Системообразующая роль водного фактора в развитии и функционировании природно-антропогенных комплексов :



  • Название:
  • Системообразующая роль водного фактора в развитии и функционировании природно-антропогенных комплексов
  • Кол-во страниц:
  • 1
  • ВУЗ:
  • МГИУ
  • Год защиты:
  • 2010
  • Краткое описание:
  • 1. Введение 4

    2. Методологическое обоснование решения проблемы 9

    2.1. Основы системной методологии 9

    2.2. Условия применения системной методологии 16

    2.2.1. Основные понятия, принятые в системных исследованиях 16

    2.2.2. Разработка механизма системного исследования для Усть-Качкинского природно-антропогенного комплекса 19

    2.2.3. Наличие достоверной информации 24

    3. Комплексная характеристика района исследования 29

    3.1. Географическое и административное положение 29

    3.2. Социально-экономическая характеристика 31

    3.3. Физико-географическая характеристика (геологическое строение, рельеф, почвы, растительность, климат и микроклиматические особенности) 33

    4. Гидрологические особенности территории исследования 43

    4.1. Водные объекты Усть - Качкинского природно-антропогенного комплекса 43

    4.1.1. Водохранилище (участок Боткинского водохранилища) 43

    4.1.2. Реки (естественные, полупреобразованные, преобразованные) 48

    4.1.3. Заливы 55

    4.2. Исследование режима малых водных объектов территории 67

    4.2.1. Определение характеристик водного режима р. Качки 67

    4.2.2. Особенности водообмена в заливах 84

    5. Структурные изменения водного режима и особенности их проявления 94

    5.1. Современное состояние водных объектов 94

    5.2. Современное состояние прилегающей к водным объектам территории (сухопутной части природно-антропогенного комплекса) 105

    5.2.1. Переработка берегов водохранилища 105


    3

    5.2.2. Переработка берегов заливов 107

    5.2.3. Русловые процессы на р.Качке 114

    5.2.4. Подтопление 116 5.2.4.1 .Общие положения 116

    5.2.4.2. Процессы подтопления на территории заливов 131

    5.2.4.3. Подтопление в бассейне реки Осиновки 135 5.3. Состояние основных элементов природного комплекса 144

    5.3.1. Почвенный покров 144

    5.3.2. Геоботанический анализ состояния растительного покрова 147

    5.3.2.1. Лесопарковые, луговые и прибрежно - водные комплексы 154

    5.3.2.2. Рудеральные разнотравные группировки 161

    5.3.2.3. Фитоценозы долины реки Осиновки 162

    5.3.3. Основные элементы ландшафта 164 6. Общая характеристика современного состояння Усть-Качкинского

    природно-антропогенного комплекса 175

    6.1. Усть-Качкинская рекреационная зона на современном этапе развития 175

    6.1.1. Санаторно-курортное лечение и организованный отдых 179

    6.1.2. Коллективное садоводство и дачные кооперативы 180

    6.1.3. Неорганизованный отдых и туризм 181

    6.2. Мероприятия по обустройству курортной зоны п. Усть-Качка 182

    6.2.1. Функционально-планировочная организация рекреационных образований для еженедельного загородного отдыха 195

    6.2.2. Предложения по обустройству курортной зоны п. Усть-Качка 198

    6.3. Оценка степени преобразованности природных комплексов 202 Заключение 213 Литература 217
    Введение



    Глава 1. Вводная

    В период интенсивного создания крупных водохранилищ на реках в первую очередь необходимо было решить общие проблемы, связанные с из- менением естественного режима рек и воздействием новых водоемов на природу и хозяйство прилегающих территорий. В настоящее время на первый план выходят проблемы использования уже имеющихся водохранилищ для новых целей - строительства мостов, водозаборов, добычи песчано-гравийной смеси, рекреационного обустройства участков побережий, отдельных заливов и т.п.

