Методика организации и ведения территориального мониторинга экзогенных геологических процессов (на примере Тамбовской области) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Данная структура позволяет исследовать сельские поселения как составную (антропогенную) часть природно-территориальных комплексов с анализом социально-экономической составляющей и возможность сравнивать различные типы селений.

Вышеизложенные принципы и подходы определили различия для выявления ландшафтного положения как одного из взаимоотношений поселения к окрестности. Вместо термина «физико-географический» нами предлагается термин «ландшафтный», ибо все явления рассматриваются в ландшафтном аспекте.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мильков Ф.Н. Человек и ландшафты. М.: Мысль, 1973.

2. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте (Основы теории и логикоматематические методы). М.: Мысль, 1975. С. 14.

Поступила в редакцию 4 декабря 2009 г.

Pankov S.V. Main principles and approaches of classification of physical-geographical state of the rural settlements complexes.

In the article the main principles used in researches of the rural settlements complexes are considered. Analysis of the physical-geographical position is the integral element of the rural settlements characteristic. The structure of the presented principles contains the main positions of laws of territorial mutual relations of different quality systems: landscape and settlement-economic. For classification purpose the following approaches have been offered: territorial, landscape, system, classification-taxonomic.

Key words: principle of natural-anthropogenous compatibility; principle of scale and co-subordination; principle of consistency; generality principle; urgency and purposefulness principle.

УДК 55

МЕТОДИКА ОРГАНИЗАЦИИ И ВЕДЕНИЯ ТЕРРИТОРИАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА ЭКЗОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (На примере Тамбовской области)

© А.Д. Швецов, А.В. Берест

Ключевые слова: дистанционное зондирование Земли; формально-технологические объекты; системы «обстановка - процесс»; графо-статистический метод; принцип уединения факторов; показатель информативности факторов; прогнозный критерий пораженности ЭГП.

В работе излагается опыт организации и ведения мониторинга экзогенных геологических процессов (ЭГП) в Тамбовской области по материалам комплексных съемок масштаба 1:200000 и дистанционного зондирования Земли с использованием природных факторов, определяющих генетические типы и интенсивность проявления ЭГП. При исследовании систем «обстановка - процесс» использован графо-статистический метод, опирающийся на принцип уединения факторов. Количественной мерой распределения эталонных участков объектов по категориям факторов принят «показатель информативности факторов». Итог работы - «прогнозный критерий пораженности» ЭГП, позволяющий составлять карты, прогнозы развития ЭГП и кадастры установленных и прогнозируемых площадей опасных ЭГП.

К настоящему времени в территориальных центрах ведения государственного мониторинга геологической среды, в т. ч. и экзогенных геологических процессов (ЭГП), используется ряд руководств и методических документов, регламентирующих условия работ на различных стадиях исследований [1-5]. Большинство из них опирается на опыт прогнозирования времени и активности проявления опасных типов ЭГП на основе данных по опорной наблюдательной сети. Между тем, в большинстве регионов страны, где организован мониторинг экзогенных геологических процессов, опорная наблюдательная сеть отсутствует либо ликвидирована после распада СССР.

В таких условиях ведение мониторинга ЭГП целесообразно начинать с территориального уровня, который относится к подготовительному этапу [2] и по видам работ соответствует первой стадии: «Специальное инженерно-геологическое исследование территории масштаба 1:200000 - 1:500000». Она предусматривает выявление распространения и оценку поражен-

ности ЭГП, районирование территории по условиям их развития и организацию опорной наблюдательной сети. Эти задачи решаются путем создания информационно-аналитической системы, позволяющей решать регламентированные задачи, в т. ч. прогнозирование процессов и их возможного воздействия на хозяйственную деятельность.

В данной работе излагается опыт организации и ведения мониторинга ЭГП в Тамбовской области по материалам комплексных съемок масштаба 1:200000 и дистанционного зондирования Земли с использованием постоянных природных факторов, определяющих генетические типы и интенсивность проявления ЭГП.

Территориальный уровень мониторинга экзогенных геологических процессов опирается на анализ формационно-стратиграфических, структурно-тектонических и геоморфологических условий их развития и качественную оценку взаимодействия природной среды и проявления процесса. Высокая достоверность решаемых задач достигается полнотой учета факториальных

признаков, их иерархического соответствия масштабу исследований и применению ранговых шкал для описания геологических явлений. Главной и конечной целью исследований является прогноз развития ЭГП, под которым понимается основанное на закономерностях развития предсказание места и интенсивности их проявления. Для этого формируется территориальная база данных и создается блок программно-математического обеспечения по компьютерной обработке информации.

