Принципы и методы регионального экомониторинга и ГИС-моделирования геосфер: На примере РСО-Алания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат геолого-минералогических наук Галушкина, Евгения Юрьевна

• Галушкина, Евгения Юрьевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Галушкина, Евгения Юрьевна

Оглавление.

Введение.

Глава 1. Геоэкология и мониторинг окружающей среды.

1.1. Предмет исследований, задачи и методы геоэкологии.

1.2. Роль и место мониторинга окружающей среды.

1.2.1. Государственный экологический мониторинг. Структура государственного экологического мониторинга, распределение ответственности.

1.3. Методы мониторинга окружающей среды.

1.3.1. Метод материальных балансов и технологических расчетов.

1.3.2. Методы с использованием фотосъемки и видеосъемки.

1.3.3. Картографические методы.

1.4. Выводы о применении картографических методов мониторинга для геоэкологических исследований.

Глава 2. ГИС-проекты - основа мониторинга геоэкологической среды РСО-Алания.

2.1. Изученность территории РСО-Алания по материалам предыдущих исследований и их анализ.

2.2. Комплексная оценка геоэкологического состояния природно-техногенных ландшафтов РСО-Алания, на основе электронных карт.

2.2.1. Особенности технологии создания электронных карт.

2.2.2. Геоморфологическая карта.

2.2.3. Карта землепользования.

2.2.4. Гидрогеологическая карта.

2.2.5. Карта защищенности грунтовых вод.

2.2.6. Карта функционального районирования.

2.2.7. Карта расположения мест складирования несанкционированных отходов.

2.3. ГИС - проекты как основа для мониторинга и анализа природной и техногенной среды территории РСО-Алания.

2.3.1. Процедура разработки ГИС проекта.

2.3.2. ГИС-проект мониторинга качества атмосферного воздуха.

2.3.3. ГИС-проект мониторинга качества водных источников.

2.3.4. ГИС-проект мониторинга гидротехнических сооружений.

2.3.5. ГИС-проект мониторинга предприятий с повышено опасными и потенциально опасными производствами.

2.3.6. ГИС-проект радиационно опасных объектов.

2.3.7. ГИС-проект мониторинга опасных геологических процессов.

2.3.8. ГИС-проект санитарно-эпидемиологического состояния территории РСО-Алания.

2.3.9. Анализ материалов санитарно-эпидемиологического мониторинга.

2.4. Выводы по результатам использования ГИС-проектов для мониторинга геоэкологической среды РСО-Алания.

Глава 3. Тематическое дешифрирование ДЦЗ для геоэкологических исследований.

3.1. Принципы современного подхода к использованию ДЦЗ.

3.2. Тематическое дешифрирование ДЦЗ.

3.3. Космические системы изучения природных ресурсов и мониторинга окружающей среды.

3.3.1. Применение снимков Landsat.

3.4. Методика обработки космической съемки.

3.4.1. Геокодирование топографических планшетов и построение 3-х мерной модели местности.

3.4.2. Геокоррекция топографических карт.

3.4.3. Композит материалов съемок.

3.4.4. Геокоррекция космической сцены.

3.4.5. Тематическая обработка космической сцены.

3.4.6. Построение роз-диаграмм.

3.4.7. Дешифрирование структур.

3.5. Выводы о результатах применения новой методики тематического дешифрирования ДЦЗ для геоэкологических исследований.

Глава 4. Организационные и технологические меры по устойчивой работе разработанной системы.

4.1. Описание инфраструктуры системы геоэкологического мониторинга

4.2. Организационные и технические меры по интеграции ГИС-проектов.

4.2.1. Топографические основы.

4.2.2. Мониторинг качества водоёмов.

4.2.3. Мониторинг качества атмосферного воздуха и источников его загрязнения.

4.2.4. Мониторинг опасных геологических процессов.

4.2.5. Кадастры природных ресурсов.

4.2.6. Обеспечение деятельности МЧС.

4.2.7. Мониторинг санитарно-эпидемиологического состояния территории

4.2.8. Поддержка и управление процессами научных изысканий.

4.2.9. Использование результатов в учебном процессе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Принципы и методы регионального экомониторинга и ГИС-моделирования геосфер: На примере РСО-Алания»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Развитие научно-технического прогресса ведет к росту геоэкологической напряженности, за счет увеличения нагрузки на среды обитания, литосферу, гидросферу, атмосферу и человека. Существующие технологии по предотвращению и прогнозированию опасных и вредных природных и техногенных факторов не обеспечивают упреждающее принятие технических и организационных мер по минимализации риска для населения и народнохозяйственных объектов в случае возникновения природных и техногенных катастроф. Поэтому назрела настоятельная необходимость оперативного обеспечения управленческих решений, с помощью современных технических средств и новых геоинформационных технологий.

Данная диссертация посвящена мониторингу экологических ситуаций и опасных природных явлений, оценке техногенных воздействий на среду и их последствий, обеспечению экологической безопасности региона.

В представленной работе интегрированы на единой топогеодезической основе различные направления мониторинга окружающей среды для углубленного анализа происходящих природных и антропогенных явлений. Работа выполнена на основе геоинформационной системы ArcView GIS v.3.2.2., ArcView GIS v.9.0., Erdas IMAGINE. Дополнительно были использованы различные модули.

В мировой практике аналогом разработанного комплекса ГИС является канадская пространственная база данных. Российские аналогичные системы, как правило, узкоспециализированы и направлены на решение проблем одного ведомства.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является создание ГИС-технологии для получения необходимых баз данных геохимического и геоэкологического содержания, предназначенных для оценки состояния природно-техногенных экосистем, а также научного обоснования принятия природоохранных решений на локальном или региональном уровнях.

Достижению поставленной в работе цели способствовало решение следующих основных задач:

1. Изучение геохимических особенностей экосистем региона: гидросферы, атмосферы и литосферы для создания баз данных по различным видам мониторинга, включая оценку развития опасных геологических процессов (ОГП).

2. Геоэкологический анализ санитарно-эпидемиологической ситуации в регионе на базе ГИС и статистических данных.

3. Разработка и внедрение новой технологии геоинформационного картографирования, как основы при структурном районировании территории, для моделирования экологических процессов и анализа тенденций их развития.

4. Оценка эффективности управления процессами научных изысканий и изучения недр (на примере ГИС-проекта нерудного сырья).

5. Разработка методических рекомендаций по применению ГИС для принятия рациональных, межведомственных управленческих решений.

ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основным источником фактического материала являются данные, полученные автором в ходе выполнения научно-исследовательских работ по темам: «Геоинформационная система экологического мониторинга территории», «Природные и техногенные ареалы Северной Осетии» при Северо-Кавказском региональном центре информатизации высшей школы (СКГТУ), под руководством проф. Гроппена В.О., «Подготовка дистанционной основы ГК-200 на листы K-38-IX, (XV)» HI 111 «ИнфоТЕРРА», материалов геологических фондов PC О-Алания.

Работы по мониторингу качества атмосферного воздуха велись на основании данных Северо-Осетинского центра государственного мониторинга окружающей среды (СОЦГМОС).

Мониторинг по постам наблюдений проводится двумя организациями СОЦГМОС и Федеральным государственным учреждением «Центрводресурсы».

Для разделов: «Мониторинг опасных геологических процессов» и «Кадастр природных ресурсов (нерудные полезные ископаемые)» были переработаны картографические и текстовые данные ФГУГП «Севосгеологоразведка». За основу работы взят материал изученности территории масштаба 1:50 ООО.

Работы над разделом «Санитарно-эпидемиологическое состояние территории» проводили на материалах подразделения мониторинга Центра санитарно-эпидемиологического надзора в Республике Северная Осетия-Алания. Для выполнения работ использована информация ведения социально-гигиенического мониторинга за 5 лет. При большем периоде наблюдения из-за обилия графического материала визуальный анализ затрудняется.

Методологической основой процессов обработки информации в ГИС является цифровое моделирование местности, объединяющее процессы сбора первичных данных, их обновление, обработка и формирование текстовых и картографических документов. За счет применения современных технических средств осуществлена автоматизация полевых и камеральных работ.

Обработку космоснимков проводили на топографических листах масштаба 1:200 000 K-38-IX, XV. При этом применены современные технологии автоматизированного дешифрирования. Результаты анализа использованы при проведении работ «Геологическое доизучение площадей масштаба 1:200000» Hi 111 «ИнфоТЕРРА» для ФГУГП «Кавказгеолсъемка».

