Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Голованов А.И., Сорокин Р.А. (сост.) Статистические методы в управлении качеством окружающей среды - файл 1.doc


Голованов А.И., Сорокин Р.А. (сост.) Статистические методы в управлении качеством окружающей среды
скачать (8441.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc8442kb.15.12.2011 23:08скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4   5   6
Реклама MarketGid:
Загрузка...

^ 4. Качество окружающей среды

Окружающая среда – среда обитания и производственной деятельности человека. Наука, изучающая окружающую эту среду, называется экологией.

Окружающую человека среду можно представить как состоящую из четырех неразрывно взаимосвязанных подсистем: а) собственно природной среды, б) квазиприродной, т.е. модифицированной человеком природной среды, в) искусственной или артеприродной среды и г) социальной среды.

Собственно природная среда в данном понимании – факторы и условия существования человека чисто естественного происхождения (факторы – материальные, энергетические и информационные компоненты, обеспечивающие жизнь; условия – обстоятельства, в которых развивается жизнь), имеющие свойства самоподдержания и саморегуляции без постоянного вмешательства человека. Это не означает, что человек не изменяет природную среду.

Квазиприродная среда – пахотные или иные преобразованные (мелиорированные) человеком угодья, внедренные в природную среду культурные растения и домашние животные, грунтовые дороги, внешнее пространство населенных мест, зеленые насаждения (сады, парки, газоны, бульвары), водохранилища на реках, каналы в земляном русле и т.п. Эти элементы имеют природное происхождение, но, являясь инородными для конкретных природных объектов, не обладают системным самоподдержанием. Их долговременное существование возможно только при поддержке человеком.

Артеприродная среда – весь искусственный мир, созданный человеком, в основном для удовлетворения своих потребностей, вещественно-энергетически не имеющий аналогов в естественно природе, чуждый ей и разрушающийся без непрерывного обновления. К ней относятся здания, сооружения, дороги с твердым покрытием, трубопроводы, бетонированные каналы, искусственные водоемы (бассейны) и т.п. Для их создания человек очень часто использует или преобразованные вещества или полностью искусственные, не имеющиеся в природе. Эти вещества с трудом входят в естественные геохимические циклы, возникает проблема с их хранением после использования. Правда, несмотря на свою искусственность, артеприродная среда подчиняются тем же объективным законам природы (тяжести, теплопроводности, электропроводности и др.).

И квазиприродная и артеприродная среды не существуют изолированно, человек их встраивает в природные системы, образуя техноприродные или социоприродные системы. Поэтому эти новые системы не являются полностью антропогенными, природная составляющая для них является базовой, что отражено в их названии.

Социальная среда – культурно-психологический, информационный, политический климат, создаваемый для личности, социальных групп и человечества в целом самими людьми и слагающийся из влияния людей, как социально-биологических существ, друг на друга в коллективах с помощью средств материального, энергетического и информационного воздействия.

Социальная среда интегрируется с природной, квазиприродной и артеприродной средами, формируя «качество среды жизни». Природопользование и природообустройство в нем являются незаменимой составляющей.

Понятие окружающая среда эквивалентна греческому oikos - экос (дом, родина). Наука о взаимодействии человека (в общем понимании – живых организмов) и окружающей среды называется экологией, по-русски – это «домоведение», т.е. наука о доме, а наука экономика – «домоводство». Так получилось, что вначале в бытовой речи, а затем и в научной литературе слово экология (наука) заменило предмет, который она изучает, т.е. экос, дом для человечества (живых организмов), природу как окружающую среду. Стали неудачно говорить: "плохая экология" (может ли быть плохая математика или биология?), "экологические условия" вместо качество окружающей среды и т.п.

Молодая наука экология стала очень модной, пока еще рыхлой, слабо структурированной. Сейчас различают биоэкологию, геоэкологию, экологию человека, социальную экологию, прикладную экологию (имеющие подразделения) и многие другие. В книге Н.Ф. Реймерса «Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы)» сформулированы порядка 240 гипотез, законов, принципов, правил и афоризмов. Из всего этого множества сформулированы основные принципы природопользования и природообустройства, выполнение которых должно обеспечить заявленные выше отношения человека и природы, сделать их рациональными [6].

В научной литературе еще нет единого мнения о понятии «качество окружающей среды».

Качество – философская категория, выражающая неотделимую от бытия объекта его существенную определённость, благодаря которой он является именно этим, а не иным объектом. Качество отражает устойчивое взаимоотношение составных элементов объекта, которое характеризует его специфику, дающую возможность отличать один объект от других. Именно благодаря качеству каждый объект существует и мыслится как нечто ограниченное от других объектов. Вместе с тем качество выражает и то общее, что характеризует весь класс однородных объектов. Любой объект постоянно изменяется; вместе с тем он обладает устойчивостью, которая и выражается как качественная определённость.

Качество объекта обнаруживается в совокупности его свойств. При этом объект не состоит из свойств, не является своего рода "пучком свойств", а обладает ими. Под свойством имеется в виду способ проявления определенной стороны качества объекта по отношению к другим объектам, с которыми он вступает во взаимодействие. Свойство объекта состоит, таким образом, в том, чтобы производить в другом объекте то или иное действие и обнаруживать себя своеобразным способом в этом действии.

В зависимости от реального и познавательного контекста объект как бы светится разными своими сторонами, качествами. Например, человек выступает различными своими качественными гранями для врача, правоведа, писателя, социолога, анатома, психолога и т. д.

Почва ценна, прежде всего, своим свойством – плодородием, т.е. способностью создавать для возделываемых человеком растений требуемые факторы и условия роста и развития. Помимо этого почва выступает как важный стокообразующий фактор, предопределяющий соотношение поверхностного и подземного стока излишков воды в реки. Почва выполняет важнейшие экологические функции, работая как многогранный биогеохимический барьер на пути загрязняющих веществ. И, наконец, почва – важный средообразующий фактор для большого количества видов растений, микроорганизмов, животных.

Чем выше уровень организации материи, тем большим числом качеств она обладает. Поскольку каждый объект находится в бесконечных связях с другими вещами, постольку он обладает бесчисленным множеством свойств. Поэтому все попытки определить качество как полную совокупность свойств уводят в бесконечность. Категория качества объекта не сводится и к отдельным его свойствам. Качество выражает целостную характеристику функционального единства существенных свойств объекта, его внутренней и внешней определённости, относительной устойчивости, его отличия от других объектов или сходства с ними.

Качество, определённость объекта зависит, прежде всего, от его структуры, характера связи элементов целого, а также от состава его элементов. Изменение качества обусловлено или перестройкой связей элементов, или изменением самих элементов, или преобразованием того и другого. Мир состоит не из законченных и неизменных вещей, а представляет собой совокупность процессов, в которых вещи постоянно возникают, развиваются и уничтожаются, переходят в другие вещи, имеющие иное качество. Поскольку благодаря своему качеству объект выступает как именно данный, а не иной, то изменение качества означает превращение данного объекта в другой. При этом качественные изменения вещи каждый раз происходят на разном уровне: они могут быть связанными с изменением того, что специфично именно для данного единичного объекта или же для всех объектов данного класса.

Качество продукции – совокупность свойств продукции, обусловливающих её способность удовлетворять определённые потребности в соответствии с её назначением. Качество продукции охватывает не только потребительские, но и ее технологические свойства, конструкторско-художественные особенности, надёжность, долговечность, уровень стандартизации и унификации деталей и узлов в конструкции и др.