    Особый интерес представляет решение этих задач для тех водохранилищ, где сильно изрезанна береговая линия, имеются многочисленные зали- вы в устьях притоков. Даже сравнительно простое по конфигурации Воткин-ское водохранилище имеет их достаточно много. На левом его берегу, в 70 км ниже г.Перми, расположено с, Усть-Качка, где разместился курорт федерального значения ОАО «Курорт Усть-Качка», который известен своими целебными свойствами вод минеральных источников. В силу сложившихся социально - экономических условий, эта здравница играет все возрастающую роль для лечения и отдыха населения. Рекреационное значение курорта выходит за пределы собственно курортной территории. Своеобразие же ее определяется наличием курорта, курортной зоны и остальной части, имеющей сельскохозяйственную специфику экономических, трудовых, экологических, социально-культурных и управленческих связей.

    В настоящее время этот природно-территориальный комплекс, обладающий не только лечебно — оздоровительной ценностью, но и эстетической привлекательностью, подвергается интенсивному антропогенному воздействию. Освоение земель вблизи п. Усть-Качка, увеличивающееся водопотреб-ление, вырубка лесов и т.д. привели к техногенным нарушениям природного комплекса. В целом антропогенная нагрузка пока не вызвала необратимых последствий, однако ее интенсификация может привести к превышению допустимых нагрузок на природную среду и, как следствие, ее деградации.

    5

    В процессе природопользования воздействие человека на природу может носить жесткий или мягкий характер (Н.Ф. Реймерс, 1990). В первом случае это приводит к цепной реакции, когда изменяется весь природный g^ комплекс и ухудшаются условия самого природопользования, а во втором — предоставляется право самой природе справиться с негативными воздействиями при помощи ее саморегулирующей способности. К сожалению, история развития природопользования исследуемой территории, свидетельствует о преобладании именно «жесткого» подхода. Так, опыт использования этой территории показывает, что зачастую технические мероприятия по ее обустройству проводились и проводятся без учета изменений природного процесса. Это и привело к негативным изменениям во всей системе.

    ф В последнее время проблема природопользования приобрела особо

    значимый характер. Это связано с необходимостью сохранения жизненно важных природных ресурсов. Все это имеет непосредственное отношение к общеглобальному процессу - переходу к устойчивому развитию. Решение региональных задач в контексте этой проблемы зависит от выбора объекта исследования, учета его индивидуальности при выявлении общих законов развития и функционирования, научной обоснованности результатов исследования сложных систем, к которым относится Усть-Качкинский комплекс. Существенен также методологический и методический подход к решению ** задач.

    В связи с этим, актуальность работы, ее научная новизна и практическая значимость заключаются в следующем:

    1. Обосновывается специфика применения системной методологии к изучению сложных природно-антропогенных комплексов.

    2. Анализируется степень воздействия различных факторов на развитие и функционирование природно-антропогенной системы Усть - Качки.

    3. Обосновывается ведущая роль водного режима в формировании и развитии природно-антропогенного комплекса исследуемого объекта.

    б

    4. Доказывается влияние характера водообмена в водных объектах территории на степень устойчивости природно-антропогенных комплексов.

    5. Впервые предлагается решение проблем сохранения природных ресурсов на территории природно-антропогенного комплекса Усть - Качкин-ской рекреационной зоны на основании поддержания благоприятного режима водных объектов и прилегающей местности.

    Основной целью работы является определение системообразующей роли водного фактора в структуре, развитии и функционировании природных, природно — антропогенных систем. Понятие «водный фактор» включает режим водных объектов, его изменения, элементы, определяемые с помощью гидрологических характеристик.

    В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:

    1. На основе систематизации имеющихся материалов дать комплексную характеристику природно-антропогенного комплекса рекреационной зоны курорта Усть-Качка.

    2. Применить принципы и механизмы системной методологии к решению проблем рационального использования и охраны водных и других ресурсов объекта изучения.

    3. Выявить особенности водного режима исследуемого комплекса;

    4. Определить основные характеристики водного режима, позволяющие оценить их как системообразующие для специфических частей сложной природно-антропогенной системы, разработать метод их оценки.

    5. Определить влияние изменения водного режима территории в условиях антропогенных воздействий на функционирование природно - антропогенного комплекса Усть-Качки.

    6. Произвести районирование территории по экологическим показателям.

    Базой для решения поставленных задач послужили материалы гидроэкологических, гидрохимических, микробиологических и геоботанических экспедиционных исследований, проводимых Кафедрой гидрологии и охраны

    7

    водных ресурсов ill У и Лабораторией комплексных исследований водохранилищ ЕНИ при 111 У, в период с 1995 по 2003 год, в которых автор принимал непосредственное участие в качестве исполнителя и соруководителя и фрагментарные публикации по отдельным вопросам

    Выполненные исследования являются началом мониторинга локально-регионального типа - по территории охвата и геоэкологического - по целевому назначению.

    Работа имеет практическое значение при планировании мероприятий, связанных с природопользованием в поселке и на курорте Усть-Качка. Она выполнялась при полной поддержке администрации поселка и курорта, за что автор выражает им особую благодарность.

    Основные защищаемые положения:

    1. Применение системной методологии, характеризующейся методическим единством выделения основных элементов и связей, позволяет составить структурно-функциональную схему исследования конкретной территории.

    2. Водный фактор имеет основное, системообразующее значение в функционировании и развитии природно-антропогенных комплексов.

    3. Водообмен небольших заливов водохранилища может быть определен как величина интенсивности изменения объема водной массы. Устойчивость водных природных систем зависит от степени водообмена и особенностей антропогенных воздействий.

    4. Мероприятия по охране и рациональному использованию природных ресурсов должны определяться особенностями сочетания экологических факторов и, в первую очередь, оценкой возможных изменений водного режима под влиянием антропогенных воздействий.

    Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на 6 конференциях: межвузовской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения» (Пермь, 1997,1998,1999); Международной научной конференции «Перспективы развития естественных

    8

    наук в высшей школе» (Пермь, 2000); Международной научно-практической конференции «География и регион IV. Гидрология и охрана водных ресурсов» (Пермь, 2002); Всероссийской конференции с участием специалистов из стран дальнего и ближнего зарубежья «Актуальные проблемы водохранилищ» (Ярославль, 2002). Результаты работы используются при выполнении хоздоговорных работ Лаборатории комплексных исследований водохранилищ Естественно-научного института ПТУ: «Разработка экологической тропы в окрестностях курорта Усть-Качка (проект)», 1998; «Оценка экологической обстановки на территории п.Усть-Качка и прилегающей местности», 1999; и выполнении исследований по гранту ФЦП «Интеграция 5.1-801. Экспедиционные исследования по оценке функционирования экосистем камских водохранилищ в условиях антропогенного изменения окружающей природной среды и организация постоянно действующего мониторинга», 1999-2001.

    По теме диссертации опубликовано 10 работ.

    Настоящая работа объемом 225 страниц содержит 157 страниц текста, 16 таблиц, 47 рисунков и 32 фотографии (все фотографии сделаны автором). Работа состоит из 6 глав, включая вводную, заключительной части и списка литературы из 98 наименований.

    9

    Глава 2. Методологическое обоснование решения проблемы

    2.1. Основы системной методологии

    Для современного развития общества характерен всеобщий общественный и научный интерес к проблемам окружающей среды. Особенно это касается вопросов создания, использования и изучения водохранилищ и прилегающей к ним территории. К настоящему времени накоплен достаточно объемный исследовательский материал, посвященный изучению отдельных водохранилищ, процессам формирования их водного режима, гидрофизического, гидрохимического и гидробиологического комплексов каждого в отдельности и во взаимосвязи между ними.

    До сего времени актуальными являются такие исследования водохранилищ, которые показали бы совокупность и многообразие процессов как внутри водоема, так и в системе водоем - территория, отразили бы их как на теоретическом уровне, так и в конкретных условиях. Нерешенность таких проблем до последнего времени связана как с отсутствием методологического и методического единства в изучении разнообразных процессов, так и исторически сложившимся различием познавательного аппарата разных наук. Поэтому получаемые результаты трудно сопоставимы по характеру определяемых параметров. Попытки привести все показатели к относительному ви- ду результативны лишь в частных, наиболее простых случаях: чем сложнее водоем, тем хуже результат.

    Решение проблемы научного обоснования методологических подходов и методик конкретных исследований возможно двумя путями. Один из них — эмпирический. Он заключается в обобщении частных методик на конкретных объектах, их совершенствовании и последующего синтеза на основе отбора наиболее общих признаков. Второй — теоретический, представляющий первоначальную «идеальную» модель методологических принципов, которая создана на основе каких-либо предельно - общих представлений и осуществляется с учетом реальных условий. Не отвергая первый путь, Девяткова Т.П.

    10

    (1997) считает наиболее приемлемым второй, т.к. «он должен позволить самую сложную проблему — увязки взаимосвязанных компонентов — решать автоматически на стадии выделения и постановки научно-исследовательских задач».

    Таким образом, суть проблемы - в создании структуры методологического знания на предельно общем уровне, который позволяет решать конкретные практические задачи. Однако методологическое знание может быть создано только на основе накопления фактических материалов. Создание методологии на уровне абстрактных логических конструкций нуждается в конкретном объекте. С одной стороны, этот объект должен обладать наибольшей степенью сложности, с другой — максимально возможным набором и объемом изученных (пусть даже обособленно) процессов. Именно к таким водным объектам можно отнести Камские водохранилища.

    В настоящее время все большее значение к изучению природных, социальных и других процессов приобретает системный подход.

    Девяткова Т.П. (1997) отмечает, что существуют различные подходы к изучению систем, а именно:

    1. Системный подход - принципы комплексного исследования объектов, составляющих в совокупности сложную динамическую систему. Он имеет качественно-структурный характер без четкого механизма применения, широко распространен в географии (Б.В. Сочава, К.Н. Дьяконов, А.Ю. Ретеюм, С.А. Двинских и др.). При общем признании значимости системного подхода, у исследователей - «системщиков» имеются весьма различные представления о его сущности и способах применения.

    2. Системный анализ — математическая теория систем, используемая при решении многих проблем при относительно произвольной постановке задач. Такой подход возможен при исследованиях водного, теплового, гидродинамического, гидрохимического режимов водных объектов и их систем (В.А. Знаменский, Н.В. Буторин, А.С. Литвинов, С.А. Поддубный и др.). Применение указанного метода может быть результативным лишь в частных

    11

    случаях, когда исследуемый процесс не зависит от внешних связей или осуществляется в условиях заданного режима функционирования.

    3. Системная методология применяется как к материальным объектам (например, территория), так и к процессам (например, движение воды) и имеет всеобщий характер. Она отражает общие законы диалектики и представляет выражение принципов и законов в виде однозначного механизма их применения от постановки задачи до ее решения, при этом дает возможность более обоснованного применения математического системного анализа (Б.В.Ряшко, К.А. Куркин, Т.П. Девяткова, С.А. Двинских).

    Для целей решения поставленных задач и с учетом имеющейся информации по характеру разнородных процессов наиболее приемлемым способом изучения систем является системная методология (СМ).

    Формой системно-методологического знания является структурно-функциональная схема, отражающая взаимосвязи на разных уровнях. Конструктивная особенность этой схемы — ее триадное выражение (тезис — антитезис — синтез). Диалектическая триада на уровне СМ имеет конкретное содержание. Это выражается в том, что в любой системе на каждом иерархическом уровне существуют три необходимых и достаточных части: 1) основная, выражающей функцию всей системы в системе более общего вида (надсисте-ме); 2) вспомогательная — диалектически противоположная основной части и 3) обеспечивающая их взаимодействие.

    На основе принятого в СМ языка исходных понятий полная информация о системе как определенной части более общей целостности должна представлять совокупность представлений о ее структуре, функционировании и развитии (рис. 2.1.).

    Структура выражает способ связи внутренних частей, элементов, сторон системы. Элементы и связи могут иметь как материальное, так и органи- зационное содержание. Связь между элементами выражается в существовании зависимостей. Взаимодействие между элементами обеспечивается понятием организация.

    12

    Систему понятий, характеризующих изменения свойств иерархически -целостной системы представляет пара функционирование — развитие.

    Функционирование выражает циклически повторяющийся процесс взаимодействия частей объекта в условиях неизменной (или заданной) структуры его внутреннего содержания. Процесс функционирования характеризуется взаимодействием основной, вспомогательной и обеспечивающей частей.

    Процесс развития проявляется во взаимодействии состояния функционирования; исходного (современного), идеального (принципиально - возможного) и необходимого (практически осуществимого).

    Информация о системе

    Структура

    Функционирование

    4

    ш U

    Развитие

    1 I

    S

    II

    о

    с о

    с о

    ев

    Рис. 2.1. Состав и структура частей системы, согласно системной методологии (Девяткова Т.П., 1997).

    Особого внимания заслуживает понятие об идеальном, принципиально - возможном состоянии системы, поскольку в зависимости от характера изменений (саморегулирование или результат управления человеком) сущность и роль «идеала» изменяется. В случае саморегулирующихся природных систем «идеал», очевидно, и представляет устойчивое функционирование системы с определенной структурой - при неизменных внешних условиях среды (Т.П. Девяткова, 1997).

    13

    Согласно этой схеме, системная методология предполагает постановку задачи исследования - изучение функционирования и возможностей развития системы при заданной или предварительно установленной ее структуре, щ ее решение и получение результата.

    На основе этой методологии Т.П. Девятковой (1997) проведено исследование водного режима водохранилищ (на примере камских). В результате была сделана попытка создать концептуальную модель, которая отражает представления о структуре и особенностях функционирования системы природных процессов в водохранилище, как водоеме, обладающем высокой степенью сложности. Одной из схем, входящих в эту модель является структурная схема процессов в водных объектах (рис. 2.2.). Она представляет собой 3 Р кольцевых иерархических уровня. Связь всех процессов и явлений в объекте выражается на самом общем иерархическом уровне, где находятся блоки «биологической» (основной), «химической» (вспомогательный) и «физической» (обеспечивающий) форм организации материи. Это подсистемы 1 порядка. На следующем уровне каждая из подсистем состоит в свою очередь из 3-х (II порядка). Взаимосвязи и отношения их носят более сложный характер.

    Одна из подсистем II порядка обеспечивает взаимодействие 2-х других, каждая из которых одновременно принадлежит другой подсистеме 1-го порядка. Например; подсистема «физическая форма» состоит из трех: гидрофи-* зические особенности —из подсистемы П порядка, которые обеспечивают взаимодействие двух других; физико-химические особенности, которые составляют часть подсистемы «химическая форма» и физико - биологические особенности, которые являются частью подсистемы «биологическая форма».

    При этом при переходе из одной подсистемы I порядка в другую меняется роль - основная на вспомогательную. Обеспечивающие же подсистемы своего значения не меняют, так как оно состоит в обеспечении функции, обо-, значенной в системе верхнего иерархического уровня.

    Таким образом, на И-м уровне показаны элементы, которые отражают специфику связей подсистем первого уровня.

    14

    Элементы III уровня выделены по такому же принципу, но отражают проявление гидрофизических, физико-химических, гидрохимических и прочих особенностей в условиях водного объекта (водохранилища, реки, озера). Более того, они демонстрируют общий процесс стока: формирование водного режима, который характеризуется водным балансом, морфометрией водоема; проявление гидрофизических явлений и процессов, таких как термика, течения, волнение, оптика и др.; процессы формирования берегов и ложа водоемов, а также русел рек, которые проявляются как разрушение берегов, аккумуляция и седиментация взвешенных частиц; гидрогеологические процессы, связанные с характером залегания подземных вод; гидрогеохимические процессы - растворение и выщелачивание берегов и др.; формирование химического состава воды (составляющие его элементы - минеральные, органические и т.п.); формирование гидрохимических комплексов, таких как формации, фации, классы и др.; процессы самоочищения и самозагрязнения водоема в результате жизнедеятельности животных и растительных организмов; результаты биохимических процессов создания и разрушения органического вещества; формирование видового состава водных, земноводных, донных, наземных, наземно-водных растительных и животных организмов; формирование биоценозов (сообщество фитопланктона, высшей водной растительности, зоопланктона, зообентоса); формирование биогеоценоза (население водоема, рассматриваемое в определенных условиях обитания - биотопах).

    Для общей структурной схемы III уровень является предельным. Это значит, что экосистема водоема полностью освещена, если даны описания всех составляющих Ш-го уровня и их связей. Система является одновременно и замкнутой, и открытой.

    Замкнутость обеспечивается полнотой частей, входящих в систему. Открытость системы связана с особенностями функционирования ее в целом

    и по частям.

    15

    Гидрогеохимиче-

    ские процессы

    /

    Гидрогеоло- i •

    гические 1

    пгюиессы

    Формирование химического состава

    Ш

    Формирование

    гидрохимических

    комплексов

    -----------Ж-----------'

    Гидрохимические особенности

    П

    Физико - химические особенности

    Формирование берегов и ложа

    Химическая форма

    Процессы самоочищения и самозагрязнения

    Химико - биологические особенности

    Физическая форма

    1

    Биологическая форма

    Гидрофизические особенности

    \

    Гидрофизические процессы

    Физико - биологические особенности

    V

    Биохимические процессы

    Гидробиологические особенности

    Формирование видового состава

    Формирование водного режима

    Формирование биоценоза

    Формирование биоценоза

    Рис. 2.2. Структурная схема процессов в водных объектах (по Т.П. Де-вятковой, 1997). I, П, III — уровни, отражающие соответственно форму организации материи, особенности взаимодействия этих форм и взаимодействие процессов в водных объектах.

    16

    На наш взгляд, система «водоем - прилегающая территория» по составу элементов не менее сложна, чем система «водохранилище». Изучение любого элемента такой сложной системы может являться целью исследования.

    2.2.Условия применения системной методологии

    Применение СМ требует выполнение следующих условий

    1) систематизации основных понятий, терминов,

    2) определения формы, механизма исследования и

    3) анализа достоверной информации.

    2.2.1. Основные понятия, принятые в системных исследованиях

    Системные «потоки», берущие начало в философии, физико - математических науках и естествознании, почти не сливаясь, по — своему определили смысл понятия «система» и разработали свои термины при ее изучении. Зачастую между ними возникают разногласия, для преодоления которых понятия и термины необходимо систематизировать. Системщики — философы дали чрезмерно общее понятие «системы» как совокупности элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность.

    Согласно мнению Т.П. Девятковой (1997), система представляет собой совокупность необходимого числа разнородных элементов, связанных между собой определенными связями для выполнения определенной функции в более общем образовании (системе).

    В естествознании существуют различные толкования понятия «система».

    Экосистема - это пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями (Н.Ф. Рей-мерс, 1990). Границы экосистем не четко выражены и, как правило, опреде-

    17

    ляются визуально. С одной стороны, пользоваться этим понятием неудобно, но, с другой, — необходимо, например, при геоботаническом описании луговых, лесных и др. фитоценозов.

    Геосистема — любые физико-географические образования - от фации до географической оболочки Земли. Понятие, близкое к экосистеме, но с центром внимания к абиотическим компонентам и пространственным закономерностям (Н.Ф. Реймерс, 1995). Их границы определить легче, чем экосистем.

    Ландшафт представлен следующим рядом компонентов: геологическое строение — литология — рельеф — климат - почвы — растительность — животный мир. Но система может быть представлена как всеми перечисленными компонентами, так и одним из них или несколькими. «По своей структуре система может быть равно ландшафту, а может быть и меньше его» (С. А. Двинских, 1992).

    Природный комплекс представляет собой совокупность биогеоценозов на определенной территории (например, приуроченных к долине р.Камы). Комплекс от системы отличается тем, что может включать компоненты с разной степенью связанности, даже равной нулю, но выполняющую единую функцию, например; жилой комплекс. Он может совпадать с ландшафтом и системой, а может представлять индивидуальное образование. В природе, очевидно, комплекс в чистом виде не встречается, и более подходит для оценки антропогенных преобразований (С. А. Двинских, 1992).

    Границы этих систем трудно поддаются определению на конкретной территории, в отличие от природной системы как множества закономерно связанных друг с другом функциональных элементов, представляющих целостное образование (Н.Ф. Реймерс, 1995).

    По своему происхождению природные системы могут быть естественно - природными, природно - антропогенными или могут носить в чистом виде антропогенный характер.

    Список литературы
  • Список литературы:
  • *
  • Стоимость доставки:
  • 230.00 руб


ПОИСК ДИССЕРТАЦИИ, АВТОРЕФЕРАТА ИЛИ СТАТЬИ


Доставка любой диссертации из России и Украины