CC BY
22
УДК 622.271 А.Н. Якубович
ГЕОМОДЕЛИРОВАНИЕ ПОКАЗА ТЕЛЕЙ САМОВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ МАГАДАНСКОЙ ОБЛАСТИ
Обоснована система показателей, характеризующих самовосстановительный потенциал природных комплексов. Приведены результаты геомоделирования самовосстановительных процессов на горнопромышленных территориях Магаданской области.
Ключевые слова: самовосстановительный потенциал природных комплексов, горнопромышленные территории, геоэкологическое состояние, солнечная радиация.
Магаданская область исторически является одним из крупнейших регионов России по объемам ежегодно добываемого золота. Интенсивная многолетняя эксплуатация золотоносных месторождений, в первую очередь россыпных, приводит к разрушению природных комплексов и формированию весьма неблагоприятной экологической ситуации на значительных по площади горнопромышленных территориях области. При выполнении количественной оценки и осуществлении прогнозирования геоэкологического состояния отработанных и планируемых к освоению полигонов необходимо в первую очередь учитывать самовосстано-вительный потенциал территории, который является основным фактором, способствующим постепенному восстановлению природных комплексов и экологического состояния территории в целом. При этом в условиях Крайнего Северо-Востока России процессы самовосстановления отличаются низкими темпами и, соответственно, значительной продолжительностью. Это ограничивает возможности эмпирического определения показателей самовосста-новительного потенциала территории и обуславливает целесообразность применения методов геоинформационного моделирования.
Поскольку главным фактором, влияющим на темпы самовосстановления природных комплексов Магаданской области, является явно выраженный и ускоренно нарастающий с увеличением гео-
графической широты дефицит инсоляции, основой для геомоделирования показателей самовосстановительного потенциала является динамика приходящей на территорию солнечной энергии. Для построения зависимостей, количественно описывающих влияние динамики солнечной радиации на темпы протекания процессов самовосстановления, необходимо сформировать систему показателей, которые должны удовлетворять следующим основным требованиям:
■ все показатели однозначно определяются на основе временных графиков поступления солнечной энергии и связанных с ними графиков изменения значений климатических параметров, в первую очередь температуры;
■ значения показателей обладают достаточной чувствительностью к индивидуальным особенностям временных графиков поступления солнечной энергии для обеспечения необходимой глубины дифференциации результатов моделирования;
■ вариация значений показателей в пределах рассматриваемой территории соответствует наблюдаемым качественным тенденциям изменения самовосстановительного потенциала.
С целью выявления количественных показателей, наиболее адекватно отражающих среднюю годовую динамику солнечной радиации и ее влияние на ход самовосстановительных процессов, были получены оценки количеств приходящей в течение года солнечной энергии для 22 точек систематических климатических наблюдений на территории Магаданской области. Выбор этих точек в качестве опорных для построения системы показателей обусловлен максимальной достоверностью используемых при моделировании солнечной радиации значений основных климатических параметров, определяемых в данных точках на основе многолетних непосредственных наблюдений. Тем самым достигается максимальная точность результатов моделирования, поскольку отсутствует погрешность, вносимая за счет аппроксимации значений основных климатических параметров. Результаты моделирования общего годового количества приходящей солнечной энергии Eгод приведены в таблице.
