Таврійський національний університет

імені В.І.Вернадського

Огородник Ірина Миколаївна

УДК 911.2:551.4 (477.9)

Фізико-географічне обґрунтування локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів

(на прикладі Південно-східного Криму)

11.00.01 – фізична географія,

геофізика та геохімія ландшафтів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Сімферополь - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фізичної географії та океанології географічного факультету Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського Міністерства освіти і науки України, м. Сімферополь.

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор

Оліферов Август Миколайович,

Таврійський національний університет ім. В.І.Вернадського,

професор кафедри фізичної географії та океанології.

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Волошин Іван Миколайович,

Львівський національний університет ім. Івана Франко,

професор кафедри раціонального використання природних ресурсів

та охорони природи.

кандидат географічних наук

Карпенко Сергій Олександрович,

Виконавча дирекція програми

по створенню Єдиного республіканського цифрового

територіального кадастру (ЄРЦТК).

Начальник регіонального управління

Провідна установа: Інститут географії НАН України відділ ландшафтознавства, м. Київ.

Захист дисертації відбудеться “4” жовтня 2001 року о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К. 52.051.03 у Таврійському національному університеті ім. В.І.Вернадського за адресою: 95007, м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4, корпус А, ауд. 427 (4 поверх).

З дисертацією можна ознайомитися в Науковій бібліотеці Таврійського національного університету ім. В.І.Вернадського (95007, м. Сімферополь, вул. Ялтинська, 4, корпус А).

Автореферат розісланий “28” серпня 2001 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор географічних наук Позаченюк К.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Постановою Кабінету Міністрів України № 391 від 30.03.98 р. була затверджена система державного моніторингу навколишнього природного середовища. Ця постанова визначила необхідність інтеграції відомств і перелік завдань моніторингу. Останній почав здійснюватися на національному (Україна) і регіональному рівні (Крим).

Крим - контрастний регіон зі складними природно-господарськими умовами, що визначає значущість розробки і створення регіональних і локальних систем моніторингу, на основі яких можуть прийматися рішення по оптимізації ландшафту та організації території. Наявні локальні системи моніторингу в регіоні нечисленні і не охоплюють основних типів природно-господарських умов півострова. Це стосується й південно-східного Криму, для якого характерними є басейнові геосистеми з інтенсивним виявом несприятливих природних процесів. Базовий модельний басейн ріки Ворон є типовим річковим басейном даного району. У межах водозбору інтенсивно розвинені несприятливі природні процеси (ерозія, повені, селеві паводки, осипи, обвали та ін.). Останнє проходження селевого паводка (13 липня 1998 р.) супроводилося людськими жертвами.

Методологічне обгрунтування різних систем моніторингу подається в багатьох працях як вітчизняних, так і зарубіжних вчених (Герасимов 1975, 1985; Израэль 1974, 1984; Баденков, Пузаченко, 1978; Боков 1992,1995; Швебс,1993; Мельник, Миллер, 1993; Кукурудза та ін., 1995; Пристер та ін., 1998; Волошин, 1998; Шищенко та ін., 2000; Джонсон, Бреттони, 1978 та ін.). Що ж до моніторингу несприятливих природних процесів, як однієї з складових частин контролю навколишнього середовища, то таких праць дуже мало (Молодих, 1993; Соломатин, Рудько, 1990; Рудько, 1996 та ін.).

На значення інформаційних технологій для розв'язання складних географічних проблем конструювання навколишнього середовища, раціонального природокористування вказували Л.Г.Руденко, В.С.Чабанюк, Г.І.Швебс, В.С.Давидчук, А.А.Светлічний, І.Г.Черваньов, А.М.Трофімов, М.В.Панасюк, А.В.Кошкарьов, В.П.Каракін та ін.

У законі України “Про концепцію національної програми інформатизації” від 4.02.98 р. № 75/98-ВР серйозна увага приділяється питанням моделювання надзвичайних ситуацій (НС), в тому числі й природного характеру. Загалом, більшість НС в Криму має локальний характер, що зумовило розробку системи моніторингу локального рівня організації.

Використання ГІС-технологій, як інструмента для розв’язання основних завдань, що стоять перед системою моніторингу, набуває важливого значення. Вони забезпечать можливість аналізу моніторингових даних в різних режимах: модельному, експертному і довідковому, що вельми утруднено при традиційному опрацюванні інформації. Однак потрібно зазначити, що більшість наявних систем моніторингу, особливо на локальному рівні, досить слабо використовують сучасні інформаційні технології, тому в роботі зроблена спроба заповнити частково цей пропуск.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Даний напрям досліджень узгоджується з проектом Державного комітету з науки і техніки України “Збереження тваринного і рослинного світу України” і передусім з підпрограмою “Розвиток регіональних рекреаційних зон Україні” (1996) і темами: “Геоекологічні та соціально-економічні дослідження природних і господарських систем Криму, суміжних територій і акваторій" (1999), “Оцінка стану природно-ресурсного потенціалу України на основі географічних інформаційних систем (ГІС) " (1998), а також з програмою Ради Міністрів Автономної Республіки Крим зі створення Єдиного республіканського цифрового територіального кадастру (1995).

Мета і задачі роботи. Мета дослідження складається в фізико-географічному обгрунтуванні і розробці проекту локальної системи моніторингу для боротьби з несприятливими природними процесами на прикладі південно-східного Криму. Для досягнення поставленої мети вирішени наступні основні задачі:

1. Встановити методологічні основи фізико-географічного обгрунтування локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів.

