Геосистемы, как объект природообустройства.

Лекция1,2

 Основные понятия о ПТК,

Их составе и функционировании

Для своей жизнедеятельности человек создает различные объекты, размещая их в окружающей природной среде, от которой они зависят и на которую влияют. При этом природные геосистемы функционируют совместно с искусственными элементами, созданными человеком. Такие комплексы называют природно-техногенными.

Природно-техногенным комплексом (ПТК) называют совокупность взаимодействующих природных и технических объектов, выполняющих единую социально-экономическую функцию.

ПТК созданы на землях всех категорий, кроме земель государственного запаса: сельскохозяйственных, лесного и водного фондов, поселений, промышленности, транспорта, связи, обороны, здравоохранения и т.д.

ПТК, созданные для использования земель по назначению, называютПТК ПП. Техногенные объекты в их составе называютинженерными системами ПП – это жилые, производственные, общественные постройки, промышленные предприятия, дороги, шахты, карьеры, аэродромы, поля, водо-, газо-, нефтепроводы, плотины, ГЭС и т.д., т.е. все объекты жизнедеятельности человека.

Эти объекты размещаются в природной среде, потребляют природные ресурсы, формируют отходы производства и жизнедеятельности, т.е. они находятся в тесной взаимосвязи с природной средой. Эти взаимосвязи определяются видом деятельности людей, спецификой отрасли, технологиями ПП. На землях разных категорий ПТК ПП имеют специфические особенности, влияющие на расположение, конструкции, эксплуатационные режимы работы. Поэтому при проектировании ПТК ПП учитывают конкретные требования объектов.

Для создания и функционированияПТКПП нужны определенныеусловия.Природные условия часто не соответствуют требованиям ПП, поэтому приходится их изменять.Деятельность по изменению природных условий для обеспечения ПП и повышения его эффективности наз. природообустройством.

ПО включает следующие крупные направления:

- мелиорацияземель разного назначения, которая изменяет природные условия в соответствии с потребностями объектов и систем ПП;

- рекультивация земель, которая восстанавливает свойства компонентов природы, нарушенных при ПП;

- природоохранное обустройство территорий,

- защита от природных стихий и негативных природных явлений (наводнений, подтоплений, оползней, размыва берегов, суховеев, водной и ветровой эрозией, нарушений естественной гидрографической сети, особенно малых рек, водоохранных зон и др.).

Чтобы системы ПП функционировали по назначению, нужно окружающие условия держать в определенных пределах, т.е. обеспечивать на территории определенный мелиоративный режим.

Мелиоративный режим

- совокупность требований к регулируемым факторам природной среды со стороны объекта природопользования, условий охраны природы и рационального использования ресурсов.

Требования выражаются допустимыми пределами изменения определенных факторов.

Для регулированиявыбирают факторы, достаточно изученные, имеющие математическое описание и доступные для регулирования современными инженерными средствами.

Регулируемые факторы называют показателями мелиоративного режима. Набор их зависит от назначения ПТК ПП.

На землях поселений при создании ПТК рассматривают следующие группы показателей:

количество и качество поверхностных вод

количество и качество подземных вод

глубина уровня грунтовых вод

характеристики рельефа

свойства грунтов

качество воздушной среды

загрязненность почв и грунтов и т.д.

На сельскохозяйственных землях требуется устанавливать допустимые пределы для следующих групп показателей:

влажность в корнеобитаемом слое

глубина, минерализация и химический состав грунтовых вод

водообмен между почвенным и подстилающим слоями

содержание в почве питательных и токсичных веществ

количество и качество воды, забираемой из источника

количество и качество вод, сбрасываемых в водоприемник и т.д.

На землях лесного фонда:

режим влажности почвы

кислотность почвы

глубина и минерализация грунтовых вод

количество и качество поверхностных вод

сроки и продолжительность затопления

химические примеси в воздухе и др.

На землях промышленного и оборонного назначения для конкретных объектов наборы показателей различны. Общими являются количество и качество поверхностных и подземных вод, свойства грунтов, температурные и ветровые характеристики, количество и качество сбросов и отходов, потребление природных ресурсов.