По результатам анализа таблицы можно сделать вывод, что наблюдаемая в пределах Магаданской области тенденция к упро-
щению структуры природных комплексов и возрастанию их уязвимости с ростом географической широты качественно не Моделируемые значения среднего годового количества солнечной радиации по метеостанциям Магаданской области
№ Название Координаты, м 1 Егод , МДж
п/п метеостанции x у z
1 Лабазная 272773 7036793 707 3586,1
2 Каньон -80118 7020596 686 3577,6
3 Аркагала -306171 7019202 798 3692,1
4 Сусуман -246588 6972132 646 3723,1
5 Хатыннах -153926 6963270 782 3617,1
6 Ягодный -173874 6941194 504 3656,6
7 Омсукчан 142523 6937696 526 3647,6
8 Среднекан -34773 6926791 264 3705,0
9 Наяхан 308517 6895535 23 3282,1
10 Джека Лондона, озеро -182115 6893204 808 3609,7
11 Бохапча -118299 6885270 348 3696,0
12 Кулу -292522 6876427 666 3820,7
13 Усть-Омчуг -181443 6783407 574 3706,7
14 Талая -32881 6781576 704 3751,3
15 Тайгонос 401999 6753546 45 3504,4
16 Мадаун -125637 6724563 523 3684,4
17 Палатка -118394 6665637 347 3631,1
18 Талон -244383 6636240 19 3572,9
19 Брохово (Ямск) 65792 6613566 6 3697,9
20 Ола -95888 6608159 4 3504,5
21 Магадан (Нагаева, бухта) -128856 6607962 115 3500,0
22 Завьялова, остров -138284 6550636 220 3453,9
1 для центрального меридиана Х = 153°
совпадает с показанным в таблице характером распределения по территории общего годового количества солнечной радиации. Это объясняется возрастанием количества уходящей от земной поверхности радиации по мере продвижения на Север, в результате чего остаточная энергия уменьшается. Показателем количества остаточной энергии может служить температура воздуха, но ее определение на основе Eгод нецелесообразно, поскольку между этими величинами отсутствует достаточно тесная корреляционная связь.
Таким образом, общее годовое количество приходящей солнечной радиации не может быть использовано в качестве самостоятельного показателя при моделировании самовосстановительных процессов, и возникает необходимость в построении комплексных показателей.
В качестве основы для первого комплексного показателя предлагается использовать средневзвешенное значение суммарной суточной энергии за определенный период положительных темпера-
Где E - количество солнечной энергии, пришедшей на территорию за 1 сутки, МДж, t - минимальная суточная температура, 0C .
Суммирование в (1) производится по всем дням года с минимальными температурами не ниже 0ОС . Считая Eo количеством
энергии, поступающей в среднем за одни сутки вегетационного периода, и используя суммарное количество поступившей за весь вегетационный период энергии У E, получаем условную продолжительность вегетационного периода Tвп как первый комплексный показатель среднегодовой динамики солнечной радиации:
Величина самовосстановительного потенциала территории имеет прямую зависимость от величины условной продолжительности вегетативного периода, поскольку с увеличением ежегодного периода вегетации общая продолжительность восстановления природных комплексов, очевидно, должна уменьшаться - при прочих равных условиях.
Для характеристики интенсивности потери энергии земной поверхностью за счет ее излучения предлагается использовать среднее за год количество энергии, вызывающее суточное повышение температуры воздуха на 1 oC сверх уровня 0ОС :
тур:
_ У E • I
Eo ------
(1)
(2)
У E
^ =У Р>
Полученный показатель Eд^ может быть интерпретирован
как удельная энергоемкость положительных температур. Увеличение значений данного показателя свидетельствует об увеличении потерь приходящей солнечной радиации за счет обратного излучения земной поверхности, что, соответственно, приводит к пониженным значениям температур воздуха, более суровым климатическим условиям на территории и понижению ее самовосстанови-тельного потенциала.
Климатические особенности Крайнего Северо-Востока России часто обуславливают достаточно продолжительные периоды прогрева температур воздуха и почвы до уровня, необходимого для фазы вегетации, наиболее эффективной с точки зрения темпов прироста фитомассы. В течение этого периода приходящая на территорию солнечная энергия не вызывает заметного увеличения количества фитомассы. В качестве третьего комплексного показателя среднегодовой динамики солнечной радиации предлагается использовать удельную энергообеспеченность наиболее продуктивного периода вегетации
Л£+ 5:
У E+ 5
Л£+ 5 =4^ (4)
У ^
Где У E +5 и У E о - суммарные количества солнечной энергии
за периоды со средними суточными температурами не менее + 50С и 0ОС соответственно, МДж.
Связь данного показателя с самовосстановительным потенциалом территории - прямая, с увеличением Л£+ 5 увеличивается, при прочих равных условиях, годовой объем прироста фитомассы и сокращаются сроки восстановлении ее количества до первоначальных уровней.