Свойства, составляющие качество продукции, характеризуются с помощью непрерывных или дискретных величин, называемых показателями качества, которые должны иметь количественный измеритель. Они могут быть абсолютными, относительными или удельными. Значения величин зависят от условий и методов их определения. Показатели качества продукции устанавливаются объективными методами, органолептически (т. е. с помощью органов чувств), экспертным путём и т. д. и рассматриваются применительно к условиям создания и эксплуатации (потребления) продукции. Показатель качества продукции, характеризующий одно её свойство, наз. единичным, два и более свойств - комплексным. Относительная характеристика качества продукции, основанная на сравнении её с соответствующей совокупностью базовых показателей, называемых уровнем качества продукции.

Качество продукции имеет первостепенное значение для роста национального богатства и для конкретных потребителей продукции, т.к. качество определяет её потребительную стоимость. При этом часто повышение качества продукции равнозначно росту её количества, но повышение качества обычно достигается при меньших затратах, чем количественное увеличение выпуска продукции. Критерием оптимальности уровня качества продукции, т. е. её эффективности, может служить комплексный интегральный показатель качества продукции, отражающий соотношение суммарного полезного эффекта от эксплуатации (потребления) продукции и суммарных затрат на её создание и эксплуатацию (потребление). При наибольшем значении интегрального показателя качества продукции обеспечивается наивысший полезный эффект, получаемый на каждый рубль затрат, т. е. максимальная эффективность.

Управление качеством продукции – установление, обеспечение и поддержание его необходимого уровня осуществляется путём систематического контроля, т. е. проверки соответствия стандартам и другой нормативно-технической документации, и целенаправленного воздействия на условия и факторы, от которых зависит качества продукции (качество документации, оборудования, инструмента, сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий, квалификация изготовителей). Большую роль при этом играют экономические методы, которые охватывают вопросы планирования, стимулирования, ценообразования и др.

Важный элемент в управлении качеством продукции – планирование повышения качества, т. е. установление обоснованных заданий на выпуск продукции с определёнными значениями показателей, которые должны быть достигнуты к заданному моменту или на заданный период времени. Планирование повышения качества продукции должно предусматривать наиболее полное использование достижений науки и техники в соответствии с требованием потребителей, назначением и условиями пользования продукции, требованиями техники безопасности и экономической целесообразности. Задания и мероприятия по повышению качества продукции разрабатываются с учётом результатов ее анализа, прогнозов технического прогресса, требований новых стандартов и потребностей народного хозяйства в продукции определённого качества.

Особое место в обеспечении высокого качества продукции принадлежит стандартизации. Комплексная стандартизация сырья, материалов, полуфабрикатов, комплектующих изделий и готовой продукции – эффективное средство планомерного повышения качества продукции. Стандартизация устанавливает оптимальные показатели качества, параметрические ряды продукции, методы контроля и испытаний, режимы технического обслуживания, методы ремонтов, нормы запасных частей и т. п.

В природообустройстве важно определиться, что является объектом труда, продукцией природообустройства и какими качествами обладает полученная продукция.

^ 5. Природопользование и природообустройство как

отношения человека и природы

Деятельностные отношения человека и окружающей его природы можно разделить на природоведение, природопользование и природообустройство [6]. В этих двукорневых словах присутствует понятие «природа» и указаны активные действия человека: ведение (изучение), пользование, обустройство. Иными словами, здесь подразумевается субъект – человек и объект его деятельности – природа, конкретизируются отношения человека и природы на современном этапе. Даже при изучении самого себя имеется в виду человек, как субъект, и человек – как объект изучения. Здесь под природой подразумевается все то, что окружает человека, т.е. совокупность естественных условий его существования. Вместе с тем в русском языке в понятие "природа" вкладываются и другие смыслы:

самый общий: все существующее во Вселенной: неорганический и органический мир, включая и человека, т.е. все живое и неживое (косное);

бытовой: вне города - поехать на природу;

переносный: сущность - природа явления;

узкий: окружающая человека среда.

Сужение понятия природы до среды, окружающей человека, чисто методологическое. Оно вытекает из теории больших систем. Природу в самом общем смысле можно представить как сверхсистему, состоящую из окружающей человека природной среды (надсистемы) и особой системы – человеческого общества. Такое разделение сверхсистемы позволяет человеку выявлять, изучать и, в некоторой степени, организовывать отношения между ее составляющими, что в настоящее время при возросших возможностях человека и общества («при его могуществе») становится очень актуальным, необходимым и для его выживания как биологического вида и для сохранения природы.

Именно понятие природы как окружающей человека среды определяет его действия: именно он изучает природу, именно он ею пользуется и обустраивает для своих нужд. Это существенно, так как некоторые ученые, например, трактуют природопользование излишне расширительно, включая в него и то, что заяц ест морковку, волк ест зайца, комар сосет кровь из человека. Это естественные природные процессы, они сами оптимизируются и без вмешательства человека.

Вместе с тем, человек порожден природой и тем самым является ее частью, но человек – единственное существо, способное постигать природу и самого себя. Эта двойственность человека усложняет создание теории отношения природы и человека.

Отношения человека и природы вытекают из того, что он, как и другие живые организмы, является материальной саморазвивающейся системой. Саморазвитие заключается в том, что он содержит свои внутренние источники развития в виде разрешения заключенных в нем противоречий. Человек активно регулирует обмен энергией и веществом с окружающей средой (неизбежные потребление и отходы), формирует условия своего собственного существования, преобразуя окружающую среду.

Специфической чертой современных отношений человека и природы является понимание того, что от неограниченной эксплуатации природы и ее безграничного преобразования следует переходить к экономии природных ресурсов и весьма осторожному изменению природной среды жизни (Н.Ф. Реймерс). Человек сейчас отказывается от позиций антропоцентризма, когда он считал себя всемогущим, царем природы, не ждущим милостей от природы, берущий в долг с обещанием потом исправить нарушенную природу.

Сторонники антропоцентризма ставят суверенитет человеческого общества выше суверенитета природы. Взаимоотношения человека и природы они видят как деятельность по использованию и преобразованию компонентов природы во имя человека, его потребностей и интересов. Это, например, нашло отражение в долго существовавшей цели мелиорации сельскохозяйственных земель: получение (любой ценой!) высокого и устойчивого (?) урожая ограниченного набора сельскохозяйственных культур. Примеры: только хлопчатник в Средней Азии, только рис в низовьях Кубани, только овощи и картофель на осушенных торфяниках Белоруссии и в России, орошение больших территорий с черноземными почвами устаревшими технологиями.

Другой, противоположной крайностью является идеология экологизма, которая заключает в себе призыв к прекращению борьбы с природой, к остановке научно-технического прогресса, объявляет человеческое общество составной частью природы, призывает человека к слиянию с ней, к растворению в ней.

В действительности, и антропоцентризм и экологизм - утопичны и ведут человека в тупик. Забота о человеке в антропоцентрическом мировоззрении - иллюзорна, т.к., в конце концов, оборачивается экологическим кризисом, разрушением природных (естественных) основ существования человечества. Столь же иллюзорен и экологизм, поскольку, объявляя человека частью биосферы, он, по существу, игнорирует качественные особенности развития человеческого общества, ликвидирует суверенитет человеческой личности (Р.М. Орлов).

