РАСЧЕГНО-СГАГІСТІЧЕСКІЙ МЕТОД

Для отримання кількісної інтегральної оцінки мерзлотно-екологічного стану з метою виявлення небезпечних ділянок для освоєння використовується розрахунково-статистичний прийом, заснований на теорії факторного аналізу та отриманні рівняння множинної (багатофакторної) регресії.

На основі аналізу обраних факторів обчислюється інтегральний показник їх сукупного впливу, наприклад - критерій екологічної небезпеки КЕТ, що дозволяє враховувати в єдиній експертну грошову оцінку як мерзлотние, так і еколого-біотичні фактори. По суті КЕТ - це кількісний інтегральний безрозмірний показник ступеня екологічного ризику, з-

мінливий від нуля до одиниці, який розраховується за рівнянням множинної регресії на основі приватних оцінок: літокріогенного стану геосистем, самовосстанавліваемості рослинності, ресурсного потенціалу. При цьому допускається, що вид та інтенсивність антропогенного навантаження на всі ландшафти однакові. Методика апробована на ряді проектованих і існуючих газо- і нафтопромислах Тюменської області і на Енісейськом Півночі в зоні тундри.

Розглянемо розрахунково-статистичний метод інтегральної оцінки мерзлотно-біотичного стану ландшафтів на прикладі тестового ділянки в районі селища Усть-Порт, де більше 20 років проводилася навчальна практика по Кріолітология.

Тест-об'єкт «Усть-Порт» розташований на правому березі Єнісею, в 100 км на північ від м Дудинки в підзоні південної тундри. Ландшафтна і мерзлотной ситуація є типовою для підзони Західного Сибіру в цілому, а також для західної і центральної частин Північно-Сибірської низовини Таймиру.

Ландшафтна структура характеризується такими рисами. В межах Санчуговской піднесеної рівнини (абс. Вис. 80-160 м) переважне розвиток мають різні типи плямистих тундри з кустарничковом і мохово-лишайниковим покривами. В межах нижчих рівнів междуречий - Казанцевской рівнини (абс. Вис. 60-80 м) і Каргінской тераси (абс. Вис. 20-25 м) домінують типові зональні чагарникові тундри (ерніко- вис, івняковие, вільхові) з добре вираженим Кочкувате -пятністим рельєфом. На південь від вигину Єнісею зустрічаються масиви південних чагарникових тундр за участю модринового деревостану (лісотундрові природні комплекси). В межах междуречий всіх рівнів широке поширення мають полігональні торфовища з крижаними жилами і осоково-гіпновие болота. Верхня частина розрізу представлена суглинками, алевритами, торфом.

Мерзлотні умови характеризуються суцільним розвитком мерзлих порід з наскрізним талики під руслом Єнісею. Потужність мерзлоти 250-400 м. Верхня частина розрізу до глибини 30-50 м складена вельми льодистими відкладеннями. Льоди представлені самими різними модифікаціями: кріогенними текстурами, крижаними жилами, пластовими льодами, рідше - ядрами горбів обдимання. Глибина сезонногопротаіванія варіює в межах: 0,5 м (торф); 0,8-1,2 м (суглинок); 1-2 м (пісок). Кріогенні процеси включають практично вага різновиди, характерні для рівнинних територій. Переважають морозобойное розтріскування, термокарст, солифлюкция. У цьому регіоні широко розвинені полігональні торфовища, великі заболоченість і заозерен- ність території, розчленованість берегових обривів Єнісею.

У методичному плані, процедура оцінки потенційної екологічної небезпеки освоєння передбачає наступну послідовність.

На першому етапі проводиться відбір факторів екологічної небезпеки, які визначають активізацію кріогенних процесів і ресурсний потенціал території. Розташування тест-об'екга в області суцільний мерзлоти зумовило спектр і число мерзлоти і еколого-біотічсскіх факторів. Число мерзлоти критеріїв вдвічі більше біотичних.

Набір мерзлоти факторів традиційний - середньорічна температура порід, їх кріогенне будова до глибини 10 м, зміна потужності шару сезонногопротаіванія і захисні (протекторні) властивості рослинності, під якими розуміється її теплоизолирующая і закріплює роль (Зотова, Тумелі, 1996). Обгрунтування вибору цих параметрів з точки зору їх впливу на активізацію кріогенних процесів наводилося вище.

Еколого-биотическое стан ландшафтів оцінювалося за двома чинниками: потенціалом самовідновлення, який визначається швидкістю відновлення рослинності після порушення (чим повільніше відбувається самовідновлення, тим більше ризик освоєння) і ресурсним потенціалом території, який відображає господарську цінність ландшафтів і включає, в першу чергу, показник цінності пасовищних ресурсів (олене- ємність), а також наявність і велика кількість промислових видів тварин (песця і ондатри).

