Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Методологический аспект технологии комплексной оценки экологической емкости территорий
Мусихина Е. А,
2.1.1. Фрактальные свойства рельефа
Исследование фрактальных свойств рельефа производилось традиционным методом (простейшим способом определения размерности), путем набрасывания сетки с последовательным удвоением размеров ее квадратной ячейки. В результате исследования установлено, что природная система Иркутской области неустойчива и не находится в состоянии текущего равновесия, поскольку процесс ее формирования продолжается. Что, кстати, подтверждается высокой сейсмической активностью, и характеризуется фрактальной размерностью, имеющей величину D=1,34 (тангенс угла наклона осредненного графика равен 0,34) (табл. 1, рис. 3), и скейлинговым коэффициентом (табл. 2, рис. 4), характеризующим масштабное подобие системы, значение которого превышает устойчивую норму (более 2).
Таблица 1
Показатели фрактальности области воздействия
| lnR (натуральный логарифм размеров квадратной ячейки) | ln% (натуральный логарифм количества непустых ячеек от общего их числа) |
| 1,6 | 4,34 |
| 2,3 | 4,43 |
| 3 | 4,61 |
.
Рис. 3. Фрактальная размерность области воздействия на окружающую среду
Таблица 2
Показатели структурной организации области воздействия на ОС
| Показатель | Уровни организации | |||||
| I | II | III | IV | |||
| Параметр ячейки структурной матрицы в плане1, км | 7 5-9 | 25 17-33 | 58 52-68 | 150
| ||
| Скейлинговый коэффициент2 | 3,1 | 2,3 | 2,6 | |||
Примечание: 1) числитель - среднее значение, знаменатель - пределы изменения значений (min-max). Точность измерения соответствует масштабу карты 1:1000000. 2) скейлинговый коэффициент (Ск) – масштабный коэффициент подобия.
.
Рис. 4. Кривая степени организации природной системы с учетом пространственно-временных параметров
На основании вышеизложенного предлагается следующая модель оценки ущерба от воздействия на окружающую среду. В качестве основы этой модели взята структурно-иерархическая пространственно-временная модель воздействия горных работ (на примере Бодайбинской золотоносной провинции), учитывающая это влияние от локального уровня (дражного полигона) до провинции в целом. Каждый масштабный уровень её учитывает горизонтальные связи между компонентами окружающей среды, такими как: рельеф, климат, растительный покров и животный мир. В данном случае состояние системы после воздействия может быть оценено по коэффициенту нарушенности горизонтальных связей, вычисляемому через отношение количества нарушенных связей к общему количеству по формуле:
Ксв= Кнар.св / Кобщ.св
Пространственную составляющую формулы подсчета эколого-экономического ущерба даст отношение пострадавших от горного производства площадей участков воздействия (
) к общей площади уровня (
, n – индекс уровня). Составляющую нарушенных площадей для наиболее верного подсчета следует домножать на степень нарушенности компонента, рассчитываемую по формуле:
– отношение степени нарушенности земель (лесов и т.д.) в процентах к общей степени, принимаемой за 100%. Снар – интегральный показатель в процентах, учитывающий совокупность основных факторов, определяющих возможности самозарастания нарушенной поверхности. То есть отношение 
является пространственным показателем, часто используемым и в других формулах подсчета эколого-экономического ущерба [41, 115].
Что же касается временной составляющей, то для локального объекта это будет время жизни компонента до определенной фазы развития, именуемое в дальнейшем временем компонента. Учитывая, что происходит изменение нелинейного хода времени системы, т.е. темп хода времени с увеличением размеров элементов по иерархии снижается, следует подсчитывать время жизни компонента с учетом величины, обратной масштабному коэффициенту подобия в рамках каждого последующего уровня. Соответственно, произведение времени жизни компонента (Т) на величину, обратную масштабному коэффициенту подобия (Ск) – 
– будет являться показателем изменения времени взаимодействия уровней системы, иными словами, изменения ее вертикальных взаимосвязей с учетом изменения темпа хода времени системы. Собственно, выражение будет являться, по сути, величиной темпа хода времени системы на каждом конкретном уровне, где (n-1) – степень, на единицу меньшая индекса уровня.
Очевидно, что с увеличением размеров занимаемого пространства темп хода времени замедляется, и соответственно, возрастает способность к самовосстановлению системы, обусловленная более высокой энергонасыщенностью.
На основе всего вышеизложенного и с учетом иерархии уровней воздействия (от локального объекта до уровня провинции в целом) можно составить следующую совокупность уравнений:
Данные уравнения, не имеющие производных по времени ни в одной своей точке, являются, по сути, самоподобными функциями, применяемыми при описании реального мира, поскольку бесконечное дробление и подобие мельчайших частиц целому (фрактальность) и является основным принципом «устройства природы» [101]. Время, само по себе являясь системой, соответственно, имеет также фрактальную структуру. Поэтому, пока время структурировано и воздействие фрактально, система не теряет способности к адаптации. Значит, учет темпа хода времени даст диапазон масштабов приложения и объема восстановительных работ, как по одному компоненту, так и в границах системы в целом. Кроме того, суммируя ущерб, наносимый ОС горным производством на разных уровнях, получаем суммарный ущерб, наносимый системе в целом по всем компонентам:
,
где Yр – ущерб по рельефу; Yк – по климату; Yр.п. – по растительному покрову; Yж.м. – по животному миру. При необходимости, данную совокупность уравнений можно дополнить уравнениями более высокого уровня, вплоть до планетарного.
С использованием пространственно-временной модели оценки эколого-экономического ущерба, устанавливаем, что ущерб, наносимый ОС горным производством, будет рассчитываться следующим образом. На локальном уровне (Ул) – произведение трех составляющих: отношения площади нарушенных земель, домноженной на степень нарушенности, к общей площади уровня; коэффициента связи и временной составляющей. Учитывая, что темп хода времени с увеличением масштаба замедляется, в последующих уравнениях производится домножение временной составляющей на величину, обратную масштабному коэффициенту подобия в степенной зависимости от масштаба уровня (чем больше уровень, тем выше степень).
Таким образом, приведенную выше совокупность уравнений можно свести в обобщенную формулу подсчета эколого-экономического ущерба, наносимого ОС горным производством, принявшую следующий вид:
Для комплексной оценки состояния почв территории Иркутской области предлагается слегка преобразовать общую формулу путем ввода ПДК вместо степени нарушенности земель и определив следующие показатели: Ск – 2,95 (согласно расчетам); Tmax – время жизни компонента, принимаемое за 100 лет (время формирования 1 см плодородного слоя); n – количество уровней системы, для которых производится расчет, в данном случае 3; Ксв принимаем равным 3 (почвы, вода и воздух). В результате получаем формулу для расчета ущерба, наносимого почвам:
,
подставляя в которую принятые значения, а также данные по площадям и данные мониторинга окружающей среды исследуемого района, можно получить адекватную оценку ущерба, наносимого природной среде этого района. Левая часть формулы характеризует пространственные отношения, правая – временную компоненту.