Для объектов транспорта и связи требуется регулирование поверхностных и подземных вод, свойств грунтов, содержания солей в грунтах и водах, рельефа, ветра.

Для объектов здравоохранения важны водный, тепловой, ветровой режимы, загрязненность почв, грунтов, поверхностных и подземных вод, воздушной среды.

На объектах водного фонда: содержание механических, химических и биологических примесей в воде объекта и стоках, количество забираемой и сбрасываемой воды, температура и другие качества воды, размеры водоохранных зон, затопляемых и подтопляемых земель и т.д.

Таким образом, на землях разного назначения мелиоративные воздействия направлены на регулирование режимов влажности, солей, тепла, питательных веществ, биологических и газовых процессов в почвах, грунтах, поверхностных и грунтовых водах, различных слоях атмосферы.

В настоящее время для многих регионов страны обоснованы примерные показатели мелиоративного режима на землях разного назначения. Но для конкретных объектов отдельные требования могут не соответствовать друг другу и даже противоречить (примеры сельскохозяйственных земель, почв и т.д.).

Для определения допустимых пределов изменения показателей мелиоративного режима для конкретных объектов приходится ставить и решать задачи многофакторной оптимизации показателей, т.е. определения оптимального сочетаний их значений.

Основой таких задач являются математические модели природных и природно-техногенных процессов (математическая модель – это система дифференциальных уравнений, описывающая движение воды, веществ и энергии в пространстве и во времени).

Целевой функцией является экономический критерий (капиталовложе-ния, чистый доход, срок окупаемости и др.).

Ограничениями в задаче являются ресурсы и допустимые изменения компонентов природы.

Модели учитывают вероятностный характер климатических и природных характеристик.

В оптимальном варианте могут быть неоптимальны некоторые или все показатели, но должно быть оптимальным их сочетание, т.е. выбирается вариант с наилучшим значением критерия оптимизации, удовлетворяющий ограничениям.

По значениям показателей мелиоративного режима определяют параметры инженерных систем ПО, обеспечивающих оптимальный вариант мелиоративного режима для ПТК ПП.

Для поддержания мелиоративного режима создаются ПТК ПО. Техногенной частью ПТК ПО являются инженерные системы ПО.

Таким образом, техногенные части ПТК ПП и ПТК ПО включают инженерные системы ПП и инженерные системы ПО. Эти системы имеют разное целевое назначение. Объекты ПП обеспечивают социальные, экономические и др. потребности человека, а системы ПО обеспечивают функционирование систем ПП, для чего поддерживают требуемый мелиоративный режим земель.

Не следует отождествлять инженерные системы природообустройства с ПТК ПО. Последние помимо сооружений и устройств включают обустраиваемые природные объекты, на них создаются комплексы природопользования. На мелиорируемых землях есть мелиоративная система, а также обязательно сельскохозяйственные предприятия растениеводства, вместе с мелиорированными почвами, подземными водами и др. они образуют комплекс. На обустроенных водных объектах помимо средств регулирования речного стока есть гидроэлектростанции, средства судоходства, рыболовства, все они работают в тесном взаимодействии, вместе с водосбором и рекой образуют большую квазиприродную систему, или комплекс.

По основному назначению выделены следующие виды инженерных систем ПО;

1. Инженерные мелиоративные системы, предназначенные для реализации требуемого мелиоративного режима земель

Инженерная мелиоративная система – комплекс сооружений и мероприятий для создания оптимального мелиоративного режима на землях различного назначения. К ним относятся оросительные и осушительные системы на землях сельскохозяйственного назначения, специальные дренажные системы на городских землях и землях транспорта, землях обороны и других.

2. Инженерно-экологические системы, предназначенные для восстановления естественной самоочищаемости загрязненных территорий, удаления загрязнений, локализации очагов загрязнений

Инженерно-экологическая система– комплекс сооружений и мероприятий по восстановлению естественной самоочищающей способности компонентов геосистем, снижению до допустимых норм поступления в них загрязняющих веществ, локализации и удалению этих веществ, обеспечению экологически безопасного существования биоценозов и человека. К ним относятся системы очистки земель от загрязнения нефтепродуктами, тяжелыми металлами и другими веществами.