Общая схема организации и ведения территориального мониторинга включает следующие основные этапы: обоснование объекта наблюдений, формирование базы данных ЭГП, выявление и оценку природных факторов, прогнозирование, составление комплекта специальных карт по установленной пораженности территории и прогнозной оценке развития ЭГП опасных генетических типов, обоснование опорной наблюдательной сети для ведения мониторинга ЭГП локального уровня (рис. 1).

Рис. 1. Схема организации и ведения территориального мониторинга экзогенных геологических процессов

Для привязки информации и ведения мониторинга ЭГП используются технологические объекты, которые в зависимости от масштаба и целей исследований образуют три группы: площадные, линейные и точечные.

При мелкомасштабных исследованиях целесообразно пользоваться формальными технологическими объектами, которые без остатка покрывают территорию мониторинга, являются частью площадей развития экзогенных процессов, установленных природных обстановок, описываются в едином признаковом пространстве и служат ячейкой для осреднения показателей [6-7].

Таким условиям удовлетворяют элементарные площадки, соответствующие государственным картам масштаба 1:10000.

При формировании базы данных ЭГП учитываются специфические особенности геологического строения территории, установленные ранее обстановки проявления генетических типов ЭГП, накопленный опыт их использования при ведении мониторинга на разных стадиях исследований и поставленные задачи.

Исходная информация в территориальной базе данных ЭГП накапливается в табличной форме. Она включает 3 группы признаков: адресную, дающую пространственную привязку технологических объектов; целевую, описывающую установленные типы ЭГП и факториальную, характеризующую геологическую и геоморфологическую обстановки развития экзогенных процессов, а также техногенную нагрузку.

Для решения аналитических задач информация, отраженная на исходных картах качественными показателями, частично трансформируется с помощью площадок учетных объектов в ранговые и количественные показатели и соответствующим образом кодируется.

При кодировании признаков соблюдаются следующие требования:

- формирование признакового пространства должно начинаться с четкой постановки задач;

- количество документируемых объектов должно превосходить количество характеризующих признаков; признаки должны описывать объект с разных сторон, по возможности не зависеть друг от друга по значению и методам их выявления;

- формируемое признаковое пространство должно в полной мере соответствовать содержанию и результатам полевых геологических наблюдений, давать объективную информацию об объектах и включать прямые сведения или интуитивные догадки об их возможном влиянии на изучаемые явления;

- общее количество признаков и их категорий должны иметь разумный минимум. Как правило, 8-15 ключевых понятий, выражающих принятую парадигму, достаточно для получения образа любого объекта. Оптимальное количество категорий признаков находится в пределах 5-10, при меньшем их числе полученные закономерности имеют низкую достоверность, а при большем - возникает проблема с эталонами, усложняются вычислительные операции;

- признаки объектов должны быть наблюдаемыми, принятыми в описании большинством исследователей и одинаково фиксироваться документаторами.

В кодовом списке качественные категории признаков располагаются в порядке, отражающем последовательную и закономерную смену временных или иных

событий, меняющих физическое или иное выражение признака.

Целевые и факториальные признаки базы данных ЭГП образуют систему «обстановка — процесс», которая служит для выявления информативных факторов и решения прикладных задач.

При исследовании этой системы использовался графо-статистический метод, в основу которого положен принцип уединения факторов [6]. Сущность его заключается в том, что влияние факторов на исследуемый процесс рассматривается обособленно. Для этой цели показатели каждого фактора объединяются в категории, объем которых зависит от количества исходных данных и конкретных условий решаемой задачи. В этом случае другие факторы распределяются по выделенным категориям случайно, и их влияние на изучаемый процесс в значительной степени компенсируется.

Для выяснения информативных факторов создается выборка эталонных учетных объектов, включающая два полярных класса. В первый класс относятся учетные объекты с высокой категорией пораженности исследуемым процессом, который может нанести ущерб населенным пунктам и хозяйственным объектам, а второй класс образуют объекты, где проявления ЭГП не развиваются либо встречаются эпизодически.

Градации интенсивности развития ЭГП строго не обоснованы.

При выборке эталонных объектов соблюдаются следующие условия: эталоны должны располагаться по всей территории мониторинга и характеризовать установленные ранее обстановки проявления процесса, их количество должно быть достаточным для статистической обработки.

Оценка факториальных признаков дается на основании построения графиков распределения эталонных учетных объектов по категориям факторов. Их количественной мерой принят условный «показатель информативности факторов» (ПИФ) ЭГП, который представляет собой алгебраическую разницу между частотами встречаемости эталонов I и II классов по категориям исследуемого фактора, выраженную в процентах. Принимается, что категории факторов, получившие положительное значение ПИФ ЭГП, способствуют развитию процесса, а получившие отрицательное -ограничивают его (рис. 2).

Количественные оценки факторов имеют относительное значение, т. к. они отражают не только их роль в экзогенном процессе, но в определенной степени зависят от способа формирования эталонной выборки учетных объектов, их пространственного размещения и кодирования информации.

Одной из основных задач территориального мониторинга ЭГП является прогноз места и интенсивности развития процессов по постоянной группе факторов. При решении этой задачи в принятом варианте допускалось, что факториальные признаки несущественно зависят друг от друга и в равной мере участвуют в экзогенном процессе пропорционально показателям ПИФ ЭГП их категорий. На основании этого допущения прогнозная оценка территории в целом производилась с использованием «прогнозного критерия пораженности» (ПКП) ЭГП, который представляет собой алгебраическую сумму ПИФ ЭГП категорий факторов, характеризующих каждый объект в отдельности.

■ Овраги □ Оползни о Западины

С

Ич

О

е

к

с

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

—

■

П Г1—, 1 ,

-Ц_ 1 ^-1 ■-и и 1 1

1

123456789

Микрозоны склонов

Рис. 2. Информативность микрозон склонов в развитии ЭГП: 1 - водораздельная; 2 - водораздельно-приводораздельная; 3 - при водораздельная; 4 - приводораздельно-верхнесклоновая; 5 - приводораздельно-нижнесклоновая; 6 - верхнесклоновая (прибровоч-ная); 7 - верхнесклоново-нижнесклоновая; 8 - нижнесклоново-долинная; 9 - долинная (речная долина)

I

5!

*8

а

£

а

о

■в*

о

я

ь

а

!§

_т

7 ГМ8]

6

5 шш

4 рз » шттт •• • -• Р« . .. *

• • • «• ? т

1 рп

0 1 ■ 1 ■ ■ ■ ■ > ■ ■ а ■ I т 1 т I Т 1 I | г

—I 300

Суммарная информативность факторов (ПКП ЭГП)

Ошибки 1 рода, % Ошибки 2 рода, %

12

20

№ Ошибки 1 рода Г Ошибки 2 рода Допустимый % ошибок: I юч

О

- 1 - 2

- 3

- 4

Рис. 3. Диаграмма для обоснования критерия прогнозной оценки интенсивности развития ЭГП (оползни) и проверки качества прогнозных заключений на эталонах: 1 - эталоны I класса; 2 - эталоны II класса; 3 - объекты, не включенные в эталоны; 4 - эталонные объекты, породившие ошибки 1-го и 2-го рода

Рис. 4. Прогнозная карта пораженности центральной части Тамбовской области опасными типами ЭГП: А - овражная эрозия, Б - оползни. Площади развития оврагов: 1 - установленные, 2 - прогнозируемые. Площади развития оползней: 3 - установленные, 4 - прогнозируемые. Прочие знаки: 5 - населенные пункты, 6 - железные дороги, 7 - реки, 8 - дороги с улучшенным покрытием, 9 - границы административных районов, 10 - водоемы

Возможность такого подхода проверяется путем построения диаграммы, на которой по оси абсцисс приводятся значения ПКП ЭГП эталонных учетных объектов обоих классов, а по оси ординат - интенсивность проявления в них прогнозируемого процесса (рис. 3).

Диаграмма служит для определения ПКП ЭГП, который разделяет полярные классы эталонов с наименьшими ошибками первого («пропуск цели») и вто-

рого («ложная тревога») рода. Если между интенсивностью процесса и ПКП ЭГП обнаруживается четкая связь, то ее используют для определения значений ПКП ЭГП, которые позволяют при построении прогнозной карты выделить на территории фоновую зону, где проявления ЭГП могут развиваться спорадически, и зону общей пораженности процессом. В границах второй зоны одновременно оконтуриваются площади принятых категорий ожидаемой интенсивности разви-

тия процесса.При создании эталонной выборки учетных объектов желательно иметь резерв для оценки качества прогнозов.