де КЕТ - кри терій екологічної небезпеки освоєння території; Т - середньорічна температура грунту (° С); / - сумарне льдосодержаніе грунту (дол. Од.); S- збільшення глибини сезонного нротаіванія (%); Р- протекторні властивості рослинного покриву; К темп самовідновлення рослинного покриву (років); R - ресурсний потенціал або оленеемкость (гол / га).

Кожен з 20-ти ПТК тестового ділянки характеризується фіксованим набором з шести факторів, на основі яких здійснюється їх ранжування за групами небезпеки.

На другому етапі всі фактори калибруются по чотирьох бальною шкалою градацій, у міру впливу на ймовірність небезпеки освоєння з інженерно-мерзлотной і екологічної точок зору (табл. 6.3). Таблиця відображає результати перших двох етапів процедури оцінки; се побудова аналогічно табл. 4.1 для регіонального рівня оцінки стійкості.

На третьому етапі критерії біотичного та мерзлотного стану кожного Геокомплекс зіставляються між собою для присвоєння кожному ландшафту експертних значень інтегрального індексу КЕТ (від 0 до 1).

На четвертому етапі обчислюють коефіцієнти кореляції факторів між собою і з експсртно оціненим КЕТ, а також вагові коефіцієнти при змінних. Коефіцієнти кореляції показують ступінь тісноти зв'язку між факторами і підсумковою оцінкою (КЕТ). Приклад матриці коефіцієнтів кореляції факторів між собою і з КЕТ представлений в табл. 6.4.

Найбільші коефіцієнти кореляції, а значить, найбільш істотний вплив на потенційну активізацію кріогенних процесів і на інтегральну оцінку небезпеки освоєння надають льодистість / і захисна роль рослинності Р, значення яких, відповідно, складають 0,781 і 0,629. З двох біотичних параметрів найбільш значущий показник оленеемкості R - 0,767. Зворотну залежність мають два параметри - температура грунту Т і глибина нротаіванія S '. При цьому параметр глибини нротаіванія має найменший коефіцієнт кореляції.

Незначний вплив середньорічної температури порід пояснюється тим, що активізація процесів оцінюється відразу після реалізації механічних впливів протягом більшої частини літа, а у випадку з обдиманням - в ході промерзання при температурі осінньо-Ранньозимовий періоду. Отже, на локальному рівні оцінок середньорічна температура порід виявляється занадто загальною характеристикою температурного поля для перио-

Оцінка впливу мерзлоти і біотичних факторів на зростання небезпеки освоєння, тест-об'єкт «Усть-Порт»

Таблиця 6.3

параметри

геокомплексов

Оцінка впливу в балах

1

2

3

4

слабо

впливає

впливає

помітно

впливає

сильно

впливає

Температура грунтів, ° С

-7 ...- 9

-5 ...- 7

-3 ...- 4

-1 ...- 3

Сумарне льдосодержа- ня, дол. од.

<0,2

0,2-0,4

0,4-0,6

> 0,6

Збільшення глибини сезонного протаіва- ня після порушення,%

не змінюється

збільшення до 20

збільшення на 20-30

збільшення більше, ніж на 30

Захисні властивості рослинного покриву: теплоізоляційні і закреп- ляяющіс властивості

відсутність

захисних

властивостей

незначи

тільні

теплоізоля

ційних

властивості;

хороші

закріп

щие

хороші

захисні

властивості

максимальні

захисні

властивості

Самовосстанав- ліваемосгь рослинного покриву, років

швидка (протягом 3-5)

середня (протягом 5-7)

слабка (до 10-15)

повільна (більше 15-20)

Ресурсний потенціал (або господарська цінність), в т. Ч. Оленеем- кістка, (гол. / Га)

вкрай низький (<5 або відсутній)

помірний

(5-10)

середній

(10-15)

високий (> 15)

Таблиця 6.4

Кореляційна матриця параметрів (тест-об'єкт «Усть-Порт»)

параметри

КЕТ

Т

/

5

Р

V

R

КЕТ

1.000

-0,526

0,781

-0,194

0,629

0,242

0,794

т

-0,526

1,000

-0,130

-0,151

0,035

-0,204

-0,190

1

0,781

-0,130

1,000

-0,189

0,770

-0,064

0,714

S

-0,194

-0,151

-0,189

1.000

-0,005

-0,092

0,203

р

0,629

0,035

0,770

-0,005

1.000

-0,101

0,662

V

0,242

-0,204

-0,064

-0,092

-0,101

1,000

0,142

R

0.794

-0,190

0,711

0,203

0,662

0,142

1,000

да активного розвитку кріогенних процесів (розпал літа і предзимье). Слабка кореляція КЕТ з глибиною протаивания пояснюється наступним. В оцінках КЕТ використовується максимальна глибина протаивания, що фіксується в самому кінці літнього сезону, перед початком промерзання. Разом з тим такі процеси, як соліфлюк- ція, опливаніе, оползание, термоерозіі активно розвиваються протягом усього періоду протаивания і найбільш активно в найтепліше час літнього сезону. Термокарст і пученіє в природних умовах формуються, перш за все, в залежності від льдосодер- жаіія або вологості ґрунтів і далеко не завжди корелюють з глибинами сезонногопротаіванія або промерзання.

Слід підкреслити, що зазначені оцінки зроблені на локальному рівні досліджень. При розгляді великих територій в оглядово-регіональних масштабах, особливо на зональному рівні, значимість оцінки температури порід може зрости. Щодо оцінки зміни максимальної глибини діяльного шару грунтів досвід показує, що цей фактор найбільш значущий на півдні криолитозони, де в більшій мірі контролює розвиток і активізацію кріогенних процесів і екологічну ситуацію в цілому.

На п'ятому етапі роботи, на підставі аналізу вихідних даних по 20-ти ПТК. отримано рівняння множинної регресії, яке має вигляд:

Ю0 = 0,01 / + 0,1 IT + 0,04 / 5 - 0, IS + 0, OIK + 0,12 /? + 0,75. (6.2)

Вільний член 0,75 забезпечує зміна КЕТ від 0 до 1. Фізичний сенс коефіцієнта регресії при будь-якому факторі (наприклад, 0,04 при Р) означає, що збільшення / 5 на одиницю призводить до збільшення КЕТ на 0,04, за умови , що інші чинники не змінюються.

Перевірка значущості коефіцієнтів регресії рівняння 6.2 при 10% ймовірності помилки показала, що коефіцієнти при факторах Г, S і V нс значущі. Після їх вибракування підсумкове рівняння набуває вигляду:

з якого випливає, що чим більше льдосодержаніе порід, менше протекторні властивості напочвенного покриву і більше продуктивність пасовищ, тим більше значення КЕТ , а значить вище ризик господарського освоєння.

Коефіцієнт множинної кореляції дорівнює 0,79.

Середня відносна помилка, яка вказує на відхилення розрахункових величин від фактичних (експертно призначених), склала 16,3%.

Рівняння 6.3 показує, що найбільший «внесок» в підсумкову оцінку небезпеки освоєння тест-об'єкта «Усть-Порт» вносять показники льдісгості /, протекторних властивостей рослинного покриву Р і показник продуктивності пасовищ R.

За рівняння 6.3 для кожного ПТК тестового ділянки були отримані розрахункові значення КЕТ від нуля до одиниці. Чим більше значення КЕТ, тим нижче літокріогенная стійкість ландшафту з точки зору потенційної активізації кріогенних процесів, вище екологічна цінність пасовищ, а значить, більше ризик господарського освоєння. Отримане рівняння емпіричне, що дозволяють в стислій формі наближено виразити залежність, і носить регіональний характер. В даному випадку, воно репрезентативно для підзони південної тундри Західного Сибіру в цілому, а також для західної і центральної частин Північно-Сибірської низовини Таймирського півострова, правомірність використання якого підтверджується апробування на ряді тестових ділянок регіону.

На шостому етапі, проводять групування всіх ПТК по типу вразливості до освоєння з урахуванням градацій расчегних значень КЕТ (табл. 6.5).

Високий ступінь небезпеки - КЕТ більше 0,75. У цю групу входять такі ПТК:

  • • типові тундри, літокріогенная основа яких представлена сильно льодистими суглинками і алевритами (при видаленні рослинності на плакорах ці ПТК активно переробляються термокарста, на схилах - соліфлюкція, термоерозіі, опливанню, оползанием),
  • • полігональні торфовища з крижаними жилами, поверхня яких охороняється від протаивания потужним мохово-лишайниковим покровом (видалення напочвенного покриву призведе до прогресуючого термокарстові просідання полігонів, а по тріщинах - до інтенсивної термоерозіі),
  • • лісотундрові Г1ТК з високою оленссмкостью і вкрай низьким потенціалом самовідновлення.

У всіх ландшафтах зі значеннями КЕТ вище 0,75 ніяка промислова діяльність не припустима.

Середній ступінь небезпеки - КЕТ від 0,46 до 0,75. У цю групу увійшли: плямисті мохові і лишайникові тундри, модринові рідколісся, осоково-гіпновиеболота і висока заплава Єнісею, заросла густим чагарником. Всі типи механічних порушень приведуть до розвитку заболоченности і майданного пучения, локальному прояву глибокого термокарста і термоерозіі, солифлюкции.

У цій групі ПТК антропогенні порушення допустимі, але з дотриманням низки інженерно-мерзлоти і фіторекультіваціон- них природоохоронних заходів.

Низький ризик - КЕТ менш 0,45. Природні комплекси цієї групи (плямисті трав'яний-кустарнічковие тундри, схильні до активної дефляції і опустелювання; прируслові мілини, а також луки в долині Єнісею і закустареннимі долини дрібних річок) займають невеликі площі і характеризуються пригнобленої рослинністю або її відсутністю. Пріродохозяйственная значимість їх невелика.

Механічні порушення в ході освоєння тут допустимі без додаткових обмежень і без суттєвого ризику для навколишнього середовища.

? Сь

оо

Оцінка екологічної небезпеки освоєння території, ТССТ-об'скт «Усть-11орт»

Таблиця 6.5

ТИПИ ПРИРОДНИХ КОМПЛЕКСІВ

КРИТЕРІЇ

КЕТ, од.

Ступінь небезпеки освоєння

Середньорічна температура грунту,

Т

Льді-

стость,

/

глибина

сезонного

протаіва-

ня,

S

захисні

властивості

рости

ності,

Р

восстанав

ліваемость

раститель

ності,

V

Ресурсний потен циал,

R

Полігональні торфовища междуречий, 13

I

4

2

4

3

3

1,00

1

висока

Івняково-ернікокие тундри, 8,9

2

4

2

3

2

4

0,97

Ррніковис ту ндри, 4, 5

2

4

3

4

2

4

0,90

Модринові Редіна. 12

3

4

2

4

4

4

0,89

Плоскобугрістие торфовища долин, 15

2

4

2

4

3

3

0,88

Івняково-мохові ту ндри, 10, 11

2

4

2

3

2

3

0,85

Модринові рідколісся, 6

3

3

3

2

3

4

0,70

II

середня

Арктична тундра, 1

1

1

1

1

3

1

0,72

11ятністая лишайникова тундра, 3

1

2

4

2

2

3

0,69

Висока заплава Єнісею, 15

3

2

3

4

2

3

0,64

Осоково-гіпновие болота, 14

3

4

1

3

1

1

0,60

Замшілі долини дрібних річок, 20

3

2

2

3

2

2

0,59

Плямиста Мохова тундра 7

2

3

3

2

2

2

0,58

Плямиста гравяно-чагарничкова тундра, 2

1

1

4

1

3

1

0,40

III

низька

Прир словами мілини, 18

4

1

1

1

3

1

0,38

в -

в -

Луга долинного комплексу, 17

4

2

3

3

1

2

0,37

Закустареннимі долини дрібних річок, 19

4

2

3

2

2

1

0,22

Градації коефіцієта екологічної небезпеки:> 0,75 - високий ступінь небезпеки; 0,46-0,75 - середній ступінь небезпеки; <0,45 - цокаючи ступінь небезпеки.

Заключний, сьомий етап - оцінне картографування з урахуванням градацій КЗ Про за трьома ступенями небезпеки. На карті «Екологічної небезпеки освоєння тест-об'єкта« Усть-Порт »масштабу 1: 200 000 (рис. 6.2) видно, що близько половини території зайнято природними комплексами з високим ризиком освоєння,

Карта «Екологічної небезпеки освоєння тест-об'єкта« Усть-Пор

Мал. 6.2. Карта «Екологічної небезпеки освоєння тест-об'єкта« Усть-Порт »(умовні позначення в табл. 6.5) що можна пояснити тим, що літогенні основа ландшафтів характеризується великою льдістостио, великі захисні властивості рослинності, а ресурсний потенціал геосистем значний (в першу чергу, як цінних пасовищних угідь).

Розрахунково-статистичний метод дозволяє досить швидко, без проведення дорогих і трудомістких польових робіт, на основі даних регіональної системи екологічного моніторингу та фахівців-експертів, які добре знають район:

  • • провести оцінку біотичних і мерзлоти показників, встановивши їх пріоритетність, значимість в сумарній оцінці стійкості, кризовості та інших станів геосистем при техногенезом;
  • • провести районування території і дати кількісну ха- ракгерістіку стану екологічної обстановки;
  • • включити в єдину експертну оцінку дані за іншими складовими гсокомплскса (клімату, грунтів, водного режиму

та ін.);

• спростити обробку інформації по мерзлотно-екологічного стану ландшафтів на основі обчислення інтегральних індексів для цілей ГІС-картографування.

У практичних цілях цей метод доцільно застосовувати при проведенні великомасштабних досліджень на тестових ділянках системи екологічного моніторингу, а також при складанні оціночних і природоохоронних карт.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >