Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология

Подождите немного. Документ загружается.

При моделировании многофакторных процессов в верхних горизонтах лито-

сферы в связи с отсутствием строгих математических описаний этих процессов

используется математический аппарат теории вероятностей и математической ста-

тистики. Статистические модели основаны на эмпирических данных и содержат,

кроме переменных величин и констант, одну или несколько случайных величин

различной природы, которые отражают случайные характеристики свойств объек-

тов литосферы. В принципе любая детерминированная модель, используемая при

эколого-геологическом мониторинге, становится вероятностной, если в нее вво-

дится какая-либо случайная компонента, обусловленная не предсказуемой точно

функцией многих переменных.

Особым, специальным видом моделирования в экологической геологии явля-

ется создание моделей устойчиво развивающихся эколого-геологических систем

территории. Такие модели относятся к классу ПДМ, параметры которых постоян-

но уточняются в ходе эколого-геологических исследований, как уточняются и эко-

лого-геологические прогнозы.

Постоянно действующая эколого-геологическая модель - это система упоря-

доченно-взаимосвязанных, постоянно уточняющихся во времени и пространстве

данных о состоянии эколого-геологических условий, трансформированная в логи-

ческое, картографическое или математическое изображение для прогнозирования

и управления. Основным назначением ПДМ является перманентное решение эко-

лого-геологических задач, связанных с оценкой изменения (как природно, так и

техногенно обусловленного) литосферы и ее компонентов, а также эколого-геоло-

гическим прогнозом ее развития. Применение ПДМ обеспечивает упорядочение

технологии сбора и обработки поступающей эколого-геологической информации

на основе компьютерной техники. В связи с этим создание и использование

ПДМ

пока единственный и наиболее эффективный способ совершенствования системы

управления в области рационального использования и охраны верхних горизонтов

литосферы, решения всевозможных эколого-геологических проблем.

Г.А.Голодковская

и М.Б.Куринов (1994) к базовым принципам разработки мо-

дели устойчиво развивающейся эколого-геологической системы отнесли следу-

ющие позиции:

принцип целевого использования - природная среда должна использоваться

на основе максимального раскрытия заложенных в ней полезных качеств. Выпол-

нение этого принципа должно базироваться на предварительной оценке естествен-

ных ресурсов, включая экологические функции литосферы и их влияние на объек-

ты социо- и техносферы;

принцип приоритетов при выработке эколого-экономической концепции раз-

вития региона - использование того или иного компонента среды не должно при-

водить к угнетению, деградации, уничтожению природных объектов, имеющих

более высокий ранг качества. К сожалению, при любой антропогенной деятельно-

сти существующие экологические системы испытывают потери; задача заключа-

ется в том, чтобы приобретения компенсировали утраты;

331

принципы безопасности - техногенная, антропогенная деятельность при ис-

пользовании геологического компонента природной среды не должна создавать

экологически вредную, опасную для существования биоценозов и человека среду

обитания или иметь долгосрочные экологические последствия. (Идеалистично

требование сохранения всех естественных биоценозов на осваиваемых террито-

риях, но определение допустимого уровня изменений геологического компонента

природной среды при условии минимального экологического ущерба - задача

весьма актуальная);

принцип сохранения уровня комфортности - техногенная, антропогенная дея-

тельность при формировании новой или трансформации старой эколого-геологиче-

ской системы не должна снижать уровень комфортности среды обитания человека;

принцип разумного компромисса - необходим поиск тонкой грани между

техническими возможностями производства, антропогенным воздействием на

биоценозы. Эта задача весьма деликатная и непростая, так как "качество жизни"

населения - это социальная задача, которую решают не только специалисты в об-

ласти геологии и экологии, но и политики, отстаивающие нередко свои конъюнк-

турные интересы.

Процесс создания модели оптимальной устойчиво развивающейся эколого-

геологической системы является в принципе непрерывным. Г.А.Голодковская и

М.Б.Куринов (1997) в нем условно выделяют три этапа. На первом из них опреде-

ляются экологическая политика развития региона, режим использования конкрет-

ной территории. Решение этих вопросов лежит в области государственного адми-

нистрирования. Подготовка же материалов для подобных решений должна вклю-

чать рассмотрение и экологических проблем, связанных с возможными изменени-

ями геологического компонента окружающей среды под воздействием природных

причин и техногенеза.

Второй этап построения такой модели включает в себя описание, выработку

словесного портрета модели, выявление основных параметров среды с точки зре-

ния экономики, здоровья и комфорта населения, состояния биоценозов, с учетом

демографических, энергетических аспектов, стандартов состояния окружающей

среды, перспектив развития региона и интересов проживающих в нем граждан.

Третий этап - это этап объединения результатов исследования природной сре-

ды, техносферы, социосферы, биосферы, прогнозов изменения эколого-геологи-

ческой ситуации, т.е. построение самой адаптивной модели оптимальной устойчи-

во развивающейся эколого-геологической системы. На начальном этапе схемати-

зации информации она будет иметь основные черты, присущие структурным мо-

делям, а на выходе должна, если это окажется возможным, трансформироваться

в физическую, математическую модели. Построенная таким образом модель под-

лежит непрерывной корректировке, сопоставлению с развитием ситуационных от-

ношений на моделируемой территории.

Проблема корректировки прогностической модели оптимальной устойчиво

развивающейся системы может быть решена при условии непрерывного поступ-

ления информации о состоянии объектов литосферы, техносферы, био- и социо-

332

сферы; постоянного уточнения частных прогностических решений. Это движение

информации, с позиций моделирования, представляет взаимозависимый процесс,

при котором общее моделирование эколого-геологической системы и частное, ка-

сающееся отдельных элементов ее, должны двигаться навстречу друг другу, с од-

ной стороны корректируя частные модели в их связи с общей экологической обста-

новкой, а с другой - конкретизируя общие модели, как правило, страдающие из-

лишней абстрагированностью от многих немаловажных факторов реальной эво-

люции среды. Решение подобных проблем выполняется в процессе эколого-геоло-

гического мониторинга.

Эколого-геологический мониторинг . Мониторинг как система долгосроч-

ных режимных наблюдений, оценки, контроля состояния и прогноза изменения

объекта является общенаучным методом исследования. Используется он и при

эколого-геологических исследованиях в качестве метода специального.

Специфика эколого-геологического мониторинга заключается не только в сис-

теме познания объекта, но и в самом объекте исследования - эколого-геологиче-

ской обстановке, которая обусловливает "геологическое" жизнеобеспечение и че-

ловека, и биоты в целом через ресурсную, геодинамическую, геохимическую

и геофизическую экологические функции литосферы. Объект исследования вклю-

чает в себя систему "литосфера - биота". Исходя из этого, эколого-геологический

мониторинг может быть как фоновым и изучать только природную эколого-геоло-

гическую систему, так и природно-техническим, в ходе выполнения которого ис-

следуются последствия функционирования литотехнических систем.

Специфика эколого-геологического мониторинга заключается и в его конеч-

ной цели. Последнюю можно сформулировать так: оптимизация функционирова-

ния эколого-геологической обстановки-системы.

Исходя из этих двух специфических особенностей, эколого-геологический мо-

ниторинг - это система постоянных наблюдений, оценки, прогноза состояния

и изменения эколого-геологической обстановки-системы, проводимая по заранее

намеченной программе с целью разработки рекомендаций

управляющих реше-

ний, направленных на обеспечение ее оптимального экологического функциониро-

вания и устойчивого развития. Исходя из этого, подчеркнем, что независимо

от вида эколого-геологического мониторинга (комплексный - частный (поэлемен-

тный), государственный - отраслевой, региональный - локальный и др.), характе-

ра инженерно-хозяйственного освоения территории, организующих его служб,

масштаба исследований главным является установление тенденций развития,

трансформации литосферы и ее компонентов, их экологических последствий для

человека и биоты в целом и на этой основе принятия управляющих решений.

Чрезвычайно важным аспектом в понимании сущности рассматриваемого ме-

тода является индивидуальность содержания эколого-геологического мониторин-

га, которая подлежит персональной разработке в каждом конкретном случае. Это

* Раздел написан при участии В.А.Королева.

333

Суть и содержание эколого-гео-

логического мониторинга составля-

ет система целенаправленной дея-

тельности, состоящей из упорядо-

ченного набора процедур, организо-

ванного в циклы: эколого-геологи-

ческих наблюдений оценки со-

стояния системы по результатам на-

блюдений , эколого-геологиче-

ского прогноза развития системы

и управления . Затем эколо-

го-геологические наблюдения до-

полняются новыми данными, на но-

вом цикле, и далее циклы повторя-

ются на новом временном отрезке

т.д.

Эколого-геологический мони-

торинг представляет собой сложно

построенную, циклически функцио-

нирующую и развивающуюся во

времени по спирали постоянно дей-

ствующую систему (рис. 43).

Основу организационной струк-

туры эколого-геологического мони-

торинга (см. рис. 42) составляет так

называемая автоматизированная

информационная система (АИС),

которая создается на базе ЭВМ.

В этой связи эколого-геологиче-

творческий процесс, опирающийся

на весь спектр методических разра-

боток по данному вопросу и общую

структурную схему практически

любого мониторинга, содержащую

блоки контроля и управления, свя-

занные между собой каналами свя-

зи, а также блоки автоматизирован-

ной информационной системы и ин-

женерной защиты (рис. 42); послед-

ний включает производство очище-

ния компонентов литосферы от за-

грязнения.

334

ский мониторинг (как и другие его

виды) является особой геоинфор-

мационной системой (ГИС).

Задачами АИС эколого-геологи-

ческого мониторинга являются:

хранение и поиск режимной эко-

лого-геологической информации о

состоянии верхних горизонтов лито-

сферы и ЛТС в пределах изучаемой

эколого-геологической системы;

целенаправленная постоянная

обработка и оценка информации;

выполнение перманентных про-

гнозов развития и состояния эколо-

го-геологической обстановки;

решение оптимизационных эко-

лого-геологических задач по созда-

нию системы управления ситуа-

цией, экологически ухудшающейся

по геологическим причинам.

В структуре АИС выделяются четыре основных взаимосвязанных блока

(рис. 44), каждый из которых направлен на решение одной из перечисленных

выше задач. Первый из них составляет автоматизированная информационно-поис-

ковая система (АИПС), которая направлена на решение первой задачи и представ-

ляет собой базу данных, реализованную с помощью ЭВМ. В систему АИПС из на-

блюдательной сети поступают все первичные данные о состоянии верхних гори-

зонтов литосферы территории или объекта мониторинга (в том числе и данные ре-

жимных наблюдений). Здесь они накапливаются в банке данных, предварительно

обрабатываются, сортируются и используются затем во всех последующих опера-

циях по эколого-геологической оценке и прогнозу состояния системы.

Второй блок АИС - автоматизированная система обработки данных (АСОД),

направленная на целенаправленную обработку и оценку поступающей информа-

ции. Этот блок реализует функцию количественной и качественной обработки

всей информации по эколого-геологическому мониторингу и тоже осуществляет-

ся с помощью ЭВМ.

Третий блок АИС представляет собой автоматизированную прогнозно-диа-

гностическую систему (АПДС). С помощью этого блока решаются все вопросы

по составлению перманентных (т.е. непрерывно продолжающихся, повторяющих-

ся) прогнозов в соответствии с функциональной схемой эколого-геологического

мониторинга. Этот блок также реализуется с помощью ЭВМ. Важным его компо-

нентом является постоянно действующая модель.

Четвертый блок АИС составляет автоматизированная система управления

(АСУ), направленная на решение задач по управлению эколого-геологической си-

335

стемой и разработку рекомендаций. Этот блок осуществляет как бы конечную

цель и функцию эколого-геологического мониторинга и чрезвычайно важен.

Он также практически реализуется с помощью ЭВМ.

Все четыре блока АИС связаны друг с другом и образуют единую функциони-

рующую геоинформационную систему. Основным вопросом при организации

АИС является ее информационное, техническое и математическое обеспечение,

рассмотренное в работах В.К.Епишина, В.Т.Трофимова (1985), В.А.Королёва

(1995), М.А.Шубина (1985), в монографии "Теория и методология экологической

геологии" (1997) и др.

Уровни организации эколого-геологического мониторинга могут быть раз-

личными (рис. 45).

336

Подсистемы детального эколого-геологического мониторинга являются важ-

нейшим звеном в системах более высокого ранга. Их объединение в более круп-

ную сеть (например, в пределах города, района) образует систему мониторинга ло-

кального уровня. Детальный и локальный эколого-геологический мониторинг

предназначены обеспечить экологическую оценку последствий изменений лито-

сферы под влиянием действующего или проектируемого объекта (или комплекса

объектов) соответственно на территории города, района или участка в зоне его

ожидаемого воздействия. Он реализуется на стадии проекта, а для действующих

объектов, не имеющих должной сети режимных наблюдений, независимо от ста-

дии, по решению соответствующих компетентных органов.

Локальные системы, в свою очередь, объединяются в еще более крупные - си-

стемы регионального эколого-геологического мониторинга, охватывающие терри-

тории в пределах края или области, или в пределах нескольких краев и областей.

Региональный эколого-геологический мониторинг предназначен обеспечить эко-

логическую оценку изменений верхних горизонтов литосферы крупных террито-

рий комплексного антропогенного освоения (республиканских, краевых и област-

ных административных территориальных единиц, крупнейших территориаль-

но-производственных комплексов). Он базируется на государственных источни-

ках информации, как правило, не дающих ответа на весь комплекс природоохран-

ных вопросов. Такой мониторинг в общих чертах соответствует задачам оценки

воздействия на геологическую среду (ОВГС) на предпроектной стадии, которая

не предусматривает создание специальной региональной сети режимных наблю-

дений. Основная задача ОВГС на этой стадии - разработка программы совершен-

ствования или создания новой сети режимных эколого-геологических наблюде-

ний с учетом ожидаемого воздействия существующих или проектируемых пред-

приятий на различные компоненты эколого-геологической системы. Строго гово-

ря, создание и обеспечение функционирования регионального эколого-геологиче-

ского мониторинга - дело соответствующих территориальных органов государ-

ственного или ведомственного подчинения.

Системы регионального эколого-геологического мониторинга должны объеди-

няться в пределах одного государства в единую национальную (государственную,

федеральную) сеть мониторинга и образовывать, таким образом, национальный

уровень ("мегарегиональный", по М.А.Шубину) системы мониторинга (см. рис. 45).

Системы национального (государственного) уровня эколого-геологического

мониторинга являются необходимой предпосылкой для соблюдения законодатель-

ства в области охраны недр и экологии, систематического контроля за состоянием

всех компонентов эколого-геологической системы, обеспечения эффективной

и экологически безопасной инженерно-хозяйственной деятельности.

Подчеркнем, что система эколого-геологического мониторинга национально-

го уровня должна входить составной частью в систему мониторинга окружающей

среды России, создаваемую соответствующей Федеральной службой России. Фор-

мирование в ее рамках единой национальной сети эколого-геологического мони-

торинга - одна из задач ближайшей перспективы развития мониторинга в России.

337

В рамках экологической программы ООН поставлена задача объединения наци-

ональных систем мониторинга окружающей среды в единую глобальную межгосу-

дарственную сеть - "Глобальную систему мониторинга окружающей среды"

(ГСМОС или GSEM). Это высший глобальный уровень организации системы мони-

торинга. Её назначение - осуществление мониторинга за изменениями в окружаю-

щей среде на Земле в целом, в глобальном масштабе.

Глобальный мониторинг - это система слежения за состоянием и прогнозиро-

вание возможных изменений общемировых процессов и явлений, включая антро-

погенные воздействия на биосферу Земли в целом. Пока создание такой системы

в полном объеме - задача будущего.

Вопросы методики эколого-геологического мониторинга здесь сознательно

не рассматриваются. Это отдельная, большая и специфическая задача. Ее содержа-

тельное краткое описание можно найти в ряде работ, в частности в монографии

"Теория и методология экологической геологии", 1997.

Завершая краткое рассмотрение эколого-геологического мониторинга, следу-

ет отметить, что его система синтезирует в себе множество частных методов полу-

чения соответствующей информации. Но доминирующую роль, особенно в части

прогнозирования, приходится на долю ПДМ и ретроспективного анализа.