Конечные результаты территориального мониторинга ЭГП оформляются в виде:

- карт прогноза развития наиболее опасных типов ЭГП (рис. 4);

- карты населенных пунктов и хозяйственных объектов, находящихся в зонах воздействия ЭГП;

- кадастра установленных и прогнозируемых площадей развития опасных экзогенных геологических процессов для последующего инженерно-геологического обследования состояний населенных пунктов и хозяйственных объектов и обоснования опорной наблюдательной сети.

В последующем итоговые карты и кадастр должны стать дежурными документами и постоянно пополняться по мере поступления новых данных.

В работе изложен наиболее простой и оперативный метод ведения территориального мониторинга ЭГП в условиях смешанного признакового пространства. Для большей эффективности этих работ рекомендуются более сложные математические методы теории распознавания образов, с обучением и без эталонные таксонометрические классификации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Влияние водно-хозяйственных мероприятий на гидрогеологические и инженерно-геологические условия. М.: Недра, 1989.

2. Методические рекомендации по организации и ведению государственного мониторинга экзогенных геологических процессов. Сост. А.И. Шеко, В.С. Круподеров, В.И. Дьяконова и др. М.: ВСЕГИНГЕО, 1997.

3. Методические рекомендации по составлению долгосрочных прогнозов экзогенных геологических процессов в системе государст-

венного мониторинга геологической среды / сост. А.И. Шеко, Г.П. Постоев, В. С. Круподеров и др. М.: ВСЕГИНГЕО, 1999.

4. Методические рекомендации по составлению и ведению реестра наблюдательной сети мониторинга экзогенных геологических процессов / под ред. М.В. Кочеткова. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000.

5. Трегуб А.И., Глушков Б.В., Корабельников Н.А. и др. Экзогенные геодинамические процессы: оценка, прогноз, мониторинг (На примере Воронежской области). Воронеж: ВГУ, 1999.

6. Количественное прогнозирование эндогенного оруденения в рудных полях Средней Азии / Т.М. Марипов, Х.А. Акбаров, А. Д. Швецов и др. Ташкент: ФАН, 1983.

7. Сухов Л.Г., Дуденко Л.Н., Наторхин И.А. Количественные методы прогнозирования эндогенных рудных месторождений. Л.: Недра, 1981.

Поступила в редакцию 4 декабря 2009 г.

Shvetsov A.D., Berest A.V. Technique of organization and conducting of the territorial monitoring exogenous geological processes (On an example of the Tambov region).

In the work experience of organization and monitoring conducting exogenous geological processes (EGP) in the Tambov region on materials of complex shootings of scale 1:200000 and remote sounding of the Earth with use of natural factors defining genetic types and intensity of display EGP is stated. While the research of systems “conditions - process” was used the graph-statistical method leaning against a principle of a solitude of factors. The quantitative measure of distribution of reference sites of objects on categories of factors accepts « indicator of informativeness of factors». Result of the work - «look-ahead criterion of prevalence « allowing to make maps, forecasts of EGP development and cadastres of the established and predicted areas dangerous for EGP.

Key words: remote sounding of the Earth; formal-technological objects; systems “conditions - process”; graph-statistical method; principle of solitude of factors; indicator of factors informativeness; look-ahead criterion of the EGP prevalence.

УДК 634.956.5

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ НА ТАМБОВСКОЙ ЗЕМЛЕ И БУДУЩЕЕ ЛЕСНЫХ ЛАНДШАФТОВ

© М.М. Ярыгин

Ключевые слова: этапы защитного лесоразведения; цель создания лесополос; сохранение лучших древостоев для будущего лесовосстановления.

В статье рассмотрены этапы защитного лесоразведения в Тамбовской области: последние десятилетия XIX в., 20-30-е гг. XX в., 1949-1951 гг., 1967 и последующие годы. Указана цель создания лесополос - максимальное удержание зимней влаги в почве, защита полей от суховеев, низких температур, создание благоприятного водного режима, защитное облесение оврагов, балок, водоемов, ферм, железных дорог и песков с подбором посадочного материала разных пород, деревьев и кустарников. Указаны меры по сохранению лучших деревьев с целью формирования устойчивых высокопродуктивных насаждений для будущего лесовосстановления при тесном контакте ученых и лесоводов-практиков.

Существует такое высказывание: «Лес - культура поколений». В случае искусственного (культурного) лесовыращивания, скорее всего, надо говорить не о поколениях лесоводов, а о поколении леса. Тогда мы смело можем назвать историю культурного лесовыра-

щивания очень молодой. Начало ее в Тамбовской области относится к середине XIX в. За такой сравнительно небольшой срок очень интересны результаты этой работы и роль лесокультурных насаждений в природном облике области. Тем более что полезащитные