2. Виявити особливості формування і розвитку несприятливих природних процесів в південно-східному Криму і дати рекомендації з їх прогнозу і заходів боротьби на основі прикладних комп'ютерних програм і ГІС-технології.

3. На основі ландшафтної таі компонентних карт проаналізувати наявну систему спостережень і систему, що існувала раніше, та обгрунтувати схему оптимальної структури спостережливої мережі об'єктів моніторингу.

4. Продемонструвати на конкретних прикладах переваги використання геоінформаційних технологій для оптимального функціонування системи моніторингу.

Об'єктом дослідження є гірничо-прибережні курортно-рекреаційні комплекси південно-східного Криму, в межах яких розвинені несприятливі природні процеси, зокрема басейн ріки Ворон, вибраний як базовий модельний басейн. Предметом є локальна система моніторингу несприятливих природних процесів в південно-східному Криму.

Методи дослідження. При проведенні дослідження були використані наступні методи: польових ландшафтних досліджень, порівняно-аналітичний, картографічний, комп'ютерного моделювання і картографування, геоінформаційної технології, статистичного аналізу.

Дисертація виконана на основі аналізу фондових матеріалів Кримського центра з гідрометеорології і Кримської селестокової станції (1966-2000). Крім того, використані матеріали польових експедиційних і стаціонарних спостережень відділу карстології та селей Інституту мінеральних ресурсів (1961-1974), режимні спостереження на стаціонарі “Ворон" Ялтинської гідрогеологічної та інженерно-геологічної партій, наукові звіти Таврійського національного університету ім. Вернадського (1963-2000).

Наукова новизна. Уперше на локальному рівні виконане фізико-географічне обгрунтування системи моніторингу несприятливих природних процесів на рекреаційних гірничо-прибережних територіях південно-східного Криму. Розроблені основні теоретичні принципи і науково-методичні підходи, концептуальна схема і теоретична модель локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів.

Уперше на ландшафтній основі запропоновані шляхи створення локальних систем моніторингу несприятливих природних процесів в Гірському Криму. Визначені деякі нові закономірності поширення і розвитку несприятливих природних процесів. Виявлена роль антропогенного впливу в інтенсифікації несприятливих природних процесів південно-східного Криму. На ландшафтній основі розроблена система заходів боротьби з несприятливими природними процесами, що включає організаційно-господарські, лісомеліоративні, гідротехнічні заходи.

Запропоновано проект репрезентативного розміщення спостережливої мережі на території базового модельного басейну ріки Ворон.

Уперше для локального рівня несприятливих природних процесів на рекреаційних гірничо-приморських територіях запропоновано проект системи моніторингу. Розроблено структуру геоінформаційної системи (ГИС) для цілей моделювання несприятливих природних процесів, орієнтовану на практичні запити органів регіонального управління.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Отримані науково-практичні результати дисертації обґрунтовані великим фактичним матеріалом 38-літих режимних спостережень, компонентних зйомок та ландшафтної карти автора. Усі фактичні матеріали були систематизовані та згруповані у базі даних в три підсистеми: карти та знімки, дані спостережень, база знань, що значне полегшує здіснення моніторингу несприятливих природних процесів. Аналіз великого об’єму якісних та кількісних показників за допомогою автоматизованого картографування та математичного моделювання дозволили отримати більш обґрунтовані і деталізовані результати. .

Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати дають можливість перенести в практичну площину питання організації систем моніторингу несприятливих природних процесів і підвищити ефективність природокористування в південно-східному Криму.

Отримані автором результати використані під час виконання тем: “Наукові основи підвищення ефективності, освоєння і охорони курортно-рекреаційних гірничо-прибережних територій" № 85/93 (1996) по проекту Державного комітету з науки і техніки України 02.04.02 і “Геоекологічні та соціально-економічні дослідження природних і господарських систем Криму, суміжних територій і акваторій" № 01984005719 (1999), яка проводиться в науково-дослідному комплексі Таврійського національного університету за лінією Міністерства освіти і науки України.

Отримані автором результати передані в Єдиний республіканський цифровий територіальний кадастр (ЄРЦТК) і Держкомітет з охорони навколишнього середовища і природних ресурсів АР Крим.

Апробація результатів дисертації. Матеріали і висновки обговорено на міжнародній науковій конференції “Проблеми формування екологічного світогляду" (Сімферополь, 1997), на міжнародній конференції “Глобальна система спостережень Чорного моря: фундаментальні та прикладні аспекти” (Ялта, 1999), на міжнародній конференції “Тектоніка і корисні копалини Азово-Чорноморського регіону” (Сімферополь, 2000), на VIII з'їзді Українського географічного товариства (Луцьк, 2000), на науково-практичному семінарі “Статистичний моніторинг екологічного стану регіону, галузі" (Житомир, 1997), на науково-практичній конференції “Екологічна освіта і виховання як основа побудови суспільства ноосферного типу" (Сімферополь, 1997), на науково-практичній конференції “Актуальні проблеми бальнеогрязелікування" (Євпаторія, 1997), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Таврійського національного університету (1996-2000).

Особистий внесок здобувача. Теоретико-методологічні і методичні розробки, пов'язані з фізико-географічним обґрунтуванням локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів розроблені автором особисто на основі польових обстежень і теоретико-методологічних узагальнень протягом 1996-2000 рр.