Человек должен идти по единственно возможному пути, экологически безопасному и экономически эффективному коридору создания техноприродных или социоприродных систем, который обеспечил бы гармонический синтез изменений природных систем с возможностью их дальнейшего функционирования, наиболее полной продуктивностью, без потери устойчивости и, тем более, разрушения.

Нельзя ставить вопрос – что важнее: экономическое развитие человеческого общества или сохранение природы? Если преследовать только экономические цели, то чрезмерная разрушительная эксплуатация природы готовит нам скорый конец. Если законсервировать всю природу, то экономическое развитие остановилось бы, мы должны перестать есть, пить, дышать, т.е. вычеркнули бы себя из природы, но человек тоже часть природы в широком смысле, ее дитя. Следовательно, экономическое развитие должно быть таким, чтобы давление человека на природу не превышало разумного уровня. Отсюда вытекает необходимость разумного (рационального) природопользования и природообустройства.

Отношения человека и природы должны, в конечном счете, обеспечить гармоничное сочетание суверенных интересов человека и общества со столь же суверенными "интересами" природы (Р.М. Орлов).

Человек в своей жизнедеятельности не может отказаться ни от использования природы, ни от изменения компонентов природы, ни от научно-технического прогресса. Следовательно, необходимо познание и использование в практической деятельности законов формирования, функционирования и развития особых техноприродных систем. Необходимо научное обоснование синтеза природных процессов и деятельности человека. Законы формирования, функционирования и развития техноприродных систем не являются ни чисто природными, ни чисто социальными, они дают знания об особых процессах при взаимодействии человека и природы. Учет этих законов как раз и должен обеспечить коэволюцию, т.е. совместное развитие природы и человеческого общества.

Чтобы преодолеть крайности антропоцентризма и чистого экологизма, необходимо разрабатывать стратегию движения общества от ресурсно-потребительской деятельности к сберегающе-созидающей. Поэтому наряду с природопользованием возникает еще большая необходимость в осознанной деятельности - природообустройстве и природовоспроизводстве. Односторонний процесс движения изъятых из природы ресурсов в общество, который характерен для современных форм природопользования, должен быть дополнен противоположным процессом движения вещества и энергии в компоненты природы (Р.М. Орлов).

Концепция коэволюции нуждается в конкретизации, насыщении вещественно определенной деятельностью. Практическим осуществлением ее положений является начало создания культурных ландшафтов, где деятельность человека гармонизирована в его интересах и в интересах природы.

^ 6. Объекты природопользования и природообустройства

Дадим вначале определения природоведению, природопользованию и природообустройству:

природоведение - познание объективных законов возникновения, развития, функционирования отдельных компонентов природы и их совокупности в виде природно-территориальных комплексов или геосистем различного ранга. Заметим, что наряду с объективными законами природы: (законы Ньютона, Ома, Генри) и законами формирования человеческого общества, которые человек познает, он придумывает "правила игры" - правила поведения человека в обществе: мораль, право, правила дорожного движения, правила игры в футбол и т.п.; специалисты создают для себя стандарты, технические условия, нормы, но все это предмет соглашения между людьми, является субъективным и может быть в любой момент изменено при согласии достаточно большого количества людей;

природопользование - извлечение из природных объектов вещества, энергии и информации, необходимых в общественном производстве и для питания человека; получение услуг от природных объектов (рекреационных, оздоровительных, воспитательных, научных и т.п.); использование природных объектов как пространственного базиса для размещения антропогенных объектов (населенных пунктов, объектов промышленности, транспорта, связи, природообустройства, обороны); использование природных объектов для размещения отходов антропогенной деятельности (газообразных, жидких, твердых, органических и неорганических);

природообустройство - согласование требований природопользователей и свойств природы, придание ее компонентам новых свойств, повышающих потребительскую стоимость или полезность компонентов природы, восстановление нарушенных компонентов.

Природообустройство включает мелиорацию земель различного назначения, восстановление (рекультивацию) нарушенных и загрязненных земель, природоохранное обустройство территорий, борьбу с природными стихиями.

Необходимо обозначить объекты природопользования и природообустройства. Если понимать природу, как окружающую человека среду, то ее можно представить как географическую оболочку, состоящую из пяти компонентов:

масс твердой земной коры;

масс вод во всех состояниях (жидкое, парообразное, твердое - лед);

воздушных масс;

почвы;

биоты или живых организмов и органических остатков, имеющих большое значение в биологическом круговороте.

Географы для упрощения анализа природных процессов и устройства оболочки Земли делят её на геосферы- концентрические, сплошные или прерывистые оболочки Земли, различающиеся между собой по преобладающему компоненту, по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам, возникшие в результате дифференциации вещества Земли:

атмосферу и ее нижнюю часть – тропосферу;

педосферу (почвенную оболочку, от лат. pedis – нога, педология – устаревшее название почвоведения, пед – представительный объем почвы);

гидросферу – прерывистую водную оболочку, состоящую из океанов, морей, поверхностных вод суши, льда и снега высокогорий, Арктики и Антарктики, подземны и почвенных вод, атмосферной влаги, воды, содержащейся в живых организмах;

литосферу – внешнюю сферу «твердой» Земли, включающую земную кору и верхний слой мантии, состоящую из горных пород или геологических отложений разного происхождения. Горные породы в зоне выветривания называют еще грунтами, являющимися объектами инженерно-строительной деятельности человека и используемыми в качестве основания зданий и других инженерных сооружений, материала для сооружений (дорог, насыпей, плотин) и среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ). Формально, почвенная оболочка также принадлежит литосфере, но по существу, это особое природное органно-минеральное средообразующее тело, обладающее уникальным свойством – плодородием, обеспечивающее жизнь на Земле, посему заслуживающее особого выделения, учета, использования, охраны.

Каждая из указанных сфер помимо определяющего компонента, содержит и другие: в атмосфере присутствует вода, твердые частицы, аэрозоли, микроорганизмы; в воде есть растворенный воздух, который важен для живых организмов, разнообразные живые организмы, твердые частицы в виде взвесей, взвешенных и влекомых наносов; почва - вообще комплексное природное тело (биокосное), непременно состоящее из измельченной горной породы, почвенной влаги (раствора), почвенного воздуха, по составу существенно отличающегося от атмосферного, живых организмов, в том числе и микроорганизмов, органических остатков разной степени разложения (гумус); в литосфере помимо горных пород имеется воздух, вода, живые организмы и их остатки (геологические породы биогенного происхождения – торф, каменный уголь, нефть, газ).

В последнее время стали выделять биосферу – нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы 3емли, населенные живыми организмами, т.е. область существования живого вещества. Биосфера - самая крупная (глобальная) экосистема Земли - сфера системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Биосфера представлена иерархиями экосистем и геосистем, с разным сочетанием биоты и сферы ее обитания.

В биосфере живые организмы (биота) и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба, создано В.И. Вернадским (1926). Учение о биосфере оказало огромное влияние на развитие многих наук и на понимание и решение проблем, связанных с взаимоотношением природы и общества.

Если сопоставить толщину биосферы и радиус Земного шара: 12 км и 6360 км, то можно увидеть, что жизнь расположена в тончайшем слое, среднюю температуру которого природа поддерживает на уровне около 15оС. Человек может нарушить это хрупкое равновесие. Поэтому, в настоящее время, глобальному взаимодействию между биосферой и развивающимся человечеством нужно уделять пристальное внимание.