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в разработке механизма оценки состояния природно-техногенной экосистемы региона на базе ГИС-технологии для применения полученных данных при решении управленческих задач, в т.ч. и в случае возникновения критических экологических обстоятельств.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Впервые проведено обобщение различных направлений экологического мониторинга на основе ГИС-технологий. Это позволило разработать единое информационно-аналитическое поле, которое может быть использовано для принятия решений экспертного и управленческого характера, обеспечения экстренной информационной связи при нарушениях экологического равновесия, а также для хранения, анализа и интерактивного отображения сведений об экологическом состоянии природных и техногенных ресурсов территории РСО-А.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключается в возможности принятия управленческих решений на основе имеющейся ГИС-информации в республике по проблемам геоэкологии. Это возможно, поскольку:

1. ГИС создана на единой топографо-геодезической цифровой основе в территориально-временном разрезе.

2. Материалы топографических векторных карт являются многоцелевым банком данных, востребованным во всех сферах деятельности, связанных с исследованиями и эксплуатацией природных ресурсов, охраной окружающей среды, разработкой новых и уточнением действующих кадастров земли, полезных ископаемых и т.д. Топографические карты полностью готовы для обучения студентов на прикладном материале.

Топографическая основа, кадастр нерудных полезных ископаемых и блок санитарно-гигиенического состояния уже переданы в эксплуатацию. Реализация программы позволит проводить ускоренный анализ территории, сводить воедино и комбинировать по вариантам данные, ранее не сопоставлявшиеся.

Раздел, посвященный обработке дистанционных материалов внедрен в практику региональных геологических работ ФГУГП «Кавказгеолсъемка».

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения работы были доложены и получили одобрение на заседаниях секций «Экологии» и «Геологии и поисково-разведочного дела», научно-технических конференций СКГМИ (ГТУ) 2003 и 2004 гг. По теме диссертации опубликовано 4 статьи. На сайте СКГМИ (ГТУ) размещен интерактивный атлас электронных карт по различным видам мониторинга природной среды РСО-Алания. Отдельные положения диссертационной работы использованы агентством по недропользованию в оперативной и перспективной работе.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Галушкина, Евгения Юрьевна

Заключение

Данная работа не претендует на охват всех аспектов создания экологических ГИС, а рассматривает те из них, которые используют данные государственной статистической отчетности.

Получены следующие результаты:

Создан ГИС-проекга «Мониторинг состояния качества поверхностных вод и источников их загрязнения»;

Создан ГИС-проекга «Мониторинг качества атмосферного воздуха и источников его загрязнения»;

Создан ГИС-проекга «Мониторинг опасных геологических процессов»;

Создан ГИС-проекга «Мониторинг санитарно-эпидемиологического состояния территории». создание серии электронных карт, являющихся основой для размещения различного типа информации, необходимой для создания ГИС-проектов.

Проведено автоматизированное дешифрирование линеаментов по материалам ДЗЗ. |

Создана инфраструктуру системы. \|

Отработаны программные комплексы сетевого управления базами данных.

Разработана система организационных мер по эксплуатации информационного обеспечения.

Произведена оценка санитарно-гигиенического состояния территории РСО-Алания за период 5 лет, на базе статистических данных.

Созданные ГИС-проекты позволяют визуализировать экологически значимые данные, имеющие географическую привязку, реализовать процедуры выделения и периодического корректирования ареалов экологических проблем, которые характеризуются рядом зафиксированных параметров. Кроме того, ГИС-проект дает возможность осуществлять типизацию проблемных ареалов в соответствии с задаваемыми критериями, что позволяет различным ведомствам, в реальном времени получать информацию, для оценки правильности выбранных приоритетов природоохранной деятельности по конкретным территориям и эффективности проведенных природоохранных мероприятий (с привлечением экономических данных обоснования инвестиций) и скорректировать программы контрольных и других природоохранных мероприятий.

Кроме того, созданные экологические ГИС решают две главные задачи: обеспечение Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) и ведения комплексного территориального кадастра природных ресурсов (КТКПР).