Закономірності розвитку несприятливих природних процесів виявлені автором шляхом польових рекогносцированих досліджень, узагальнень даних літературних джерел і використання прикладних комп'ютерних програм і потенціалу ГІС-технології.

Оцінка ефективності наявної системи спостережень і системи, що існувала раніше, зроблена особисто автором на основі складеної загальнонаукової карти ландшафту і схеми антропогенного використання території.

Проект локальної системи моніторингу для ключового басейну ріки Ворон розроблений особисто автором. Ним також розроблено зміст бази, що дозволяє оперативно вирішувати ряд довідкових, оцінних і прогнозних задач.

Публікації. З теми дисертації автором (самостійно або спільно з науковим керівником) опубліковано 13 статей, з них 4 в спеціалізованих наукових журналах.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, літератури (221 джерело), додатку. Загальний обсяг становить 221 сторінка, з яких 149 сторінок основного тексту. Робота містить 50 малюнків, 23 таблиці.

Автор висловлює вдячність за допомогу і підтримку протягом всієї роботи над дисертацією своєму науковому керівнику професору А.М.Оліферову, а також співробітникам регіонального управління Виконавчої дирекції програми по створенню ЄРЦТК за технічне і програмне забезпечення.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі роботи розглядається методологічне обґрунтування локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів.

Моніторинг несприятливих природних процесів розглядається нами як складова частина системи контролю за станом навколишнього середовища, орієнтована на збір і аналіз інформації про несприятливі природні процеси, виявлення причин виникнення, закономірностей розвитку, площ поширення; розробку прогнозу і системи заходів щодо запобігання їх шкідливому впливу; виявлення впливу діяльності людини на розвиток несприятливих процесів для раціонального природокористування.

Організація локальної системи моніторингу базується на наступних принципах: 1) комплексності - обхват моніторингом широкого спектра несприятливих природних процесів, чинників їх формування і розвитку; 2) безперервності моніторингової інформації - моніторинг несприятливих природних процесів повинен бути безперервним в просторі і часі; 3) адекватності, необхідності і достатності числа показників, що вимірюються для характеристики інтенсивності розвитку несприятливих природних процесів; 4) спостереження повинні провестися з урахуванням інерційності розвитку процесів; 5) інформативності забезпечення ідентичності результатів, отриманих в різних пунктах моніторингових спостережень, автоматизація збору, зберігання й обробки даних моніторингу; 6) оперативності спостережливої мережі – визначається часом надходження до користувача стандартної і екстремальної інформації про природні процеси;

Методологічну основу системи моніторингу несприятливих природних процесів складає сукупність наукових підходів: ландшафтного і бассейново-територіального.

У основу вивчення розвитку несприятливих процесів встановлені таксономічні одиниці крупномасштабної ландшафтної карти (М 1:25 000) – урочища, в межах яких можливо: 1) картування виявів сучасних природних процесів; 2) репрезентативній відбір площадок стаціонарів з урахуванням можливостей екстраполяції одержуваних даних; 3) прогноз розвитку процесів; 4) розробка системи заходів щодо боротьби з несприятливими природними процесами.

Використання річкового басейну як територіальної одиниці моніторингу дозволяє: раціонально розмістити спостережливу мережу (використовуючи його функціональну цілісність), здійснювати комплексність спостережень, забезпечити принцип створення єдиної спостережливої мережі, зменшити вплив відомчості, проводити спостереження за єдиними програмами і методиками.

При здійсненні моніторингу несприятливих природних процесів використовуються різні методи. Обробка і аналіз значних масивів моніторингової інформації вимагає широкого використання геоінформаційного методу. Оскільки ГІС можна розглядати як засіб машинного представлення даних і знань, то за методичну основу ГІС був вибраний напрям її побудови як інструментарія пізнання несприятливих природних процесів за допомогою засобів інформатики, що включає математичне моделювання і машинну графіку.

Закономірності формування і розвитку несприятливих природних процесів зумовлені фізико-географічними умовами території, хоча нерідко антропогенна діяльність стає могутнім чинником інтенсифікації процесів. У зв'язку з цим облік фізико-географічної складової при організації системи моніторингу передбачає розробку питань, пов'язаних з фізико-географічним обґрунтуванням даної системи.

Застосовано до моніторингу фізико-географічне обґрунтування можна визначити як важливий етап передпроектної розробки системи моніторингу, покликаний забезпечити збалансоване застосування традиційних методів отримання, опрацювання та використання географічної інформації і сучасних інформаційних технологій з метою ефективного застосування отриманих даних в практиці, для прийняття управлінських рішень, оптимізації природокористування.

Фізико-географічне обґрунтування локальної системи моніторингу включає розробку наступних питань: отримання географічних даних (вивчення об'єкта дослідження на компонентному і ландшафтному рівні); інформаційне забезпечення системи моніторингу (аналіз наявної системи пунктів спостережень, обґрунтування схеми оптимальної структури спостережливої мережі на ландшафтній основі з урахуванням схеми використання території, збір, первинна обробка даних моніторингу, інформування користувачів про несприятливі природні процеси); вибір програмного і технічного забезпечення моніторингу, що дозволяє найбільш ефективно аналізувати дані, моделювати і прогнозувати розвиток несприятливих природних процесів на ландшафтній основі; визначення шляхів використання моніторингової інформації (організаційно-прикладний аспект).