Развитие системы «биосфера - человек» следует рассматривать в совокупности, так как каждая часть этой системы не изолирована, а взаимодействует с другой и влияет на нее. Влияние человека на биосферу может быть положительным и отрицательным. В этом случае биосфера может «реагировать» неблагоприятным для человека образом. Так, например, сжигание больших количеств органического топлива приводит к потеплению атмосферы. При стабильности средних температур дополнительная энергия реализуется в виде вихрей, ураганов, наводнений и других, неблагоприятных для человека проявлений. История взаимодействия человека и природы полна не только светлых, радостных, но и трагических страниц. Например, перевыпас скота в степях северной Африки превратил их в пустыню Сахару. Излишнее, нерациональное использование водных и земельных ресурсов в междуречье Тигра и Ефрата привели к падению величайшей империи. В прошлом веке широкомасштабное орошение и возделывание хлопчатника в бассейне реки Сырдарьи привело повсеместному подъему уровня грунтовых вод, вторичному засолению, строительство неглубокого горизонтального дренажа положение не спасло, так как соленые дренажные воды, в конце концов, попадали в ту же реку, ухудшая качество поливной воды. В результате Сырдарья истощилась, вода ее стала непригодной, Аральское море (озеро) пересохло, живущие на его берегах каракалпаки стали вырождаться. Таких примеров можно привести множество.

Элементарными ячейками биосферы являются биогеоценозы.   Биосфера - единственная оболочка Земли, в которой возможны постоянное нахождение и нормальная всесторонняя деятельность человека. Из нее человечество черпает почти все необходимые ему ресурсы: воду, кислород, топливо, продовольствие, сырьё для промышленности, строительства и др. Биосфера в свою очередь испытывает со стороны человечества непрерывно растущие разнообразные и глубокие воздействия, вплоть до разрушительных. Близкое по объему к биосфере является представление о ландшафтной оболочке Земли [7].

Помимо членения Земли на компоненты и сферы, современное природоведение, в частности физическая география предлагает членение территорий на геосистемы и ландшафты – природные тела, включающие взаимообусловленный набор всех компонентов природы и развивающиеся как единое целое. Разработана иерархия геосистем суши, их свойства, знание которых необходимо при природопользовании и природообустройстве [7].

Интенсивно развивающийся в настоящее время ландшафтный подход является наиболее объективным, так как членение территории здесь происходит по природным границам, отделяющим одни геоситемы от других, т.е. по границам, установленным самой природой, тогда как границы между землями проводит человек, эти границы являются предметом соглашения между людьми и могут легко им изменяться.

Юридически объектами природопользования являются атмосфера, земли с различными угодьями, водные объекты и недра. Земли по направлению использования подразделяются на сельскохозяйственные, земли поселений, промышленности, транспорта, связи, обороны, земли лесного фонда, водного фонда, рекреационного, оздоровительного, историко-культурного, научного назначения и земли государственного запаса. Поэтому обустраиваются земли конкретного назначения, но находящиеся в рамках геосистем разного ранга.

Образно можно сказать, что природоведение изучает окружающую среду, природопользование использует ее в интересах человека, а природообустройство придает окружающей среде требуемое качество, которое должно приводить к повышению ее экономической полезности, а также должно улучшать все ее полезности: средообразующую, экологическую, стокообразующую.

^ 7. Интегральные показатели качества

обустроенных объектов

В природообустройство, как было сказано выше, входит:

1) мелиорация земель разного назначения: сельскохозяйственных, водного и лесного фондов, поселений, промышленности, транспорта, связи; рекреационного, оздоровительного, историко-культурного, научного, оборонного назначения. Нуждаются в улучшающих, обустроительных работах недра при добыче полезных ископаемых (осушение карьеров, шахт, укрепление откосов и т.п.). Обустройство необходимо для водных объектов – строительство комплексных гидроузлов, судоходных сооружений. Человек может воздействовать и на качество воздушной среды: увлажнение воздуха при суховеях, борьба с неурочными заморозками посредством лесонасаждений, искусственного увлажнения распыленной водой и др.

2) рекультивация земель, т.е. восстановление свойств компонентов природы или даже самих компонентов после использования земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, в результате строительства, восстановление растительного покрова, восстановление (возобновление) запасов и качества подземных и поверхностных вод; очистка загрязненных территорий, в рекультивации нуждаются недра (заполнение выработанных полостей), водные объекты (восстановление нарушенного гидрологического режима, водной биоты, очистка вод).

3) природоохранное обустройство территорий: борьба с водной и ветровой эрозией, восстановление естественной гидрографической сети, особенно малых рек, водоохранных зон; защита от некоторых природных стихий: наводнений, подтоплений, оползней, размыва берегов, селей.

Таким образом, природообустройство – это особый вид деятельности, отличающийся от природопользования. Природообустройство глубоко вмешивается в природные процессы, вызывает изменения в развитии и функционировании природных систем и связано с расходованием большого количества материальных, энергетических, трудовых и денежных ресурсов. Поэтому его проводят в условиях гласности, на определенной правовой основе, после всесторонней независимой высокопрофессиональной экспертизы, его последствия должны надежно прогнозироваться и контролироваться после осуществления.

Природообустройство тесно связано с природопользованием, часто предшествует ему, иногда выполняется после смены характера использования природных объектов, во многих случаях осуществляется одновременно, хотя четкой границы между двумя этими видами деятельности нет. Любой вид природопользования сталкивается с необходимостью некоторого изменения свойств природных компонентов для более эффективного их использования, причем эти изменения непосредственно входят в состав технологии природопользования.

Отличие природообустройства от природопользования заключается в том, что осуществляют их разными технологиями. Например, сельскохозяйственное производство является типичным природопользованием и, в зависимости от климатических особенностей зоны оно включает агротехнические приемы сбережения влаги (лесонасаждения, снегозадержание, уменьшение поверхностного стока и др.) в засушливых местностях или приемы по уменьшению переувлажнения (планировку поверхности, узкозагонную вспашку, профилирование, грядование) в зоне избыточного увлажнения. При недостаточности этих приемов проводят оросительные или осушительные мелиорации, технологии которых отличаются от сельскохозяйственного производства, и осуществляют их другие специалисты.

Отличие природопользования и природообустройства заключается также и в том, что для них является объектом труда, а что – средством труда. Например, в растениеводстве объектом труда является культивируемое растение, а почва наряду с машинами, механизмами, удобрениями является средством труда. При мелиорации сельскохозяйственных земель основным объектом труда является почва, а насосы, каналы, дождевальные машины, дрены – средством труда.

Границу между природопользованием и природообустройством можно обозначить количественно, оценивая степень вмешательства человека в круговороты вещества и энергии. Например, указанные выше водосохраняющие технологии богарного земледелия в засушливых районах не приводят к росту общей обводненности территории, количество атмосферных осадков не меняется, а улучшается полезное использование влаги. При орошении же в этих районах искусственная водоподача превышает осадки за лето в 1,5…2 раза. При осушении практически исключают приток поверхностных вод и сокращают приток подземных вод, значительно увеличивают дренированность, уменьшая общую природную обводненность на 10…20 % и более. Ориентировочно при природообустройстве человек изменяет круговороты более чем на 10 % (В.В. Шабанов).

Обустраивая объекты, человек повышает их полезность, продуктивность. Для этого надо всесторонне оценивать их экономическую ценность (стоимость) как в естественном состоянии, так и в результате природообустройства.

В последнее время экономисты (например, С.Н. Бобылев, МГУ) предложили довольно полную, всестороннюю оценку ландшафтов или отдельных природных объектов, например болота, луга, леса, водоема и т.д. Общую экономическую ценность (стоимость) Эц представляют как стоимость использования Си и стоимость неиспользования Сни, отражающие социальную значимость природного объекта для общества не только в настоящем, но и в будущем:

Эц = Си + Сни. (21)

В свою очередь стоимость использования подразделяют на прямую стоимость ^ Пс (извлекаемую и неизвлекаемую), косвенную стоимость использования Кс и стоимость отложенной альтернативы Са:

Си = Пс + Кс + Са. (22)

Стоимость неиспользования, т.е. сохранения природного объекта для природы и человека ^ Сни складывают из стоимости его существования и наследования будущими поколениями (непотребительной стоимости) Сс, стоимости (ценности) выполняемых им экологических функций Сэ, информационной стоимости Син:

Сни = Сс + Сэ + Син. (23)

Например, общая экономическая стоимость болота состоит из прямой стоимости его использования человеком: извлекаемой без осушения – добыча мха, клюквы, а после осушения – добыча торфа, выращивание сельскохозяйственных культур; неизвлекаемой – охота; косвенной стоимости использования – изучение флоры и фауны, миграции птиц и т.п., в связи с этим, защита флоры и фауны; стоимости отложенной альтернативы – сохранение торфа для будущего использования по мере развития новых технологий в химической, медицинской промышленности; стоимости существования и наследования – затраты на сохранение болота для будущих поколений при осушении прилегающих земель, при дорожном строительстве; стоимости экологических функций – значимость болота для регулирования стока рек, как биогеохимического барьера на пути миграции загрязняющих веществ; информационной стоимости – возможность познания геологической истории местности, использование генофонда проживающих организмов для селекционной работы.

Такая оценка изменяет отношение человека к природным объектам, как к бесплатным, даровым источникам ресурсов и услуг. Она позволяет оценить их значимость как уникальных объектов, осознано подходить к их изменению в процессе природообустройства и к использованию, показывает взаимозависимость частных ценностей. Повышая одну из ценностей, полезностей, можно уменьшить другую, что в сумме, возможно, приведет к отрицательному эффекту.

Важно также, какой ценой оплачен рост одной из полезностей, в частности, каким объемом материальных или энергетических ресурсов, извлекаемых, в том числе и из других ландшафтов. Яркий пример – бурная дискуссия о межбассейновых перебросках речного стока. По видимому, общество приняло бы идею перебросок, если бы изначально была бы доказана «межландшафтная» полезность перераспределения водных ресурсов.

Таким образом, совокупность мероприятий по обустройству должна основываться на оптимизации не частных полезностей, что обычно и делается, а на доказательстве повышения общей полезности.

В обустроенном объекте надо обеспечивать максимальную производительность возобновляемых природных ресурсов и, прежде всего, биологических. Нужно ориентироваться на использование возобновляемых «чистых» энергетических ресурсов, не загрязняющих природную среду; предотвращать нежелательные процессы как природного, так и техногенного характера (эрозия почв, заболачивание, засоление, наводнения, оползни, размывы берегов, сели, обмеление рек, загрязнение воздуха, вод, почвы и т.д.).

Большие возможности имеет мелиорация земель как средство создания обустроенных объектов, хотя неправильное ее применение сопряжено с негативными последствиями. Помимо мелиорации человек имеет в своем распоряжении и другие средства для обустройства территории (соответствующие системы земледелия, подбор сортов и др.).

В обустройстве большое значение имеет научная организация территории. Следует предусматривать оптимальный набор угодий различного назначения, рациональное соотношение их площадей, взаимное расположение, форму и размеры, режим использования, разумное количество мелиорированных земель (иногда надо идти не на их увеличение, а на сокращение, реконструкцию мелиоративных систем), меры охраны.

Решение этих задач, с одной стороны, определяется социальным заказом, а с другой – строением самого объекта и тем наследием, которое оставила предшествующая хозяйственная деятельность. Нужно иметь в виду, что интересы экономики и охраны природы не всегда совпадают, нужно искать компромисс, отдавая предпочтение сохранению природы, так как она является долговременным фактором жизни людей. Часто вступают в противоречие и интересы различных отраслей производства: например, при создании водохранилищ повсеместно возникает конфликт между интересами гидроэнергетики, сельского хозяйства, рыболовства. Особенно сложная ситуация складывается в густонаселенных давно освоенных районах с напряженным земельным балансом, где нужны резервные территории для развития поселений, коммуникаций, оздоровительных и природоохранных зон.

Обустроенные объекты приобретают ряд полезностей, которые придают им новое качество, т. е. как было сказано в начале, ценностную характеристику функционального единства существенных ее свойств, новую внутреннюю и внешнюю определенность, относительную устойчивость, отличие ее от одних местностей и сходство с другими.

Построить интегральную оценку качества обустроенного объекта можно, формально объединив по какому-то алгоритму набор частных показателей, таких как запасы гумуса, питательных веществ, степень засоления, плотность, водопроницаемость, влагообеспеченность и т.п. Возникает вопрос, а что с этим объединенным показателем делать дальше, какой из них лучше или ценней?

Мы полагаем, что оценка качества должна быть максимально приближена к конечным целям обустройства объекта. Так, если обустраиваются сельскохозяйственные земли, то главной потребительской целью является урожайность конкретного растения. Не менее важной является экологическая ценность обустроенного объекта, т.е. способность выполнять природоохранные функции. Последняя прямо пропорциональна интенсивности почвенных процессов, влияющих на разложение загрязнителей, на барьерные (сорбционные) функции и т.д.

Тепловлагообеспеченность однозначно формирует матрицу типов ланд-

Табл.5. Матрица типов ландшафтов

Влагообес-

печенность

стран

Теплообеспеченность географических зон

Полярные

Борельные

Суббореальные

Субтропические

Тропи-ческие

Субэкваториальные

Экваториальные

Экстрааридные

Арктические













Пустынные африканские

Пустынные

Аридные

Тундровые

Таежные




Сухостепные

Полупустынные

Ср.Аз.

Пустынные

Ср.Аз.




Семиаридные

Лесотундр.

Широколист. леса




Саванновые










Семигумидные




Лесостепные

Степные







Лесные субэкваториальные




Гумидные




Лесные

муссонные













Лесные тропические

Экстрагумидные



















Сельва

шафтов, в которой широтные географические зоны определяют теплообеспеченность (столбцы в табл. 5), а страны, зависящие от удаленности от океана – влагообеспеченность (строки в табл. 5); полностью матрица заполнена в учебнике «Ландшафтоведение» [7].

Сама интенсивность почвенных процессов напрямую зависит от оптимальности тепловлагообеспеченности территории. Она же предопределяет и уровень биологической продуктивности

Можно утверждать, что плодородная почва экологически наиболее активна, она же с развитым растительным покровом в лучшей степени выполняет свою стокообразующую функцию. Плодородная почва наилучшим образом выполняет и средообразующую функцию по отношению к природной флоре и фауне.