3. Инженерные природоохранные системы для защиты отдельных компонентов природы от техногенных воздействий при ПП.

Инженерная природоохранная система – комплекс сооружений и мероприятий для защиты территории от негативных последствий природопользования и природообустройства. Назначение таких систем – защита поселений, промышленных и сельскохозяйственных районов, особо охраняемых природных территорий, рекреаций от побочного негативного влияния деятельности вблизи границ объекта. Такие системы способны перехватывать загрязненный поверхностный и подземный сток с прилегающей территории, предотвращать переосушку территории и др.

4. Инженерные противостихийные системы для защиты земель от наводнений, подтопления, оползней, селей, размывов берегов.

Инженерная противостихийная система – комплекс сооружений и мероприятий для защиты территории от неблагоприятных природных воздействий: селей, наводнений, подтопления, суховеев, размыва берегов, оползней, эрозии, дефляции, заморозков.

5. Инженерные системы регулирования поверхностного стока, обеспечивающие рациональное использование водных ресурсов (плотины, водохранилища, каналы, шлюзы, ГЭС)

Система регулирования речного стока - комплекс сооружений и мероприятий сезонного и многолетнего регулирование стока рек.

6. Инженерная система рекультивации земель – временно действующий комплекс сооружений и мероприятий, который применяется для создания оптимального рекультивационного режима на землях различного назначения. Особенность систем в том, что они создаются на сравнительно короткий срок – 10…20 лет, т.е. на период рекультивационных мероприятий, после которого проект завершается, земли переводятся в другой фонд и передаются землепользователям.

7. Инженерные системы водоснабжения, обводнения и водоотведения.

Системы водоснабжения, водоотведения, обводнения– комплекс сооружений и мероприятий, обеспечивающих потребности в воде требуемого качества, а также удаляющих использованные воды (с очисткой и размещением их в водоприемнике). Это повсеместно распространенные системы, повышающие полезность территории для человека и потому относящиеся к ПТК природообустройства.

8. Система хранения отходов – комплекс сооружений и мероприятий, обеспечивающих длительное экологически безопасное хранение отходов потребления и производства. К ним относятся полигоны твердых бытовых отходов (ТБО), устройство которых позволяет компактно, экологически и пожаробезопасно хранить ТБО, контролируя и управляя процессом их разложения.

У термина природно-техногенный комплекс природообустройства есть синонимы. Подобные объекты еще называют геотехническими системами и техноприродными системами (удачный вариант, подчёркивающий первичность природы в этом комплексе).

Не путать природно-техногенный комплекс с природно-территориальным комплексом, т.е. с крупной геосистемой ранга ландшафта, и с производственно-территориальным комплексом, т.е. группой предприятий и учреждений, выполняющих определенную экономическую функцию и связанных производственными циклами и потоками, совместным использованием территории, природных и трудовых ресурсов и производственной инфраструктуры.

ПТК ПО сложны в правовом отношении. Например, в соответствии с Водным кодексом РФ реки являются общенародным достоянием и находятся в государственной собственности, а насосная станция на ее берегу может принадлежать юридическому или физическому лицу, подключенная к ней мелиоративная система – другому лицу.

Так, Закон РФ о мелиорации земель предполагает наличие государственных мелиоративных систем, систем коллективного пользования (субъектов Федерации, муниципальных органов, группы лиц) или индивидуального пользования. В соответствии с Земельным кодексом РФ земли для размещения мелиоративной системы могут быть в собственности ее владельцев. Мелиорируемые земли могут находиться в собственности других физических и юридических лиц. В связи с этим возникают противоречия между здравым смыслом и юридическими нормами.

По смыслу водоисточник, водоприемник, мелиоративная сеть, линии энергоснабжения, дорожная сеть, мелиорируемые земли - единый природно-техногенный комплекс, а в  правовом отношении это собственность разных субъектов. Надо отдавать себе отчет в том, что юридические нормы, в отличие от объективных законов природы, являются субъективными, предметом соглашения между людьми и в любое время могут быть изменены.