У другому розділі розглядаються особливості формування та розвитку несприятливих природних процесів в південно-східному Криму.

Комп'ютерний аналіз компонентних, ландшафтної карт і електронних таблиць, а також розгляд результатів стаціонарних і експедиційних досліджень показали, що фізико-географічні умови і антропогенна діяльність в досліджуваному районі сприяють виникненню і інтенсифікації несприятливих природних процесів. Це насамперед круті гірські схили, велика глибина горизонтального і вертикального розчленування, наявність гірських порід, що легко руйнуються (таврійський і титонський фліш), проходження рідких інтенсивних злив, наявність значних площ надзмитих ґрунтів, а також знищення рослинності внаслідок вирубки і випасу.

Об'єктивна оцінка ураженості південно-східного Криму несприятливими природно-антропогенними процесами була дана нами на основі застосування кількісних і якісних показників. Коефіцієнт селеносності склав для басейну ріки Ускут - 0,79, Арпат - 0,75, Шелен - 0,78, Ворон - 0,88 і Ай-Серез - 0,89; за густиною мережі селевих русел, повторюваності селей і обсягам одноразових виносів уламкового матеріалу виявилася значна міра селевої небезпеки досліджуваного регіону. Інтенсивній ерозії схильні 55,3% площі, висока міра горизонтального розчленування спостерігається на більшій частині площ басейнів. Для Ускутсько-Арпатського дільниці переважаючі значення коефіцієнта густини ерозійного розчленування складають від 8 до 16 км/км2 (до 45% площі), в межах басейну ріки Ворон - від 5 до 7 км/км2 (до 80% площі). Коефіцієнт майданної ураженості обвально-осипними процесами складає для басейну ріки Ворон - 0,15, для Ай-Серез - 0,21, для Ускут - 0,373, для Арпат - 0,17, для Шелен - 0,29. Коефіцієнти майданної ураженості і частоти обвалів для басейну ріки Ворон склали відповідно - 0,011 і 0,2; для ріки Ускут - 0,013 і 1,003; для яру Ставлухар (басейн ріки Ускут) - 0,27 і 17,84. Така висока насиченість руйнівними природно-антропогенними процесами обумовила необхідність створення системи моніторингу, орієнтованої на практичні запити органів регіонального управління.

При характеристиці вивітрювання і склонового змива були використані публікації О. А. Клюкіна, В. В. Корженевського, А. В. Лущика, В. Є. Суловського і зроблена спроба доповнити їх за допомогою методів комп'ютерної технології.

При аналізі даних по міжрічний мінливості процесу вивітрювання і метеорологічних чинників отримана графічна залежність між величиною вивітрювання, кількістю переходів температури через нуль градусів Цельсія і показником Фурнера, який визначається як відношення квадрата кількості опадів найбільш дощового місяця до середньорічних. Виявлено, що підвищені величини вивітрювання відзначені в роки з високим показником Фурнера (1977, 1982, 1991). Зі збільшенням показника Фурнера і числа переходів температури через нуль градусів Цельсія вивітрювання зростає. Більш інтенсивно процес вивітрювання проходить на південних і південно-східних схилах, на які доводиться 27 % площі досліджуваного басейну, що пояснюється більшою контрастністю температурного режиму, а зі збільшенням крутості схилу інтенсивність вивітрювання зростає.

Аналіз даних, отриманих методом мікронівелювання профілів, показав, що до найбільш інтенсивного площинного змива схильні схили, складені верхньоюрськими флішовими породами (середня багаторічна швидкість змиву досягає 4,1 мм). Трохи менше схильні до змиву схили, складені таврійським флішем (3,2 мм). За період спостережень з 1976 по 1993 рр. найбільші значення площинного змиву відзначені в роки з високими значеннями вивітрювання та в подальші (1979, 1981, 1982, 1985, 1992) роки. Найбільш інтенсивний площинний змив спостерігається весною і літом, що пов'язано зі зливовим режимом осадків, що випали, і чергуванням дощових і посушливих періодів, з високими температурами повітря і гірських порід, що сприяє формуванню розсипчастоуламкового матеріалу на схилах. Випадання значних осадків декілька років підряд обумовлює зменшення площинного змиву, що пов'язано з дефіцитом розсипчастоуламкового матеріалу на схилах. Вплив експозиції на величину змива відбивається непрямо, тому що більш інтенсивний процес вивітрювання на південних і південно-східних схилах створює більший запас сипкого матеріалу.

При розгляді селевиявів за останні 15 років з урахуванням нових положень у селезнавстві нами виявлено, що в досліджуваному районі переважають селеві паводки - проміжна між селем і паводком форма потоку. Порівняння параметрів селей за останні роки в Південно-східному Криму, Карпатах і гірських районах СНД показало, що потужність селей в досліджуваному регіоні трохи нижче. Однак руйнівність селей незалежно від зниженої щільності в Південно-східному Криму досить значна, це пов'язано з тим, що руйнування зазнають дорогоцінні виноградники, дороги, гідротехнічні споруди. Спостереження за останні роки підтвердили проходження селей тих же типів, що відмічалися і раніше (водно-щебеневі і водно-мілкоглибові з турбулентним характером режиму). Переважали селі протягом теплого періоду року.

Зроблена оцінку міри антропогенної порушеності досліджуваного району. Були оцінені окремі види антропогенних навантажень: демографічна, аграрна, промислова, інфраструктурна і рекреаційна, що виникають внаслідок господарської діяльності. Аналіз отриманої інформації дозволяє зробити висновок про те, що ерозія, обвали і селеві паводки в досліджуваному районі посилюються антропогенною діяльністю.

У третьому розділі розглядається географічне обґрунтування локальної системи моніторингу несприятливих процесів у південно-східному Криму.

При розробці проекту системи моніторингу враховувалися основні географічні особливості досліджуваної території - невеликий розмір, сильно перетнений рельєф, широкий розвиток і взаємообумовленість ерозійних, гравітаційних процесів, селевих явищ. Це визначило такі властивості створюваної системи, як локальний рівень представлення даних, в якому особливе місце належить інформації про рельєф території. Динамізм протікаючих процесів робить необхідним регулярне оновлення бази просторової інформації. Важливим чинником є добра вивченість території і наявність значного числа картографічних матеріалів різної тематики. За ключову дільницю для створення системи моніторингу вибрано басейн ріки Ворон, що є типовим для регіону досліджень, який відповідно до розробок П.Г.Шищенко, Л.Л.Малишевой та ін. (2000) доцільно визначити як “базовий модельний басейн”.

Основою для організації системи контролю за розвитком несприятливих природно-антропогенних процесів послужила загальнонаукова крупномасштабна ландшафтна карта, складена для базового модельного басейну (рис 1). Площа басейну ріки Ворон невелика, тому зональні відмінності в ландшафтній структурі значно не виявляються. Найбільш значна просторова диференціація пов’язана з висотою над рівнем моря, похилами поверхні, експозиційними відмінностями та відмінностями між вододільними просторами та ерозійними врізами. Враховуючи висоту над рівнем моря, були виділені ландшафтні пояси: дубових і змішаних широколистяних лісів з бурими гірничо-лісовими ґрунтами (від 900 до 700 м), дубових і соснових лісів в комплексі з кущовими чагарниками типу шибляк з коричневими гірськими слабкогумусованими щебнисто-важкосуглинистими легкоглинистими грунтами (від 250 до 700 м), пояс дубово-фісташкових лісошибляків, можжевелових рідколісь у комплексі з фриганоїдними степами на щебнистих коричневих грунтах (від 0 до 250 м). Площа району розташовується в двох генетично різних ландшафтах. Переважаюча частина басейну 60,2% (31,2 км2) знаходиться в межах ландшафту глибоко розчленованого середнегір’я, складеного верхньоюрськими породами, і 39,8% або 20,8 км2 площі басейну знаходиться в межах ландшафту ерозійно-денудаційного низькогір’я, складеного флішем таврійської серії і середньої юри. Усього на ландшафтній карті виділено 40 видів урочищ, які належать до наступних основних типів: водороздільні, схилів різної крутості, ярів, балок і річкових долин.

Проведено оцінку наявної системи спостережень і системи, яка існувала раніше, в базовому модельному басейні. За тематичною спрямованістю в межах водозбору здійснюються гідрологічні, метеорологічні, геодинамічні, грунтові, геоботанічені та ландшафтні спостереження. За просторовою віднесеністю виділяються спостереження на "точках" всередині водозбору і спостереження на гідрометричних спорудах. За тимчасовими масштабами здійснювані спостереження відносяться до епізодичних і періодичних (стаціонарних). Оцінюючи параметричний склад спостережень, потрібно зазначити, що, незважаючи на численні види спостережень, вони не охоплюють усієї ландшафтної різноманітності регіону дослідження. Крім того, відсутність автоматизації збору, зберігання, обробки даних моніторингу значно знижує оперативність функціонування системи, утрудняє процес доставки користувачеві стандартної і екстремальної інформації, що в свою чергу робить неможливим управління розвитком несприятливих природних процесів і призводить до виникнення надзвичайних ситуацій, пов'язаних з активізацією процесів.

Планована структура спостережень у межах досліджуваного району визначається, передусім, переліком розв’язуваних завдань: спостереження за несприятливими природними процесами, особливостями їхнього формування і розвитку з урахуванням ландшафтних особливостей, впливу антропогенної діяльності на посилення і ослаблення розвитку процесу і екстраполяцію отриманих даних на території, для яких природні умови будуть представницькими (рис. 2).

Для отримання метеорологічної інформації планується використати дані з температурного режима, атмосферного тиску, радіаційних характеристик метеостанцій. Враховуючи, що опади сильно міняються по площі, будуть використані дані, отримані по опадомірам, що знаходиться на водомірних постах, і відомості по сумарним опадомірам. Потрібно поставити сумарні осадкоміри в урочищах на висоті 250, 200, 150, 100 м над р. м. Крім даних точкових спостережень необхідно використати супутникові матеріали, що дають можливість отримувати відомості по метеорологічних полях.

У межах водозбору ріки Ворон є чотири водомірні пости. Всі вони розташовуються в межах одного ландшафту і враховують стік тільки з верхньої залісеної частини басейну. Виходячи з ландшафтно-морфологічних умов басейну ріки Ворон, водомірні пости слід розташувати інакше, додавши водомірний пост в гирлі ріки, де умови формування стоку істотно відрізняються.

Облікові площадки мікронівелювання та облікові площадки для визначення швидкості вивітрювання розташовуються у верхній і середній течії ріки Ворон в межах урочищ, складених таврійським і титонським флішем. Необхідно скоротити кількість площадок на фліші, охопивши спостереженнями урочища, розташовані в межах вапняків, конгломератів, глинистих сланців.

Спостереження на морфостворах проводилися в межах балок Шкільної і Скелястої, які є характерними для ландшафту глибоко розчленованого середнегір’я, складеного верхньоюрськими породами, і не представницькими для ландшафту ерозійно-денудаційного низькогір’я, складеного флішем таврійської серії і середньої юри. Необхідно закласти морфоствори в межах балки “Оленячий яр”, що є типовою в межах ландшафту ерозійно-денудаційного низькогір’я, складеного флішем таврійської серії і середньої юри.

Аналіз результатів багаторічних спостережень і методики їх отримання дозволили виявити ряд недоліків в роботі наявної спостережливої мережі і виробити ряд пропозицій з її технічного перевлаштуванню і модернізації.

Аналіз ландшафтної структури території свідчить про віднесеність несприятливих природних процесів до тих або інших морфологічних одиниць ландшафту. Крім того, характерною особливістю несприятливих природних процесів є їхня взаємообумовленість і динамічний взаємозв'язок. Отримана інформація знайшла відображення на спеціальній карті поширення несприятливих природних процесів, на якій показані ландшафтні комплекси більш великого розміру, до яких приурочені за своїм поєднанням і інтенсивністю несприятливі природні процеси.

У четвертому розділі розглядається досвід використання геоінформаційної технології при розробці локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів.

При розробці системи моніторингу за допомогою геоінформаційної технології нами були вирішені наступні задачі: 1) формалізації даних моніторингу; 2) визначення необхідних технічних засобів; 3) вибір програмного забезпечення; 4) створення баз даних; 5) аналізу даних моніторингу.

Детально розроблено зміст баз даних, об'єднаних в три підсистеми. Запропоновано прийняти для потреб моніторингу несприятливих природних процесів як базові програмні продукти MapInfo і ArcView. Вибір двох базових програм забезпечив використання векторно-метричних особливостей перетворень і аналізу MapInfo та універсального растрового просторового аналізу в ArcView. Крім того, поява додаткових програмних модулів для ArcView дозволила розширити можливості аналізу просторової інформації.

Працюючи з картографічним блоком, за допомогою геоінформаційних технологій користувач може: 1) суміщати на дисплеї декілька тематичних карт в будь-якій комбінації; 2) редагувати і коректувати наявні тематичні карти і створювати нові; 3) масштабувати (збільшувати) довільні дільниці карти з метою їх більш детального вивчення; 4) створювати географічні вибірки по тематичних шарах; 5) отримувати різноманітну інформацію з бази даних по об'єктах, якими цікавиться; 6) здійснювати імітаційне моделювання і просторовий аналіз тощо.

Працюючи з підсистемою “дані спостережень” і “база знань” користувач може: 1) занести в базу нові дані; 2) створювати і знищувати таблиці; 3) додавати рядки і стовпці до раніше створених таблиць; 4) створювати і знищувати індекси; 5) визначати і відміняти представлення збережених даних; 6) відображати інформацію в формі динамічних графіків і гістограм, аналітичних тематичних карт по окремих показниках, тимчасових зрізах тощо.

Завдяки використанню геоінформаційних технологій як інструмента для аналізу моніторингових даних було вирішено ряд конкретних завдань. За допомогою внутрішніх вбудованих функцій ArcView і модулів ArcView Spatial Analist, ArcView 3D Analist була побудована цифрова модель рельєфу басейну ріки Ворон, яка послужила основою для побудови карт кривизни земної поверхні, крутості земної поверхні і експозицій схилів.

Для виявлення залежності розвитку несприятливих природних процесів від кількісних характеристик рельєфу були побудовані карти горизонтального і вертикального розчленування рельєфу. Основою для розрахунку параметрів розчленування рельєфу послужила карта мікроводозборів і ліній стоку, для побудови яких використовувалося розширення Hydrologic modeling v1.1.

При аналізі динаміки несприятливих природних процесів за допомогою Arc View і модуля Arc View Spatial Analist були розраховані середньобагаторічні, максимальні і мінімальні значення змиву і вивітрювання для кожної площадки за весь період спостережень. Крім того, для оцінки інтенсивності процесу вивітрювання (змиву) по площадках були визначені відхилення швидкості вивітрювання (змиву) від середньобагаторічного значення швидкості.

Для розрахунку параметрів твердого стоку для зони фліша була складена карта кутів нахилу схилів, що дозволяє точно визначити площі рівноуклонних зон. Для виділення дільниць, складених флішовими породами використовувалася геологічна карта басейну ріки Ворон. Для визначення інтенсивності площинного змива в межах рівноуклінних зон дані площадок було осереднено і обчислено середньобагаторічні, максимальні та мінімальні значення змиву для кожної зони. Крім того, були розраховані середньобагаторічні, максимальні, мінімальні значення змиву по сезонах і місяцях для кожної рівноуклінної зони.

ВИСНОВКИ

1. Фізико-географічне обгрунтування локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів містить розробку наступних питань: отримання географічних даних (вивчення об'єкта дослідження на компонентному і ландшафтному рівні); інформаційне забезпечення системи моніторингу, вибір програмного і технічного забезпечення моніторингу, що дозволяє найбільш ефективно аналізувати дані, моделювати і прогнозувати розвиток несприятливих природних процесів на ландшафтній основі; визначення шляхів використання моніторингової інформації.

2. Методологічну основу системи моніторингу несприятливих природних процесів складає сукупність наукових підходів: ландшафтного і басейново-територіального. У основу вивчення розвитку несприятливих процесів покладені таксономічні одиниці крупномасштабної ландшафтної карти урочища. У методичному плані для здійснення моніторингу несприятливих природних процесів використовуються різноманітні методи, особлива роль серед яких належить геоінформаційному і картографічному.

3. Розрахунок коефіцієнтів поразки території селевими паводками, ерозією, обвально-осипними процесами, обвалами і т.д., виявив значне поширення несприятливих процесів в досліджуемом районі. Останнє зумовлює необхідність створення локальної системи моніторингу несприятливих природно-антропогенних процесів. Сукупний аналіз ландшафтної карти та карти несприятливих процесів виявив річ окремих типів процесів к визначеним морфологічним одиницям ландшафту.

4. Проведено оцінку наявної системи спостережень і системи, що існувала раніше в басейні ріки Ворон. Аналіз ландшафтної карти території показує, що наявна режимна мережа спостережень в басейні ріки Ворон не повністю враховує природні відмінності території і потребує оптимізації. Розроблено на ландшафтній основі і з урахуванням антропогенного використання території проект репрезентативного розміщення спостережливої мережі на території базового модельного басейну ріки Ворон.

5. Розроблено проект локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів, що складається з наступних блоків: організаційного і інформаційного забезпечення; інформаційної системи; потенційних користувачів системою. Детально розглянуто зміст бази даних, що складається з трьох підсистем (карти і знімки; дані спостережень; база знань). Для потреб моніторингу несприятливих природних процесів були використані у якості базових програмні продукти MapInfo і ArcView.

6. Використання геоінформаційних технологій як інструмента для моніторингових досліджень дозволило вирішити наступні задачі: довідково-інформаційні (зберігання інформації в базах даних, витягання інформації з метою отримання порівняльних оцінок); картоукладацькі та графопобудовчі роботи (складання карт і схем умов і чинників формування, інтенсивності несприятливих природних процесів і т.д.); математичне, концептуальне та імітаційне моделювання (поєднання різних карт умов і чинників, прогнозна оцінка несприятливих природних процесів і т.д.).

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Олиферов А.Н., Огородник И.Н. Обоснование локальной геоинформационной системы “Бассейн р. Ворон”// Ученые записки Симферопольского государственного университета. - 1997. - № 3(42). - С 68-73.

2. Огородник И.Н. Проект локальной геоинформационной системы в юго-восточном Крыму // Культура народов Причерноморья. - 1997. – № 2. – С. 64-67.

3. Огородник И.Н., Олиферов А.Н. Содержание файла “Абразия и пляжи” локальной геоинформационной системы // Труды института детской курортологии и терапии. Раздел III Грязевые и бальнеологические ресурсы. - 1997. - Вып.5. - С.113-114.

4. Огородник И.Н. Локальная система мониторинга геодинамических процессов. // Матеріали науково-практичного семінару “Статистичний моніторинг екологічного стану регіону, галузі”. – К. - 1997. - С. 68-73.

5. Огородник И.Н. Использование ГИС в природопользовании и охране окружающей среды. // Труды международной научной конференции “Проблемы формирования экологического мировоззрения”. - Симферополь, 1998. - С. 208-209.

6. Огородник И.Н. Разработка локальной геоинформационной системы мониторинга в юго-восточном Крыму // Природа. – 1998. – № 1-2. – С. 9-10.

7. Огородник И.Н. База данных локальной геоинформационной системы “Бассейн реки Ворон” // Ученые записки Симферопольского государственного университета. – 1998. – № 6(45). – С. 21-25.

8. Огородник И.Н. Электронный атлас малой реки Крыма. // Строительство и техногенная безопасность // Сб. научн. трудов Крымского института природоохранного и курортного строительства. — Симферополь: Таврия, 1998. - С. 66-71.

9. Олиферов А.Н., Огородник И.Н. Опыт использования геоинформационной технологии при разработке локальной системы экологического мониторинга в Крыму // Ученые записки Таврического экологического института. - 1999. - Вып. 1. - С. 26-43.

10. Огородник И.Н. Ландшафтные исследования в малом речном бассейне Крыма для целей мониторинга неблагоприятных природных процессов // Ученые записки Таврического Национального университета. – Т. 12. – 1999. - № 1.- С.45-51.

11. Олиферов А.Н., Огородник И.Н. Научные основы создания локальной системы мониторинга неблагоприятных природных процессов в Крыму // Труды международной научной конференции “Тектоника и полезные ископаемые Азово-Черноморского региона”. – Гурзуф. - 1999. – С. 41-42.

12. Огородник И.Н. Прибрежная локальная система мониторинга в юго-восточном Крыму // Глобальная система наблюдений Черного моря: фундаментальные и прикладные аспекты // Сб. научн. тр. НАН Украины. – Севастополь: МГИ, 2000. – С. 87-91.

13. Оліферов А.М., Огородник І.М. Про локальну систему моніторингу у Криму. // Матеріали VIII з’їзду Українського географічного товариства “Україна та глобальні процеси: географічний вимір”. – Луцьк. - 2000. – С.131-133.