Естественно, что все эти функции проявляются наилучшим образом при рациональном сочетании естественных и искусственных угодий (пашни).

Сейчас уже общепризнано, что это достигается на мелиорированных землях, на которых выдерживается оптимальный мелиоративный режим, т.е. совокупность требуемых показателей почвенных процессов.

Именно мелиорация позволяет оптимизировать тепловлагообеспеченность почвенного слоя, тем самым, придавая земле другое качество (продуктивность, полезность), новую внутреннюю и внешнюю определенность (сероземы превращаются в новую почвенную модификацию – ирригационные сероземы, торфяно-болотные почвы – в осушенные торфяно-перегнойные почвы и т.д.), относительную устойчивость (изменения под действием мелиораций существуют десятилетиями), отличие мелиорированных земель от богары (отсюда другая кадастровая оценка, земельный налог и т.д.).

Таким образом, оценивая обустроенные объекты по такому интегральному показателю, как тепловлагообеспеченность. мы генетически, без привлечения формальных процедур, сворачиваем ряд показателей в один. Таблица 5 дает номинальную, т.е. нечисловую шкалу ландшафтов [Рекс Л.М. и др., 1999]. Количественная (метрическая) шкала дает более детальную классификацию ландшафтов по тепловлагообеспеченности, например, например, по величине индекса сухости М.И. Будыки Ic = 10R/(LОс) или коэффициент увлажнения А.Н. Костякова Ку = Ос/Ео, где R – годовая величина радиационного баланса, КДж/см2 L – теплота парообразования воды, равная 2,26 КДж/см3, Ос – годовое количество атмосферных осадков, мм (произведение LОс означает, сколько тепла надо для испарения всех выпавших осадков); E0 – годовая величина испаряемости.

Применяется также показатель дефицита увлажнения за теплый период как разность между испаряемостью и осадками за это время Д = Ос- Е0. Последний показатель примерно характеризует оросительную норму, так как при увлажнении стараются суммарное испарение приблизить к максимально возможному для получение высокого урожая.

Отметим, что обустройство территорий (мелиорация) изменяет приведенные выше интегральные оценки и по степени их приближения к оптимальным судят об изменении качества (ценности) объектов. Однако, такой показатель еще недостаточно интегрален. Можно пойти далее и вычислять биологическую продуктивность некоторого представительного ценоза, например, трав и использовать эту продуктивность для характеристики экономической ценности обустроенного объекта, его экологической и стокообразующей ценности. При этом открывается возможность оценки ограничивающих продуктивность факторов: обеспеченности питательными веществами (которая имеет максимум, превышение которого снижает продуктивность), засоленности, загрязненности, используя работы В.В. Шабанова [12]:

= Uф/U0 = Kω Kθ Kп Ks Kz, (24)

где - относительная продуктивность; ^ Uф – фактическая урожайность при неблагоприятных условиях; U0 – потенциальная урожайность данной культуры при всех оптимальных условиях и агротехнике; K, K, Kп, Ks, Kz – коэффициенты, учитывающие неоптимальное увлажнение почвы, обеспеченность теплом, питательными веществами, снижение урожайности из-за засоления или загрязнения почвы. Набор этих коэффициентов может быть увеличен.

Влияние влажности почвы на урожайность можно определить по формуле:

, (25)

i – номер декады вегетационного период; n – число декад; i – вклад каждой декады в урожайность, ;

, (26)

w - относительная доступная влажность в корнеобитаемом слое почвы hкос в каждую декаду,

w =(ω – ВЗ)/(p – ВЗ), (27)

где  - влажность почвы; ВЗ – влажность завядания; p – пористость;

wopt – относительная оптимальная влажность для каждой декады

wopt =(ωopt – ВЗ)/(p – ВЗ); (28)

ωopt – оптимальная влажность для каждой декады,

 - коэффициент чувствительности растения на неоптимальность влажности в данную декаду.

Зависимость коэффициента  от влагозапасов имеет несимметричную куполообразную форму (рис. 10).

Коэффициент, учитывающий неоптимальную обеспеченность теплом Кθ вычисляется по аналогичным формулам (26)…(28), в которых величины влажности заменены соответствующими величинами температуры почвы. Это же относится и к коэффициенту, учитывающему обеспеченность почвы питательными веществами Kп. Засоленность и загрязненность почвы токсичными веществами учитывается коэффициентами Ks и Kz:

; при Z < Zдоп Ks = Kz = 1; (29)

Zдоп - допустимая степень засоления или загрязнения.

Таким образом, относительная продуктивность до обустройства объекта может, например, составлять 0,5, а после проведения обустроительных работ (водных, химических мелиораций, очистки земель от загрязнения) она может подняться до 0,9, следовательно, качество обустроенного объекта увеличилось в 1,8 раза.
^ 8. Изменчивость свойств окружающей среды

и ее учет при проектировании

Можно утверждать, что природным телам всегда присуща неоднородность свойств в пространстве, а природные процессы всегда осложнены случайно изменяющимися временными факторами, такими, как погодные условия, т.е. являются случайными процессами. Случайность изменения свойств в пространстве и случайность внешних воздействий генетически свойственны природным телам и природным процессам. Это легко доказывается от противного, так как невозможно представить абсолютно однородные природные образования, происходящие при неизменных внешних воздействиях. Даже сложнейшие технологические процессы в электронной промышленности, требующей неимоверной чистоты исходных материалов и стерильной постоянной среды в цехах всегда оговорены технически допустимыми допусками в их отклонении.

Неоднородность (случайная изменчивость свойств и показателей окружающей среды) объясняет устойчивость природных тел к внешним воздействиям. Разнотравный покров луга делает его устойчивым к засухам, заморозкам и болезням, так как в «трудные» годы часть растительности все-таки выживает. Наличие микрорельефа образует повторяющиеся микровозвышенности с более сухими чем в среднем почвами, и микропонижения – с более влажными, что позволяет выживать более влаголюбивым или более засушливым растениям, соответственно. Аналогично способствует устойчивости биогеоценоза вариация водопроницаемости верхних слоев почвы, изменчивость запасов питательных веществ, кислотности или засоленности почв.

Как ни странно, естественное желание человека все спланировать, в смысле выровнять, чтобы облегчить мелиорацию почв или агротехнику, ликвидирует внутреннюю случайную неоднородность природных объектов, объективно снижая их устойчивость.

Пространственная неоднородность свойств природных тел ставит новые, довольно сложные задачи при предпроектных изысканиях и при проектных расчетах [4]:

  1. Необходимо на картах достоверно выделять участки, обладающие генетически оправданной (причинной) неоднородностью в виде контуров, внутри которых возможно дальнейшее членение территории с нанесением изолиний и т.п.

  2. Внутри этих контуров, где какой-то признак варьирует случайным образом и некоррелирован в пространстве, надо назначать некоторое количество измерений, характеризующих случайный ряд величин с заданной точностью, иными словами обосновывать требуемый объем изысканий. Задача эта технико-экономическая, так как с увеличением числа измерений затраты на изыскания растут, но снижается риск от неточных инженерных исследований и растет выгода от точно назначенных инженерных приемов природообустройства (точней назначаются поливные нормы, междренные расстояния и т. п.).

