, имеющая в большинстве случаев аддитивный характер;

4. Показана зависимость медико-демографических показателей состояния здоровья населения от характера антропогенного воздействия на почвенный покров.

Практическая ценность:

1. Выполнен расчет эколого-экономический ущерба, наносимый почвам территории Иркутской области на основе пространственно-временной методики.

2. Создано техническое (программное) средство для расчета интерференции плотности наложения от различных типов воздействия, позволяющее визуально представить зоны антропогенного воздействия, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ №2009616716 3.12.2009.

3. Результаты научного исследования могут быть применены в дальнейшем для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам других территорий.

4. Показано влияние промышленных центров Иркутской области на показатели здоровья населения под влиянием изменения состояния окружающей среды.

5. Спрогнозировано возможное изменение состояний окружающей среды с целью локализации и ликвидации, негативных как природных, так и техногенных воздействий.

6. Разработанное программное обеспечение апробировано и внедрено в ГУ МЧС России по Иркутской области, акт внедрения технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств, утвержденный заместителем начальника Главного управления МЧС России по Иркутской области подполковником М.В. Бегуном 25 сентября 2008 года.

Апробация результатов научного исследования. Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технической конференциях разного уровня: «Геонауки» (Иркутск, 2008), «Экология и современное образование» (Москва, 2008), в том числе международных -«Экология промышленных регионов России» (Дубай, 2008),

Природопользование и охрана окружающей среды» (Пекин, 2008), «Экология большого города» (Санкт-Петербург, 2009), «Актуальные проблемы науки и образования» (Варадеро, 2009), «Природопользование и охрана окружающей среды» (Париж, 2009).

По результатам научного исследования опубликовано 13 печатных работ, из них 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Текст диссертации изложен на 146 страницах и содержит 66 рисунков, 15 таблиц, 1 приложение. Библиографический список состоит из 85 наименований, акт внедрения, патентное свидетельство.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Дмитриева, Лариса Юрьевна

Заключение

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований загрязнения почв Иркутской области токсикантами разработана технология комплексной оценки почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды с применением технического (программного) средства для прогнозирования изменений окружающей среды.

На основании проведенных исследований сделаны следующие выводы: 1. При обзоре методик оценки антропогенного воздействия на окружающую среду можно сделать вывод, что не производится комплексная оценка почв, учитывающая распространение антропогенного воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства время, необходимое на восстановление природной среды. Поэтому особую значимость приобретает деятельность, направленная на снижение и предотвращение антропогенного воздействия на почвенный покров, сохранение и рациональное использование природных ресурсов с прогнозированием изменений окружающей среды.

2 В настоящее время риск загрязнения почвенного покрова различными группами токсикантов, его последствия и взаимосвязь между техногенными нагрузками и устойчивостью почв изучены недостаточно.

3. Разработка технологии прогноза изменений загрязнения почв, методов ее оценки и управления находится еще в стадии становления. На современном уровне знаний не существует общепринятых подходов и путей решения этой крайне сложной проблемы. Для достижения указанной цели необходима комплексная оценка опасности загрязнения почв, создание стандартов качества почв, внедрение в природоохранную сферу мер экономического стимулирования, направленных на снижение антропогенной нагрузки на почвенный покров, не превышающий допустимого уровня.

4. Разработано техническое (программное) средство по уточнению эколого-экономичекого ущерба, наносимого почвам территории Иркутской области, на основе пространственно-временной методики, позволяющее рассчитывать интерференцию плотности наложения от различных типов воздействия и визуально представлять зоны антропогенного воздействия.

5. Техническое (программное) средство позволяет осуществлять прогнозирование рисков, наносимых почвенному покрову территории Иркутской области антропогенным воздействием, с учетом распространения воздействия от локального объекта на периферию окружающего пространства и времени, необходимого на восстановление природной среды по формуле (2).

6. Почвы территории Иркутской области испытывают значительные антропогенные нагрузки, связанные, прежде всего со спецификой хозяйственной деятельности предприятий и скученностью промышленности, связанной с индустриальным развитием региона, что в свою очередь является одним из факторов негативного влияния на здоровье населения. Хотя ориентировочное влияние состояния окружающей среды на здоровье населения оценивается исследователями в 25 %, тем не менее, это, по сути, очень высокая цифра, а почвы являются основной составляющей природной системы.

7. По произведенным расчетам отмечено преимущественное загрязнение следующими токсикантами: ванадием, ртутью и свинцом с превышением допустимого уровня в следующих городах Иркутской области - Иркутск, Ангарск, Шелехов, Усолье-Сибирское, Свирск, Черемхово, Тайшет, Байкальск, Слюдянка, Саянск и Зима. По полученным данным прогнозируется значительное время для восстановления почвенного покрова, что неминуемо скажется на здоровье нескольких поколений.

Известно, что именно свинец и ртуть вызывают многие болезни системы кровообращения, преобладающие среди причин смертности населения Иркутской области.

8. Результаты научного исследования могут быть применены в дальнейшем для расчета эколого-экономического ущерба, наносимого антропогенным воздействием почвам других территорий.

9. Техническое (программное) средство для расчета интерференции плотности антропогенного воздействия обеспечивает достоверность и высокую степень адекватности оценки выполняемого прогнозирования изменений окружающей среды.

Ю.Проанализировав и обработав данные по загрязнению почв территории Иркутской области, приходим к выводу о необходимости более тщательного и проходящего хотя бы раз в 3 года обследования почв, особенно городов с так называемым «вредным» производством.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Дмитриева, Лариса Юрьевна, Иркутск

1. ARCREVIEW: современные геоинформационные технологии/ Глав. ред.1. A.В. Орлов. №4, 2004.

2. Агаджанян Н. Экология, здоровье и перспективы выживания// Зеленый мир. -2004. -№ 13-14.

3. Атлас Иркутск и Иркутская область/Глав. ред. В.П.Шоцкий.-М.Федеральная служба геодезии и картографии России, 1997.-48с.

4. Вернадский В.И. Биосфера/ В.И. Вернадский. — Д.: Мысль, 1967

5. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения/

6. B.И. Вернадский. М.: Наука, 2001.

7. Винокуров М.А., Суходолов А.П. Экономика Иркутской области: В 4 т. -Иркутск: Изд-во: БГУПЭ, 1998. Т. 1.

8. Воронков Н. А. Экология. Общая, социальная, прикладная: Учеб. пособие. — М.: Агар, 1999.

9. Выгодский М.Я. Справочник элементарной математике.-25, изд., М.:«Наука», 1979.

10. Гарин В.М. Экология для технических вузов: Учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2001.

11. Головнева Т.И. Оценка состояния почв территории Иркутской области / Т.И. Головнева //«Вестник ИрГТУ» Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008

12. Головнева Т.И., Проблема оценки воздействия на почвы Иркутской области/Т.И. Головнева//Материалы конференции «Экология и современное образование» Москва, 2008.

13. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 1997 году» / Под ред. Н.Ю. Удодова. Иркутск ОАО НПО «Облмашинформ», 1999.-300с.

14. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 1999 году» / Под ред. М.Н. Щербакова. Иркутск ОАО НПО «Облмашинформ», 2000.-320 с.

15. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 2000году» / Под ред. Л.А.Кром Иркутск ОАО НПО «Облмашинформ», 2001.-384 с.

16. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 2003 году» / Под ред. М.Н. Щербакова. Иркутск ОАО НПО «Облмашинформ», 2004.

17. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2007 году», Иркутск, 2008.

18. Гофман В.Э., Хомоненко А.Д. Delhpi 6.- СПб.:БХВ-Петербург, 2001

19. Денисов В.В., Курбатова А.С., Денисова И.А., Бондаренко B.JL, Грачев В.А., Гутенов В.В., Нагнибеда Б.А. Экология города: Учебное пособие/Под ред.проф. В.В. Денисова.-М.:ИЦК «МарТ», Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2008

20. Дмитриева Л.Ю. Комплексная оценка воздействия на окружающую среду/ Л.Ю. Дмитриева//«Успехи современного естествознания» №8, Москва, 2008.

21. Дмитриева Л.Ю. Разработка программы «Интерференция плотности антропогенного воздействия» / Л.Ю. Дмитриева //«Вестник ИрГТУ» №3 (35) Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008.

22. Доклад «Проблемы и практика расчета ущерба окружающей среде при обнаружении нарушений природоохранного законодательства» на Совещании Росприродонадзора РФ, О.Е. Медведева, Москва, 20 февраля 2007г.

23. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области в 1993 г., ч. II «Токсичные вещества промышленного происхождения».

24. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области в 1994 г., ч. II «Токсичные вещества промышленного происхождения».

25. Ежегодник загрязненйя почв Иркутской области в 1996 г., ч. II «Токсичные вещества промышленного происхождения2 8.Ежегодник загрязнения почв Иркутской области промышленного происхождения в 1998 г., ч. II.

26. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области промышленного происхождения в 2000 г., ч. И.

27. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области промышленного происхождения в 2002 г., ч. II.

28. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области промышленного происхождения в 2004 г., ч. И.

29. Зайцев В.В. , Рыжов В.В., Сканави М.И. Элементарная математика, повторительный курс.-М.:«Наука», 1974.

30. Дмитриева// Вестник МГОУ. Серия «Естественные науки» №1 — Москва, 2009.

31. Зелинская Е.В. Задача комплексной оценки антропогенного загрязнения почв на территории Иркутской области/ Е.В. Зелинская, Е.А. Мусихина, Т.И. Головнева//Экология урбанизированных территорий" №3, Москва, 2008.

32. Израэль Ю.А. Проблемы мониторинга и охраны окружающей среды/ Ю.А. Израэль. -М.: Гидрометеоиздат, 1989.

33. Круть И.В. Введение в общую теорию Земли. — М.: Мысль, 1978.

34. Климова JI.M. Delhpi 7. Основы программирования. Решение типовых задач. Самоучитель. Издание второе дополненное.-М:КУДИЦ-ОБРАЗ,2005

35. Козырев Н.А. Новый метод определения тригонометрических паралаксов на основе измерения разности между истинным и видимым положением звезды/ Н.А. Козырев, В.В. Насонов. // Проблемы исследования Вселенной, 1978, №7.

36. Козырев Н.А. Человек и природа: избранные труды.- JL: Изд-во Ленинградского университета, 1991.

37. Коробкин В.И, Передельский JT.B. Экология.-Ростов н/Д:изд-во «Феникс»,2001.

38. Культин Н.Б. Основы программирования в Delhpi 7.-СПб.:БХВ-Петербург, 2003.

39. Культин Н.Б. Программирование в TurboPascal 7.0 и Delhpi.- 2-е изд., перераб. и доп.-СПб.: БХВ-Петербург, 2001.

40. Максаковский В.П. Географическая картина мира. 4.1. Ярославль: Верх.-Волж. кн. изд-во, 1995.

41. Маккарти Д, Маккарти М. Правила разработки программного обеспечения/ Пер. с англ.-М.:Издательство «Русская редакция»; СПб.: Питер, 2007.

42. Материалы научной сессии отделения профилактической медицины РАМН. " ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ РИСК И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА: ПРОБЛЕМЫ

43. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ"/ Под ред. Н.Ф. Измерова, Ю.А. Рахманина, И.Б Ушакова // Воронеж, Воронежский государственный университет, 2002, 165.

44. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. М., 1999.

45. Мусихина Е.А. Великая тайна времени / Е.А. Мусихина. // Проблемы земной цивилизации, Выпуск 19. Иркутск: ООО «Фрактал», 2008.

46. Мусихина Е.А. Комплексная оценка антропогенного загрязнения почв Иркутской области/ Е.А. Мусихина, Т.И. Головнева.//Материалы научно-технической конференции «Геонауки» Иркутск, 2008.

47. Мусихина Е.А. Мониторинг почв территории Иркутской области/ Е.А. Мусихина, Т.И. Головнева//«Успехи современного естествознания» №7, Москва, 2008.

48. Musikhina Е.А. The time-space method of ecological damage evaluation/E.A.Musikhina, L.Yu. Dmitrieva, O.M.Musikhina // European journal of natural history, London, 2008.

49. Мусихина Е.А. Применение средств ПрИ оценке экологическихрисков /Е.А. Мусихина, Дмитриева//«Успехи современногоестествознания» №9, Москва, ^0>08.

50. Мусихина Е.А. Человечеством ^^ субъект природопользования /Е.А. Мусихина, Л.Ю. ДмитРиев^^<<:^5^011ехи современного естествознания» №11, Москва, 2008.

51. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007.

52. Мусихина Е.А. Методологический аспект технологии комплексной оценки экологической емкости террИТОрИй. М.: Издательство «Академия1. Естествознания», 2009.

53. Мусихина Е.А. Применение технических средств при оценке экологических рисков /Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//«Успехи современного естествознания» №9, Москва, 2008.

54. Мусихина Е.А. Человечество как субъект природопользования /Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//«Успехи современного естествознания» №11, Москва, 2008.

55. Мусихина Е.А. Использование системных свойств времени при оценке состояний природных систем/ Е.А. Мусихина. // Вестник ИрГТУ, №3. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. .

56. Мусихина Е.А. Методологический аспект технологии комплексной оценки экологической емкости территорий. М.: Издательство «Академия Естествознания», 2009.

57. Мусихина Е.А. Теоретические основы технологии комплексной оценки экологической емкости территории. — Москва: Издательство РАЕ, 2009.

58. Мусихина Е.А. Необходимость и значимость охраны почвенного покрова/Е.А. Мусихина, Л.Ю. Дмитриева//«Современные наукоемкие технологии» №3, Москва, 2009- с.70-72;

59. Нижарадзе Т.Н. Оценка экологического состояния окружающей среды методом биогеохимической индикации. Режим доступа: http://www.geotest.sp.ru/

60. Николайкин Н.И. Экология/Н.И.Николайкин.-М.: Дрофа, 2003.-624 с.

61. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие. — М: ФАИР-ПРЕСС, 1999.

62. Общая экология: Учеб. / Под ред. А. С. Степановских. М.: ЮНИТИ, 2000.

63. Общая биология. Справочные материалы, М., 1995.

64. Попов В.Ф., Толстихин О.Н. «Экологическое прогнозирование». Режим доступа: http://www.sitc.ru "

65. Проект разработки балансовых запасов россыпи р.Тахтыга. Т. II. Охрана окружающей среды/ Отв. ред. Б.Л.Тальгамер.-Иркутск, 2003.-89 с.(без прил.)

66. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. — 3-е изд. — М.: Финансы и статистика, 2001.

67. Пузаченко Ю.Г. Экосистемы в критических состояниях/ Ю.Г. Пузаченко. -М.: Наука, 1989.

68. Реймерс Н.Ф. Экология М.: Россия Молодая, 1994.

69. Рянский Ф.Н. Фрактальная теория пространственно-временных размерностей. Режим доступа: http://www.xaoc.ru (02 Ноябрь, 2004).

70. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. СПб: Химия, 1995

71. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.

72. Фленов М.Е. Библия Delhpi.- СПб.:БХВ-Петербург, 2004.

73. Хомоненко А.Д., Гофман В.Э. Работа с базами данных в Delhpi.-3-e перераб. и доп.-СПб.: БХВ-Петербург, 2005.

74. Шпак Ю.А. SQL.ITpocTO как дважды два/Ю.А. Шпак.-М.:Эксмо, 2007

75. Иркутская область. Города и районы. Режим дост^^-^. http://www.pribaikal.ru/

76. Информационная система Google. Режим доступа: http://www.Google.ru

77. Все для программиста. Режим доступа: http://www.codenet.ru/progr/video/alg/alg4.phpI