Литература

Голодковская

Г.А., Елисеев Ю.Б. Геологическая среда промышленных регионов. — М.:

Недра,

1989.-220

с.

Голодковская Г.А., Куриное М.Б.

Эколого-геологические

исследования: концепция

и методология // Труды междунар.

научн.

конф. 5-7 февраля 1996 г. - М.: МГУ, 1996. - С.

21-128.

Королев В.А. Мониторинг геологической среды. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. — 272 с.

Кофф ГЛ., Чеснокова И.В. Информационное обеспечение страхования от опасных

природных процессов (на примере землетрясений). - М.: ПОЛИТЕКС, 1998. - 168 с.

Теория и методология экологической геологии / Под ред. В.Т.Трофимова. — М.: Изд-во

Моск. ун-та, 1997. - 368 с.

339

ГЛАВА

ЭКОЛОГО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ

СОСТАВЛЯЮЩАЯ

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ

ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

11.1.

Система инженерных изысканий

для строительства

Информацию об объекте изучения для строительства получают или в ходе на-

учных исследований, которые по своему содержанию могут быть фундаменталь-

ными, поисковыми, тематическими и прикладными, или в ходе инженерных изыс-

каний (рис. 46). Последние в Строительных нормах и правилах (СНиП

11-02-96)

рассматриваются как вид строительной деятельности, обеспечивающий "комп-

лексное изучение природных и техногенных условий территории (региона, райо-

на, площадки, участка, трассы) объектов строительства, составление прогнозов

взаимодействия этих объектов с окружающей средой, обоснование их инженер-

ной защиты и безопасных условий жизни населения.

На основе материалов инженерных изысканий для строительства осуществ-

ляется разработка предпроектной документации, в том числе градостроительной

документации и обоснований инвестиций в строительство, проектов и рабочей до-

кументации строительства предприятий, зданий и сооружений, включая расшире-

ние, реконструкцию, техническое перевооружение, эксплуатацию и ликвидацию

объектов, ведение государственных кадастров и информационных систем поселе-

ний, а также рекомендаций для принятия экономически, технически, социально

и экологически обоснованных проектных решений" (с.2).

В составе инженерных изысканий для строительства входят, в соответствии

со СНиП

11-02-96,

"следующие основные их виды: инженерно-геодезические, ин-

женерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, инженерно-эколо-

гические изыскания, изыскания грунтовых строительных материалов и источни-

ков водоснабжения на базе подземных вод.

К инженерным изысканиям для строительства также относятся:

геотехнический контроль;

обследование грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений;

оценка опасности и риска от природных и техноприродных процессов;

обоснование мероприятий по инженерной защите территорий;

локальный мониторинг компонентов окружающей среды;

геодезические, геологические, гидрогеологические, гидрологические, кадаст-

ровые и другие сопутствующие работы и исследования (наблюдения) в процессе

строительства, эксплуатации и ликвидации объектов;

научные исследования в процессе инженерных изысканий для строительства

предприятий, зданий и сооружений;

авторский надзор за использованием изыскательской продукции в процессе

строительства в составе комиссии (рабочей группы);

инжиниринговые услуги по организации и проведению инженерных

изысканий".

Общие положения и требования к организации и порядку проведения инже-

нерных изысканий, выполняемых при хозяйственном освоении и использовании

территорий, для проектирования, строительства, эксплуатации и ликвидации

предприятий, зданий и сооружений изложены в СНиП

11-02-96

"Инженерные

изыскания для строительства. Основные положения". В этом документе регламен-

тировано содержание договора, технического задания, программы инженерных

изысканий, их стадийность, цели и виды, состав технического отчета по результа-

там инженерно-геодезических, инженерно-геологических, инженерно-гидро-

метеорологических, инженерно-экологических изысканий, изысканий грунтовых

строительных материалов и источников водоснабжения на базе подземных вод.

Этот документ детализируется Сводами правил, из которых наиболее важны-

ми являются:

СП 11-103-97 "Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строи-

тельства", в котором регламентированы состав изысканий на разных стадиях про-

ектирования и общие технические требования к ним, а также к составу изыска-

тельских работ и определяемым гидрометеорологическим характеристикам в за-

висимости от вида и назначения сооружения;

340