  3. Случайная неоднородность свойств в пространстве требует совсем иных способов расчетов, так как многие формулы получены из предположения, что эти свойства постоянны в довольно большом объеме (коэффициент фильтрации, пористость, исходное засоление почв). Случаи массо- и эенергопереноса в среде со случайно изменяющимися параметрами описаны в технической литературе еще недостаточно, для их учета применяют методы случайных испытаний, когда среда «насыщена свойствами» в случайном порядке с помощью генераторов случайных чисел, это возможно только с помощью быстродействующих компьютеров.

  4. Случайная изменчивость какого либо свойства ставит задачу выбора из неограниченного массива его величин одной конкретной расчетной величины, задача эта тоже технико-экономическая, так как величины с меньшей обеспеченностью представляют меньшую площадь, а, следовательно, и меньшую площадь, например, с требуемым осушением. Расчеты по средним величинам означают, что половина площади, например, будет переосушена дренажем, а вторая – недоосушена, что не приемлемо.

  5. Изменчивость погодных условий также заставляет использовать вероятностные методы, так как достоверных прогнозов на длительную перспективу (на год) пока не существует, поэтому приходится ограничиваться условными расчетами, например, какой будет потребность в орошении, если год по засушливости будет иметь заданную обеспеченность или вероятность превышения. При этом используется метод ретроспективного моделирования, т.е. полагают, что бывшие годы повторятся с той же вероятностью в будущем.

Выделяют четыре порядка фильтрационной неоднородности:

  1. неоднородность нулевого порядка, которая проявляется в отдельных формациях, удаленных один от другого массивах и тому подобных генетически однородных элементов земной коры с характерным размером более 106 см;

  2. неоднородность первого порядка, которая проявляется в связи с наличием в массиве различных по составу, структуре и текстуре горизонтов, фациальной изменчивости зон, гидротермальной и экзогенной переработки и т.п., характерные размеры таких элементов равны 103…106 см;

  3. неоднородность II порядка – проявляется внутри генетически однородного водоносного горизонта в связи с разным характером пористости, макротрещиноватости, слоистости и выявляются в разных зонах или интервалах опробования, характерный размер таких элементов не превышает 103 см;

  4. неоднородность III порядка – проявляется при определении водопроницаемости грунта в малом образце, она обусловлена различиями форм и размеров пор, наличием каналов и микротрещин. С увеличением объема образца эта неоднородность уменьшается.

Такая классификация позволяет найти место статистической или вероятностной оценке величин коэффициентов фильтрации. Очевидно, что неоднородности нулевого и первого порядков не случайны, выявляются по ряду стратиграфических и других признаков в виде отдельных слоев, горизонтов. Статистическая оценка водопроницаемости может применяться внутри этих элементов.

Возможность выявления фильтрационной неоднородности зависит от способа определения коэффициента фильтрации. Так, неоднородность III порядка может быть выявлена только при лабораторных опробованиях малых образцов. Полевые способы позволяют оценить осредненную водопроницаемость в гораздо больших объемах и могут выявить неоднородность II порядка: наливы в шурфы, мелкие скважины, пьезометры, откачки из одиночных скважин или кустов.

Коэффициенты фильтрации, определенные по данным режимных наблюдений или за работой дренажа, характеризуют или весь массив в целом или отдельные слои, при этом выявляется неоднородность II порядка.

Рассмотрим статистические свойства величин коэффициентов фильтрации, случайность которых определяется пространственной неоднородностью опробываемого горизонта. А.Н. Колгмогоров показал, что при дроблении частиц их размеры подчиняются логарифмически нормальному закону распределения, поэтому и размеры пор, а также величины коэффициента фильтрации распределены по тому же несимметричному закону распределения. Для очень однородных по размеру зерен этот закон приближается к нормальному.

В табл. 6 приведены показатели степени варьирования коэффициента фильтрации покровных отложений разного генезиса.

Табл. 6. Обобщенные показатели степени варьирования коэффициента фильтрации покровных отложений

Наименование грунтов по литологическому составу

Число

объектов

Число

величин

Коэффициент вариации

Среднее значение

Пределы

изменения

Глина

Суглинок тяжелый

Суглинок средний

Суглинок лессовидный

Супесь средняя

Пески среднезернистые

Пески аллювиальные разно-зернистые

Пески мелко- и среднезернистые

Гравийно-галечниковые отложения

Торф низинный осушенный

6

5

20

4

7

1

3
9

7

12

144

215

688

90

186

34

339
305

153

414

0,80

0,89

0,73

0,65

1,20

0,39

0,45
0,50

0,39

0,42

0,40…1,30

0,69…1,16

0,41…1,33

0,32…0,91

0,73…1,39



0,41…0,51
0,39…0,73

0,19…0,73

0,23…0,71

Для этого использована величина коэффициента вариации, т.е. отношения среднеквадратичного отклонения к среднему (3). Наблюдается рост изменчивости коэффициента фильтрации по мере уменьшения водопроницаемости и утяжеления гранулометрического состава, за исключением супеси из-за трудности отношения грунтов к ней из-за разного количества примеси глины.

Для гравийно-галечниковых отложений коэффициент вариации мал и лежит в пределах 0,3…0,4; для песков – 0,4…0,5; суглинков средних – 0,65…0,75; тяжелых суглинков и глин – около 0,8…0,9.

А.И. Голованов рассмотрел работу дренажа при инфильтрационном питании q, м/сут когда в междренье шириной В попадают несколько зон с разными коэффициентами фильтрации грунта k, распределенных по логарифмически нормальному закону и с коэффициентом вариации Cvk. Тогда при мощности проницаемого слоя Н напор на междреньи (разность между горизонтом грунтовых вод и горизонтом воды в дрене) будет зависеть от степени варьирования величины коэффициента фильтрации:

; (30)

где kср – среднеарифметическая величина коэффициента фильтрации.

Так если предположить, что грунт однородный по водопроницаемости, т.е Сvk=0, и k=1 м/сут, то при инфильтрационном питании q=0,002 м/сут; В=200 м; Н=10 м напор на междреньи составит h=1м, а если коэффициент вариации мелкозернистого песка окажется равным Сvk=0,5 (табл. 6), то напор на междреньи будет варьировать и его математическое ожидание увеличится до 1,25 м, т. е. может оказаться недопустимым. Данный пример показывает необходимость учета статистической изменчивости величины коэффициента фильтрации при расчета дренажа.

Технико-экономическими расчетами, т.е. сравнением затрат на геологические изыскания с ущербом от неточных расчетов дренажа А.Головановым получено оптимальное количество измерений, приходящихся на один севооборотный участок площадью 600 га (табл. 7).

Варьируют в пространстве и другие водно-физические свойства почв, необходимые при расчете водного режима (см. табл. 8), правда, их изменчивость в несколько раз меньше вариации коэффициента фильтрации. Так, коэффициенты вариации плотности верхних горизонтов различных почв и их пористость в 5…10 раз меньше, чем вариация коэффициента фильтрации. Из-за малого варьирования закон их распределения весьма близок к нормальному, что облегчает расчеты.

Табл. 7. Оптимальное количество измерений коэффициента фильтрации

Коэффициент вариации коэффициента фильтрации

Примерное соответствие виду грунтов

Количество измерений

0,3
0,5

0,7

0,9

Крупнозернистый песок, гравийно-галечниковые отложения

Песок

Средний суглинок

Тяжелый суглинок, глина

6
10

12

16

Табл. 8. Изменчивость плотности и пористости различных почв

Почвы

Гранулометричес

кий состав

Число

объектов

Число

изме-рений

Плотность,

г/см3

Пористость, доли

Ср. вели-чина

Коэф.