Лекция 2.

Геосистемы, как объект природообустройства.

Природообустройство придает новое качество территории как окружающей среде, повышает безопасность существования человека и природы.Природообустройство, по сути – активное управление окружающей средой.

При ПО и ПП оказывается воздействие не на отдельные компоненты природы, а на весь их комплекс, т.к. они взаимосвязаны. Причем это воздействие происходит на определенной территории, где эти компоненты функционируют совместно.

Поэтому размещение объектов ПП, проведение ПР, оценку их влияния на окружающую среду нужно выполнять для всего комплекса природных компонентов на достаточно большой территории, выделяемой по ряду генетических признаков – на геосистеме определенного ранга.

В настоящее время в ПП и ПО утвердился геосистемный принцип деятельности, в котором при размещении объектов и оценке их влияния на природу рассматривается весь комплекс природных компонентов на достаточно большой территории – геосистеме. Этот подход учитывает взаимосвязь природных компонентов и особенности их функционирования.

Геосистема – это пространственно-временной комплекс всех компонентов природы, взаимосвязанных и взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое. 

По генетической однородности компонентов на земной суше выделены геосистемы разного ранга: на региональном уровне – зоны, страны, области, провинции, округа, ландшафты; на локальном уровне ландшафты делят на местности, урочища, фации.

Ландшафт является наименьшей территориальной единицей, сочетающей региональные и локальные особенности природы. Он имеет однородный геологический фундамент, состав горных пород, один генетический тип рельефа, единый местный климат, один зональный тип почв.

Суша земли представляет собой совокупность ландшафтов.

Ландшафт играет не только природоведческую роль, но и важную социально-экономическую, так как он достаточно крупный по площади и на нем расположены земли разного назначения.

В настоящее время под действием хозяйственной деятельности человека земные ландшафты изменены в разной степени.

1) Условно неизмененные – испытывают косвенное влияние хоздеят (воздушные потоки с загрязнениями, кислотные осадки и).

2) Слабоизмененные – подвергаются экстенсивным хозяйственным воздействиям, основные природные связи не нарушены, изменения обратимы (охота, рыбная ловля, выборочная рубка леса).

3) Среднеизмененные – произошли необратимые изменения отдельных природных компонентов; обычно в первую очередь изменяются почвы, растительность, животный мир, так как, например, распашка земель и вырубка лесов на больших площадях нарушают водный и тепловой балансы, биологические и химические круговоротыю

4) Сильно измененные (нарушенные) – на них произошли необратимые нарушения всех компонентов природы и структуры геосистем; наблюдаются интенсивные процессы эрозии почв, засоления земель, подтопления территорий, опустынивания, т.е. процессы негативные как для природы, так и для человека.

5) Культурные ландшафты, структура которых рационально изменена и оптимизирована с учетом устойчивости природной среды и интересов человека.

Устойчивость геосистем заключается в сохранении структуры, свойств, функционирования. При кратковременных и небольших воздействиях природа восстанавливает первоначальную структуру. Сильные нарушения естественного механизма саморегулирования могут оказаться разрушительными.

Под устойчивостью объектов ПТК понимается способность выполнять заданную социально-экономическую функцию. Однако элементы систем ПП являются чуждыми структуре геосистем, они вступают в противоречие с природными компонентами, поэтому нуждаются в постоянной внешней поддержке, т.е. затратах труда и ресурсов (ремонт сооружений, дорог, каналов и т.д.).

При создании ПТК следует уменьшать противоречия между природными и техногенными элементами, согласовывать их свойства (пример каналов параболического и трапецеидального сечения и др.).

Устойчивость природно-техногенных комплексов в целом возможна только при некотором оптимальном соотношении взаимных воздействий природных и техногенных факторов, при гармоничном сочетании суверенных интересов человека и природы.

ПП должно быть экономически эффективным для человека и экологически безопасным для природы.