На основе системы комплексных показателей Tвп , Eлt и
Л£+ 5 была построена и программно реализована геомодель само-восстановительных процессов на нарушенных техногенезом терри-
ториях. В качестве показателей состояния территории использовались удельные количества (ц/га) фитомассы Ф и органического вещества О. Полученные по результатам геомоделирования прогнозные сроки самовосстановления горнопромышленных территорий Магаданской области показаны на рисунке. Моментом завершения самовосстановительных процессов считалось достижение Ф и О значений, равных 90% от их величин Фо и Оо при ненарушенном состоянии природных комплексов.
На рис. а) можно видеть, что прогнозные сроки самовосстановления фитомассы на большей части рассматриваемой территории лежат в пределах от 100 до 200 лет. На южных границах горнопромышленной территории наблюдается сокращение сроков самовосстановления до величин менее 100 лет, а для отдельных участков даже менее 50 лет. По мере продвижения к северу сроки самовосстановления в целом возрастают и на некоторых участках достигают 250 лет. Данные тенденции в изменении сроков самовосстановления соответствуют ужесточению природноклиматических условий, упрощению структуры природных комплексов и повышению их уязвимости, явно выраженных на северных территориях Магаданской области.
Одновременно необходимо отметить весьма сильное влияние на самовосстановительный потенциал местных природноклиматических особенностей, что приводит к достаточно резким территориальным изменениям прогнозных сроков самовосстановления. В пределах отдельных небольших по площади участков (на рис. а) показаны окружностями, протяженность каждого участка 25 км) наблюдается градиент прогнозных сроков самовосстановления свыше 10 лет на 1 км. Это свидетельствует о невозможности успешного управления экологическим состоянием горнопромышленных территорий Магаданской области без всестороннего учета индивидуальных особенностей каждого участка производства горных работ, в первую очередь с точки зрения их влияния на самовосста-новительный потенциал природных комплексов.
Прогнозные сроки восстановления органического вещества в почве, как правило, больше, чем сроки восстановления фитомассы на той же территории (рис. б). Тенденции распределения по территории значений данного показателя аналогичны: возрастание пе-
риодов восстановления при увеличении географической широты и значительное влияние местных особенностей.
б)
61°
145°
154°
Районирование горнопромышленных территорий Магаданской области по прогнозным срокам самовосстановления а) по критерию Ф > 0,9Ф0 , б) по критерию О > 0,9О0.
от 100 до 150 лет = - от 200 до 250 лет ВВВВВВВШМ- более 300 лет
■ до 50 лет - от 50 до 100 лет
от 150 до 200 лет
- от 200 до 250 лет
- от 250 до 300 лет
Следует отметить, что на отдельных участках накопление органического вещества идет настолько медленными темпами, что даже при глубине моделирования 1000 лет не удалось получить значений, достигающих 90% от ненарушенного состояния.
В целом необходимо отметить, что прогнозирование самовос-становительного потенциала является необходимым условием для эффективного поддержания экологического равновесия на горнопромышленных территориях. Результаты геомоделирования показателей самовосстановительного потенциала, в первую очередь прогнозных сроков самовосстановления природных комплексов на территории, позволяют вырабатывать экологически сбалансированные планы производства горных работ, минимизирующие экологический ущерб от горнопромышленной деятельности. ПТШ
A.N. Yakubovich
GEOMODELING OF THE SELF- RECONSTRUCTIVE PARAMETRES OF THE MINING TERRITORIES OF THE MAGADAN REGION
The system of indexes, characterizing selfrestoration potential of natural complexes is grounded. The results of geomodelirovaniya of selfrestoration processes are resulted on mining territories of the Magadanskoy area.
Key words: self-reconstructive potential of the natural complexes, mining and industrial territories, geoecological state, solar radiation.
— Коротко об авторе ----------------------------------------------
Якубович А.Н. - кандидат технических наук, директор политехнического института Северо-Восточного государственного университета, [email protected]