вариац.

Ср.

вели-чина

Коэф.

вариац.

Чернозем обыкновен.

Каштановые


Сероземы

Луговые глеевые

глинистый

суглинистый

суглинистые

суглинистые лессовидные

суглинистые

суглинистые лессовидвые

супесчаные лессовидные

глинистые

суглинистые

11

5

7

4
8

7
1
4

7

478

343

471

561
549

321
291
174

491

1,56

1,59

1,53

1.49
1,50

1,44
1,42
1,59

1,53

0,08

0,09

0,09

0,10
0,08

0,10
0,06
0,09

0,11

0,462

0,441

0,443

0,447
0,444

0,452
0,474
0,456

0,445

0,11

0,10

0,09

0,11
0,10

0,11
0,06
0,09

0,10

Сумма или среднее




54

3679




0,10




0,10

Но если в одно междренье попадают несколько величин коэффициентов фильтрации при размере зоны неоднородности, исчисляемой в метрах, что несколько нивелирует разброс глубин грунтовых вод, то при расчете увлажнения вертикальными токами влаги пестрота увлажнения сопоставима с вариацией водно-физических свойств, что непосредственно сказывается на урожайности растений.

Поэтому рассчитывать увлажнение на средние значения свойств почв недопустимо, так как вероятно, что половина площади окажется недоувлажненной, а другая – переувлажненной. Поэтому технико-экономическими расчетами заранее устанавливают целесообразную обеспеченность (т.е. вероятность превышения) величин водно-физических свойств. Так для ряда культур установлено, что режим орошения следует считать, используя величины водно-физических свойств обеспеченностью 20…25 %, т. е принимать в расчет большие, чем их средние величины.

В табл. 9. приведен пример зависимости чистого дисконтированного дохода от мелиорации крупных объектов в зависимости от обеспеченности комплекса водно-физических параметров верхних почвенных горизонтов (плотности, пористости, максимальной молекулярной влагоемкости, высоты капиллярного подъема и коэффициента фильтрации). Массивы расположены в степных и сухостепных районах Западной Сибири (расчеты выполнил И.В. Корнеев).

Табл. 9. Чистый дисконтированный доход (млн. руб.) проектов мелиоративных систем, рассчитанных на водно-физические параметры почвы различной обеспеченности.

Расчетная обеспеченность

Барабинск

Кулунда

5%

30.5

25.6

10%

34.3

30,0

25%

35.9

30.8

50%

26.6

16.4

75%

14.7

11.9

90%

7.4

0.70

95%

0.2

-7.00

В южных засушливых районах образуются засоленные почвы из-за повышенного количества солей в почвообразующих породах морского происхождения или в результате выпаривания почвенных растворов, получающих питание в горных районах при выщелачивании солей из пород. Освоение засоленных земель возможно только после их промывки пресной водой.

Для определения ее количества (промывной нормы) требуются полевые измерения запасов солей в почве. Эти измерения показали, что исходное засоление крайне неравномерно по площади, распределение запасов солей имеет очень

Табл. 10. Статистическая обработка данных об исходном засолении почв

Объект

Показатель

Горизонт,

см

Число

измере-ний

Сред-

нее

Коэффициент

вариации

Закон распределения

1

2

3

4

5

6

7

Кзыл-ордин-

cкий масссив, контур №4

Джизакский

vассив

Контур №501
Контур №482

Контур №502

Контур №537

Контур №598

Голодная Степь, Совхоз № 5

Плотный остаток,%


Хлор, %
Хлор, мг/экв


Натрий,

мг/экв

Хлор, мг/экв

Натрий,

мг/экв

Хлор, мг/экв

Натрий,

мг/экв

Хлор, мг/экв

Натрий,

мг/экв

Хлор, мг/экв

Натрий,

мг/экв

Хлор, %

0…10

30…40

60…70

90…100

130…140

170…180

0…200

0…10

30…40

60…70

90…100

130…140

170…180

0…200

0…20

20…50

50…100

100…150

0…20

20…50

50…100

100…150

150…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…100

100…200

0…20

20…40

40…60

60…80

80…100

140

141

143

145

141

131

142

134

137

137

139

135

123

134

59

59

59

59

58

58

58

58

58

32

24

31

24

59

58

59

58

70

70

70

69

46

39

46

39

60

60

60

60

60

1,03

0,49

0,45

0,43

0,40

0,49

0,52

0,13

0,07

0,06

0,06

0,06

0,06

0,10

0,99

4,03

6,34

6,67

3,44

11,28

14,90

15,51

15,23

6,90

4,51

13,44

10,18

2,31

3,31

5,30

9.01

1,79

2,94

4,20

7,07

2,94

6,31

11,34

16,88

0,05

0,06

0,05

0,05

0,04

0,95

0,84

0,86

0,91

0,92

0,99

0,79

1,15

1,04

1,40

1,07

1,13

1,05

1,11

1,64

1,01

0,75

0,65

1,00

0,85

0,53

0,51

0,53

0,92

0,61

0,77

0,43

1,96

1,10

1,43

0,63

1,72

1,35

1,18

0,82

1,49

1,17

0,99

0,70

0,70

0,73

0,84

0,72

0,68

Логнорм.

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

Логлогнорм.

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

Логнорм.

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–

–“–


несимметричную форму, описывается логарифмически нормальным, а в некоторых случаях даже логлогнормальным законом. Коэффициент вариации исходного засоления, т.е. отношение среднеквадратичного к средним запасам часто превышает единицу (табл. 10).

Сильная пространственная изменчивость исходного засоления делает актуальным, во-первых, выбор расчетных исходных запасов солей в почве, так как очевидно, что считать на средние запасы нельзя, потому что недопустимо, чтобы половина территории осталась недопромытой, а, во-вторых, неясно, а сколько нужно сделать измерений в поле для достоверной оценки не только средних запасов, но и расчетных требуемой вероятности, так как при этом нужны достоверные величины среднеквадратичного отклонения. Из теории вероятностей известно, что для достоверной оценки средней величины случайного ряда требуется около 25…30 измерений, а для оценки дисперсии – уже не менее 100 измерений.

Анализ затрат на промывку почвы, прямо зависящих от степени засоления, в сопоставлении с ущербом от недопромывки почвы показывает, что ориентировочно нужно сделать 10…15 измерений исходного засоления на площади одного севооборотного участка, примерно равного 400…600 га. В связи с меньшей изменчивостью водно-физических свойств в пространстве количество их измерений может быть уменьшено до 6…8.

Величины расчетной обеспеченности исходного засоления сильно зависят от его пространственной вариации и от средней степени засолении (табл. 11). При среднем начальном засолении и коэффициенте его вариации равном 1,0 в качестве исходного нужно принимать засоление, превышающее 11% территории.

Табл. 11. Обеспеченность исходного засоления для расчета промывных норм


Степенъ засоления, %

Расчетная обеспеченность в % при коэффициенте вариации засоления

1,6

1,0

0,5

Солончак, 2 %

Сильное, 1,2%

Среднее, 0,5%

6

7

9

8

11

15

22

26

32
1   2   3   4   5   6



Скачать файл (8441.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru