31. Эколого-геологическое моделирование.

Эколого-геологическое моделирование. Содержание этого метода заключается в создании моделей состояния эколого-геологической системы той или иной территории и прогноза трансформации ее при реальных или возможных изменениях геологического компонента в процессе его взаимодействия с источниками воздействия как природными, так и техногенными. Конечная цель моделирования - прогнозная оценка последствий этих воздействий на литосферу и через нее - на биоту.

Моделирование является методом исследования практически любого научного направления. Требования к созданию при его реализации корректных моделей являются, по существу, общими. В то же время использование моделей » экологической геологии, учитывающих особенности проявления и изменения экологических функций литосферы, позволяет рассматривать моделирование в качестве специального метода этой науки.

В процессе эколого-геологического моделирования последовательно решаются. по М.Б.Куринову (1997), следующие группы задач:

создание моделей состояния эколого-геологической ситуации (системы) той или иной территории;

построение моделей прогноза изменения эколого-геологических условий при планируемых воздействиях;

разработка и выбор модели оптимальной, устойчиво развивающейся эколого-геологической системы территории;

корректировка постоянно действующей модели (ПДМ) устойчиво развивающейся эколого-геологической системы.

Метод эколого-геологического моделирования в равной мере может быть использован при изучении эколого-геологической системы разных типов: природных и природно-технических, реальных и идеальных. Он охватывает все многообразие эколого-геологических условий, обеспечивая создание моделей состояния (реальных) и прогноза (идеальных), и может характеризоваться как универсальный метод познания эколого-геологических систем. Характерной чертой метода является его био- и антропоцентрическая направленность - оценка воздействия "неживого" на "живое". Полученный в ходе его реализации результат требует своей экологической и социально-экономической оценки. Другими словами, метод моделирования позволяет оценить или предсказать эколого-геологическую ситуацию изучаемой территории или литосферного блока, но не дает оценки прямой экологической оптимальности этой ситуации.

Метод эколого-геологического моделирования является важным звеном эколого-геологического мониторинга и корректировки ПДМ. Эколого-геологическая модель действует в системе мониторинга постоянно, а не связана с решением разовой целевой задачи. Кроме того, следует учитывать, что ПДМ практически единственный и наиболее часто реализуемый способ совершенствования системы управления рационального природопользования.

В практике эколого-геологического моделирования применяются различные типы моделей: вербальные, знаковые (картографические), физические (аналоговые) и математические, т.е. комплекс традиционных методов моделирования. Выбор конкретного метода обусловливается спецификой информационной базы, задачами исследования, а также возможностями их финансирования.

В последние годы в связи с расширением возможностей вычислительной техники все большее распространение получает детерминированное и вероятностное моделирование с помощью ЭВМ. Детерминированные модели основаны на установленных функциональных связях между зависимыми переменными (функциями) и аргументами. В рамках детерминированного моделирования применяются методы конечных элементов, конечных разностей и др.

При моделировании миогофакторных процессов в верхних горизонтах литосферы в связи с отсутствием строгих математических описаний этих процессов используется математический аппарат теории вероятностей и математической статистики. 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 объектов литосферы. В принципе любая детерминированная модель, используемая при эколого-геологическом мониторинге, становится вероятностной, если в нее вводится какая-либо случайная компонента, обусловленная не предсказуемой точно функцией многих переменных.

Особым, специальным видом моделирования в экологической геологии является создание моделей устойчиво развивающихся эколого-геологических систем территории. Такие модели относятся к классу ПДМ, параметры которых постоянно уточняются в ходе эколого-геологических исследований, как уточняются и эколого-геологические прогнозы.

Постоянно действующая эколого-геологическая модель - это система упорядоченно-взаимосвязанных, постоянно уточняющихся во времени и пространстве данных о состоянии эколого-геологических условий, трансформированная в логическое, картографическое или математическое изображение для прогнозирования и управления. Основным назначением ПДМ является перманентное решение эколого-геологических задач, связанных с оценкой изменения (как природно, так и техногенно обусловленного) литосферы и ее компонентов, а также эколого-геологическим 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 модели устойчиво развивающейся эколого-геологической системы отнесли следующие позиции:

принцип целевого использования - природная среда должна использоваться на основе максимального раскрытия заложенных в ней полезных качеств. Выполнение этого принципа должно базироваться на предварительной оценке естественных ресурсов, включая экологические функции литосферы и их влияние на объекты социо- и техносферы;

принцип приоритетов при выработке эколого-экономической концепции развития региона - использование того или иного компонента среды не должно приводить к угнетению, деградации, уничтожению природных объектов, имеющих более высокий ранг качества. К сожалению, при любой антропогенной деятельности существующие экологические системы испытывают потери; задача заключается в том, чтобы приобретения компенсировали утраты;

принципы безопасности - техногенная, антропогенная деятельность при использовании 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 территориях, но определение допустимого уровня изменений геологического компонента природной среды при условии минимального экологического ущерба - задача весьма актуальная);

принцип сохранения уровня комфортности - техногенная, антропогенная деятельность при формировании новой или трансформации старой эколого-геологической 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 области геологии и экологии, но и политики, отстаивающие нередко свои конъюнктурные 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 определяются экологическая политика развития региона, режим использования конкретной территории. Решение этих вопросов лежит в области государственного администрирования. Подготовка же материалов для подобных решений должна включать рассмотрение и экологических проблем, связанных с возможными изменениями 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 зрения 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 среды, техносферы, социосферы, биосферы, прогнозов изменения эколого-геологической ситуации, т.е. построение самой адаптивной модели оптимальной устойчиво развивающейся эколого-геологической системы. На начальном этапе схематизации информации она будет иметь основные черты, присущие структурным моделям, а на выходе должна, если это окажется возможным, трансформироваться в физическую, математическую модели. Построенная таким образом модель подлежит непрерывной корректировке, сопоставлению с развитием ситуационных отношений на моделируемой территории.

Проблема корректировки прогностической модели оптимальной устойчиво развивающейся системы может быть решена при условии непрерывного поступления информации о состоянии объектов литосферы, техносферы, био- и социосферы; постоянного уточнения частных прогностических решений. Это движение информации, с позиций моделирования, представляет взаимозависимый процесс при котором общее моделирование эколого-геологической системы и частное, касающееся отдельных элементов ее, должны двигаться навстречу друг другу, с одной стороны корректируя частные модели в их связи с общей экологической обстановкой, а с другой - конкретизируя общие модели, как правило, страдающие излишней абстрагированностью от многих немаловажных факторов реальной эволюции среды. Решение подобных проблем выполняется в процессе эколого-геологического мониторинга.