Алгоритм анализа в каждом конкретном случае уникален, но необходимо заметить, что процедура типологического районирования, осуществляемая до настоящего времени достаточно редко, представляется наиболее корректной формой "сворачивания" множественных разнородных данных, поскольку не выходит за пределы здравого смысла и позволяет любому пользователю восстановить последовательность шагов при анализе данных - а значит, проверить полученные результаты.

Автор считает весьма перспективным разработанный подход, при котором любые имеющиеся данные при проведении конкретного анализа подразделяются на базовые (предмет исследования), критериальные (специфика ведомства, решающего конкретные задачи) и управляющие (потребности ведомств в конкретной ситуации).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ: 1. Впервые выполнены геоэкологические исследования естественных (неосвоенных) и урбанизированных территорий РСО - Алания на основе ГИС-моделирования геодинамических, топографо-геодези-ческих, геохимических и санитарно-эпидемиологических образов природных и техногенных систем.

2. Созданы электронные карты разнопрофильного геоэкологического и медико-географической содержания с целью комплексной оценки состояния окружающей среды. На их основе разработаны проекты экомониторинга и ГИС - моделирования атмосферы, гидросферы, опасных экзогенных геологических процессов в литосфере на площадях их вероятного проявления, а также процессов, определяющих санитарно-гигиеническое состояние региона исследований.

3. Разработаны и внедрены новые методы анализа дистанционной информации с использованием математического аппарата как основы при структурно-тектоническом районировании территории.

4. Предложены: способы эффективного развития многофункциональной базы данных различных ведомств, механизм оперативного принятия управленческих решений в сфере экологического прогноза и меры предупреждения негативных или катастрофических природно-техногенных явлений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Галушкина, Евгения Юрьевна, 2005 год

1. Алексеенко В.А. Ландшафтно-геохимические исследования и окружающая среда. Ростов-на-Дону, 1989.

2. Анализ и оценка природных рисков. Материалы международной конференции. М., 1997

3. Астахов Д.Г., Новаковский Б.А. Возможности современных средств иллюстративной графики при создании и оформлении карт с использованием ГИС-технологий. Барнаул. 1998.

4. Беккер А.А., Агаев Т.Б. Охрана и контроль загрязнения природной среды. Л., Гидромет., 1989. • 5 Берлянт A.M. Картографический метод исследования. М., 1978.

5. Берлянт A.M. Картография, М., 2001.

6. Беспамятное Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. Л.: Химия, 1985. 528 с.

7. Бесценная М.А. Практикум по оценке загрязнения водных объектов. Л.; Гидромет, 1983.

8. Богдановский Г.А. Химическая экология. М.: Изд-во МГУ, 1994. 237 с.

9. Броунов А.К., Пузаченко Ю.Г., Сорокин А.Д. Картографическая основа ГИС предупреждений чрезвычайных ситуаций. Изв. РАН. Сер.геогр. 1993. №5.

10. Брюханов А. В., Господинов Г. В., Книжников Ю. Ф. Аэрокосмические методы в географических исследованиях. М.: Изд-во МГУ, 1982.

11. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв. Часть 1. М., Гидромет, 1983.

12. Временные гигиенические нормативы содержания некоторых химических элементов в основных пищевых продуктах. N 2450-81, М., 1982.

13. Временные методические рекомендации по экогеохимическим работам на Северном Кавказе. Книга 1. Ессентуки, ПГО "Севкавгеология", 1990.

14. Васмут А.С., Магнутова Л.А. Об использовании компьютерных технологий в экологическом картографировании. Геодезия и картография., 1998.

15. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера.М., Наука, 1989

16. Вернадский В.И. Научная мысль, как планетарное явление.М., Наука, 1991

17. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. ГОСТ 2874-82 М., 1988.

18. Вопросы методики оценки и прогноза изменения гидрогеологической обстановки под влиянием техногенеза. (Сборник научн. тр.). М., Стройиздат, 1986.

19. Временные требования к геологическому изучению и прогнозированию воздействияразведки и разработки месторождений полезных ископаемых на окружающую среду. М., ГКЗ, 1991.

20. Геология СССР, том 9, часть 1. М., Недра, 1968.

21. Геоэкологическое картографирование. Тезисы докладов Всероссийской научно-практическойконференции (24-27 февраля 1998г.). Ч. 1,11,III. М., ВСЕГИНГЕО, 1998.