• Правило (неизбежных) цепных реакций «жесткого» управления природой: «жесткое», как правило, техническое управление природными процессами чревато цепными природными реакциями, значительная часть которых оказывается экологически, социально и экономически неприемлемыми в длительном интервале времени.
• Правило «мягкого» управления природой: «мягкое» (восстанавливающее экологический баланс) управление природными процессами, как правило, способно вызвать желательные природные цепные реакции и поэтому социально-экономически предпочтительнее «жесткого», техногенного.
Геоэкологические принципы охраны окружающей среды:
Наиболее общим правилом охраны природы можно считать закон шагреневой кожи: глобальный исходный природноресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается, что требует от человечества научно-технического совершенствования, направленного на более широкое и глубокое использование этого потенциала.
Метод представляет собой способ исследования явлений, который включает в себя различные теоретические и технические средства познания, ведущий к получению новой информации.
По способу изучения методы научного исследования делятся на два уровня: эмпирический и теоретический. Эмпирическое знание охватывает этапы получения информации, ее обработки и простейших обобщений. Оно формируется при непосредственном контакте исследователя с объектом исследования в ходе наблюдений и экспериментов. Исходным этапом эмпирического уровня является сбор информации в результате целенаправленной познавательной деятельности.
Эмпирические методы:
• методы непосредственных наблюдений, когда наблюдатель, исследователь находятся в прямом контакте с объектом наблюдения, исследования;
• методы опосредованные, при которых контакт с объектом наблюдения осуществляют специальные устройства – датчики, преобразующие температуру, давление, состав и свойства вещества и др.
• методы дистанционные (бесконтактные), с помощью которых информация о состоянии объекта наблюдения регистрируется на расстоянии от него.
Экспериментальные методы:
• натурные эксперименты, связанные с организацией направленных воздействий на природные или природно-антропогенные геосистемы и изучением их реакций;
• модельные эксперименты, которые осуществляют на аналогах определенных природных или природно-антропогенных геосистем в лаборатории или на компьютере.
Обобщение эмпирических фактов вплоть до формирования законов и теорий совершается с помощь теоретических методов: научного абстрагирования, анализа, синтеза, правил абстрактной логики, теории подобия и аналогии, а также различных общенаучных и конкретно-научных принципов и методов.
Научное абстрагирование. Объект, предмет, процессы и явления, изучаемые геоэкологией, настолько велики и сложны, что непосредственное исследование их часто невозможно. Выход из положения заключается в замене реальных объектов моделями или идеальными объектами. Идеальные объекты представляют собой отражение, подобие реальности.
Метод аналогии - геоэкологическому объекту или процессу подбирают аналог в другой системе, которая достаточно изучена, и знания о нем переносят на изучаемый геоэкологический объект.
Метод балансов. В основе метода балансов находится универсальный физический закон - закон сохранения вещества и энергии. Установив все возможные пути входа и выхода вещества и энергии, измерив потоки, исследователь по их разности может судить, произошло ли накопление в геосистеме этих субстанций или расходование. Балансовый метод используется в геоэкологии в качестве средства исследования энергетического, водного, биогеохимического и других круговоротов в окружающей среде, газового состава воздуха, потоков миграции загрязняющих веществ и т. д.
Информационный анализ. Отличия такого подхода от метода аналогии заключаются в том, что аналогия предполагает некоторую идентичность сравниваемых объектов, тогда как в данном случае речь идет о получении любой информации.
Структурный анализ - изучение взаимодействия составных частей геосистем в целом. Поиск факторов и причин тех или иных особенностей геосистем ведется не за их пределами, а связывается со структурой взаимодействия составных частей объекта.
Позиционный анализ. В его основе находится определение положения или позиции геоэкологического объекта относительно потоков вещества и энергии, энергетических полей, природных или антропогенных тел.
Системный анализ. Под системным анализом понимают систематизированное изучение сложного объекта, проводимое для выяснения возможностей улучшения функционирования этого объекта. Системный анализ опирается на математический аппарат. Но его нельзя отождествлять с формальным математическим методом, пригодным лишь для описания или решения какой-либо проблемы.
Моделирование. Модель – это упрощенное воспроизведение изучаемого объекта в виде физической конструкции, совокупности математических формул, карты, блок-диаграммы и др.
Мониторинг – система наблюдений, оценки и контроля за состоянием окружающей человека природной средой с целью разработки мероприятий по ее охране, рациональному использованию природных ресурсов и предупреждению о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья людей, за существованием живых организмов и их сообществ, природных объектов и комплексов, прогнозирования масштабов неизбежных изменений.
В настоящее время классы, или уровни, мониторинга. выделяются в соответствии:
1. с пространственно-временными параметрами контролируемых процессов:
• локальный;
• региональный,
• глобальный;
2. с целями контроля:
• биоэкологический (санитарно-гигиенический),
• геоэкологический (геосистемный, природно-хозяйственный),
• биосферный.
Кроме этого мониторинг различают по:
• методам ведения (авиационный, космический и др.),
• объектам наблюдения (атмосферного воздуха, лесов и др.).
Основные задачи мониторинга:
• наблюдения за состоянием окружающей среды;
• оценка текущего экологического состояния;
• прогноз состояния окружающей среды.
Структура Национальной системы мониторинга окружающей среды
Принципы организации информационной системы мониторинга:
1. Регламентированность мониторинга. Это принцип обязательности мониторинга на единой методической основе.
2. Статистическое обобщение. Результатом функционирования системы должны быть статистические обобщения наблюдаемых величин, сравнение их с доступными историческими рядами, их вероятная оценка, пространственное осреднение.
Система контроля за окружающей средой включает три основных вида деятельности (задачи):
1. Слежение и контроль – систематические наблюдения за состоянием окружающей среды;
2. Прогноз – определение возможных изменений природы под влиянием естественных и антропологических факторов;
3. Управление - мероприятия по регулирования состояния ОС.
В настоящее время уровни мониторинга выделяются в соответствии с пространственно-временными параметрами контрольных процессов (локальный, региональный, глобальный), либо в соответствии с целями контроля (биоэкологический (санитарно-гигиенический), геоэкологический (геосистемный) и биосферный.
Согласно целям контроля выделяется:
Биоэкологический: объекты – приземной слой воздуха, поверхностные и грунтовые воды, промышленные и бытовые стоки, радиоактивные излучения. Характерные показатели: ПДК токсических веществ, физические и биологические раздражители (шумы, аллергены и др.). Службы: гидрометеорологическая, водохозяйственная, санитарно-гигиеническая.
Геосистемный: объекты: исчезающие виды животных и растений, природные экосистемы, агроэкосистемы, лесные экосистемы. Характерные показатели: функциональная структура природных экосистем и ее нарушения; популяционные состояния растений и животных; урожайность сельскохозяйственных культур; продуктивность насаждений.
Биосферный (глобальный): объекты: атмосфера и озоновый экран, гидросфера, растительный и почвенные покровы, животный мир. Характерные показатели: радиационный баланс, тепловой перегрев, газовый состав и запыление, загрязнение больших рек и водоемов, водного бассейна, круговороты воды, глобальные характеристики состояния почв, растительного покрова и животных.
Геоэкологическое прогнозирование – это научно обоснованное суждение о будущем географической среды на основе оценок ее прошлого и настоящего состояний в целях принятия практических решений по ее рациональному использованию.
Общая логическая схема процесса прогнозирования представляется как последовательная совокупность:
• во-первых, представлений о прошлых и современных закономерностях и тенденциях развития объекта прогнозирования;
• во-вторых, научного обоснования будущего развития и состояния объекта;
• в-третьих, представлений о причинах и факторах, определяющих изменение объекта, а также условий, стимулирующих или препятствующих его развитию;
в-четвертых, прогнозных выводов и решений по управлению.
Главная задача геоэкологического прогнозирования состоит в геоэкологическом обосновании долгосрочного развития народного хозяйства в его региональном аспекте, а главная общая для геоэкологов научная проблема – предвидение изменений ОС в естественных и техногенных условиях.
Выбор проблемы геоэкологического прогнозирования должен основываться на следующих критериях: соответствии проблемы современным общественным и научно-техническим потребностям; актуальности значения проблемы на большой период времени (25–30 лет и более); наличии научных предпосылок, в частности, соответствующих методов решения проблемы.
Процесс прогнозирования начинается с определения его цели и объекта, так как именно они определяют тип прогноза, содержание и набор методов прогнозирования, его временные и пространственные параметры. Цели и объекты прогнозирования могут быть очень разными. Это могут быть процессы, явления, события социального, научно-технического, экономического, географического, экологического характера и многих других аспектов.
При выборе объекта прогноза необходимо учитывать следующие его признаки: природу объекта прогноза; масштабность объекта прогноза; сложность объекта прогнозирования; степень детерминированности; характер развития во времени; степень информационной обеспеченности.
По направленности действий все прогнозы можно разделить на два класса: поисковые (исследовательские) и нормативные (программные, проектные или целевые) прогнозы.
В процессе поискового прогнозирования выявляются тенденции развития и возможное состояние объекта в будущем, факторы, его ограничивающие или активизирующие, новые возможные пути развития.
Основная задача нормативного прогноза в геоэкологии – определение набора мероприятий, необходимых для нейтрализации неблагоприятной природной и социально-экономической ситуации, выявленной в процессе поискового прогноза.
В содержание нормативного прогнозирования входит: выбор курса - формулирование целей, чаще всего подразумевающих политическое и техническое решение поставленных задач; стратегическое планирование - пути и средства достижения избранной цели; тактическое планирование – последовательность действий организационных мероприятий, необходимых для реализации стратегического плана.
Поисковое и нормативное прогнозирование – единый процесс, их сопоставление позволяет выявить различия между желаемым и возможным состоянием прогнозируемого объекта.
Известно более десяти классификаций прогнозов с использованием значительного числа прогностических признаков: количество рабочих процедур; источник исходной информации; способ получения материала; принцип работы метода и т. д.
Так же геоэкологические прогнозы могут быть классифицированы по разным признакам. Они могут быть: локальными, региональными, глобальными; краткосрочными, долгосрочными и сверхдолгосрочными; покомпонентными и комплексными; связанными с исследованием динамики природных, природно хозяйственных и социально-экономических систем.
Процесс прогнозирования слагается из предварительного и основных этапов.
Оценка достоверности и точности прогноза называется верификацией прогноза. Несмотря на вероятностный характер прогнозов, многие из них достаточно надежны. Хотя абсолютно достоверных прогнозов нет.
Географические информационные системы (ГИС) – системы автоматизированного сбора, хранения, преобразования и предоставления географической информации, реализованные на ПЭВМ.
ГИС различаются:
- по охвату обслуживаемой территории (глобальные, международные, региональные, национальные, областные и локальные);
- По проблемной ориентации и цели (охрана природной среды и управление природопользованием);
- картографические, библиографические, содержащие каталогизированную информацию об опубликованных или неопубликованных источниках данных;
- тематические, посвященные сбору информации, например, о состоянии вод или атмосферы и др.
Комплексная ГИС – это система, выполняющая сбор, кодирование, хранение, систематизацию, обработку, анализ и воспроизведение информации, заложенной в ней или полученной в результате моделирования по какой-либо программе.
В такой ГИС традиционно выделяются четыре подсистемы:
1) сбора данных и ввода;
2) управления данными, сортировка их и классификации по заданным признакам;
3) вычислительной обработки и комбинирования данных по заданной программе, картографического редактирования;
4) представления текущей и прогнозируемой ситуации в виде схем и карт с выводом на графопостроитель и дисплей.
ГИС-система позволяет оперативно прогнозировать влияние проектируемого объекта на природную, социальную, экономическую среду, экологическую обстановку, последствия их изменения, определять меры по минимизации воздействия, осуществлять оптимальный выбор проектных решений. Использование ГИС в экологической оценке усиливает возможности обработки больших массивов информации.
Данные при проектировании ГИС для ОВОС включает следующие источники информации:
• картографическую информацию на основе имеющихся топографических и тематических карт;
• ДДЗ
• информацию полевых исследований;
• литературную, фондовую и архивную информацию;
• информацию по проектной документации.
Исходная информация о состоянии ОС сканируется, послойно оцифровывается и формализуется в базу данных с системой запросов для последующего прогнозного прикладного использования, включая:
• построение цифровых моделей рельефа, его динамики, эрозионной опасности;
• создание электронной ландшафтной карты, база данных которой должна объединять сведения о всех компонентах геосистем;
• построение имитационных моделей переноса и рассеивания загрязняющих веществ в воздухе, поверхностных и подземных водах, почве;
• оценку устойчивости компонентов геосистем, ландшафтов к различным видам воздействия. Для этого используют интегральные балльные оценки по факторам устойчивости (мощность геосистемы, увлажненность, потенциал эрозионных процессов, динамическое состояние и ряд других).
Важным моментом при проведении экологической оценки является возможность организации на базе ГИС-системы экологического мониторинга с использованием материалов наземных инструментальных наблюдений и ДДЗ.