Анотація

Огородник І.М. Фізико-географічне обґрунтування локальної системи моніторингу несприятливих природних процесів (на прикладі південно-східного Криму). – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата географічних наук з спеціальності 11.00.01 – фізична географія, геофізика та геохімія ландшафту. – Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, Сімферополь, 2001.

Розроблені теоретико-методологічні основи фізико-географічного обґрунтування локальної системи моніторингу несприятливих природно-антропогенних процесів, яка пройшла апробацію у південно-східному Криму. Пропонується в якості методологічної основи системи моніторингу використовувати сукупність наукових підходив – ландшафтного та басейново-териториального. Розроблено проект та запропонована структура локальної системи моніторингу для ключової ділянки – басейна річки Ворон типового в досліджуємом районі. Здійснена оцінка ефективності системи спостережень і розроблені рекомендації по її удосконаленню враховуючи ландшафтні особливості та антропогенне навантаження. Визначенні особливості формування та розвитку несприятливих природно-антропогенних процесів, розроблені рекомендації по їх прогнозу, засобам боротьби на основі прикладних комп’ютерних програм та ГІС-технології.

Ключові слова: моніторинг, локальна система моніторингу, фізико-географічне обґрунтування, несприятливі природні процеси.

Аннотация.

Огородник И.Н. Физико-географическое обоснование локальной системы мониторинга неблагоприятных природных процессов (на примере юго-восточного Крыма). – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.01 – физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов. – Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского, Симферополь, 2001.

Разработаны теоретико-методологические основы физико-географического обоснования локальной системы мониторинга неблагоприятных природных процессов. Это обоснование понимается как важный этап предпроектной разработки системы мониторинга, призванный обеспечить сбалансированное применение традиционных методов получения и использования географической информации и современных информационных технологий в целях эффективного применения полученных данных в практике, для принятия управленческих решений, оптимизации природопользования. Физико-географическое обоснование локальной системы мониторинга неблагоприятных природных процессов включает разработку следующих вопросов: получение географических данных (изучение объекта исследования на компонентном и ландшафтном уровне); информационное обеспечение системы мониторинга; выбор программного и технического обеспечения мониторинга, позволяющего наиболее эффективно анализировать данные, моделировать и прогнозировать развитие неблагоприятных природных процессов на ландшафтной основе; определение путей использования мониторинговой информации.

Предлагается в качестве методологической основы системы мониторинга неблагоприятных природных процессов использовать совокупность научных подходов: ландшафтного и бассейново-территориального. Разработанная методика прошла апробацию в Центральной части юго-восточного Крыма, где неблагоприятные природные процессы характеризуются массовостью распространения и значительной силой действия, взаимосвязаны и взаимообусловлены и наносят большой материальный ущерб народному хозяйству.

Компьютерный анализ электронных карт и электронных таблиц, а также рассмотрение результатов стационарных и экспедиционных исследований показали, что физико-географические условия и антропогенная деятельность в исследуемом районе, способствуют возникновению и интенсификации неблагоприятных природных процессов. Выявилось значительное поражение территории селевыми паводками, эрозией, обвально-осыпными процессами, оползнями и др. неблагоприятными процессами, что обусловило необходимость создания системы мониторинга. Произведена оценка существовавшей и существующей системы наблюдений в бассейне реки Ворон. Анализ ландшафтной карты территории показал, что существующая режимная сеть наблюдений в бассейне реки Ворон не полностью учитывает существующие природные различия и нуждается в оптимизации. Предложен на ландшафтной основе и с учетом антропогенного использования территории проект репрезентативного размещения наблюдательной сети на территории базового модельного бассейна реки Ворон.

Разработан проект локальной системы мониторинга для базового модельного бассейна реки Ворон, типичного для исследуемого района, состоящий из следующих блоков: организационного и информационного обеспечения; информационной системы; потенциальных пользователей системой. Подробно разработано содержание базы данных (логическая и физическая структуры), состоящей из трех подсистем (карты и снимки, данные наблюдений, база знаний). Сердцевину системы мониторинга неблагоприятных природных процессов образует картографический блок, состоящий из серии компьютерных карт, созданных при помощи инструмента геоинформационной технологии. Проанализировав возможности современных программных продуктов для решения задач мониторинга, в качестве базовых выбраны MapInfo и ArcView. Используя геоинформационные технологии, как инструмент мониторинга, был решен ряд научных и прикладных задач.

Ключевые слова: мониторинг, локальная система мониторинга, физико-географическое обоснование, неблагоприятные природные процессы.

Ogorodnik I.N. Physics-geographical substantiation of monitoring local system for unfavourable connatural processes (on an example of southeast Crimea) – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree by speciality 11.00.01 – physical geography, geophysics and geochemistry of landscapes. – Tavrida National University by name of Vernadsky V.I., Simferopol, 2001.

There were designed theoretical and methodological bases of physics-geographical substantiation of monitoring local system for unfavourable connatural processes, which has passed in Southeast Crimea. It is offered as a methodological bases of monitoring system to used aggregate of the scientific approaches – landscape (geosystem) and basin-territorial ones. The project was designed and the frame of monitoring local system for a key field – basin of the river Voron, typical area is offered. The estimation of effectiveness of an observant network is conducted and the advisories on its optimization with the count of landscape features of terrain and anthropogenic loads are worked out. The features of forming and development of unfavourable connatural processes are