Закономірності просторового розподілу якісно-кількісних характеристик гідроекосистеми річки Прут у межах українських Карпат Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Генык Я.В. Историческое развитие и этапы становления фитоме-лиорации

Осуществлен анализ исторического развития и охарактеризованы этапы становления фитомелиорации. Рассмотрен опыт и пути сельскохозяйственной и лесохо-зяйственной фитомелиорации нарушенных экосистем в промышленно развитых странах. Приведен опыт научных исследований фитомелиорации нарушенных экосистем в Украине.

Ключевые слова: фитомелиорация, нарушенные экосистемы, древесно-кустар-никовая и травяная растительность.

Henyk Ya. V. Historical development and states of formation of phyto-melioration

An article displays historical development and characterizes the stages of development of phytomelioration. It raises the experience and approaches of agricultural and forest phytomelioration of impaired ecosystems in the industrialized countries. It also provides an experience of scientific research of impaired ecosystems in Ukraine.

Keywords: phytomelioration, impaired ecosystems, trees, bushes and herbaceous vegetation.

УДК 504.61(477.8) Доц. Л.М. Архипова, канд. техн. наук -

1вано-Франкшський НТУ нафти i газу

ЗАКОНОМ1РНОСТ1 ПРОСТОРОВОГО РОЗПОД1ЛУ ЯК1СНО-К1ЛЬК1СНИХ ХАРАКТЕРИСТИК Г1ДРОЕКОСИСТЕМИ Р1ЧКИ ПРУТ У МЕЖАХ УКРАШСЬКИХ КАРПАТ

Результатом дослщжень е математичне обгрунтування тюного взаемозв'язку кшьгасних та яюсних показнигав наближено! до природно! гщроекосистеми на прик-ладi рiчки Прут у межах Укра!нських Карпат; виявлення функцюнальних закономiр-ностей просторового розподшу комплексного шдексу потенщалу якост та середньо-багаторiчного модуля рiчкового стоку залежно вiд висоти мюцевосп гщроекосисте-ми; отримання двомiрних, трьохмiрноi моделей i рiвнянь регреси для визначення се-редньобагаторiчних норм дослщжуваних кiлькiсно-якiсних показникiв гщроекосис-теми у будь-якому !! створi лише за значенням висоти мюцевосп.

Ключовг слова: гщроекосистема, просторовий розподiл, функцюнальш законо-мiрностi.

Актуальнiсть дослiджень. Одним 1з прюритетних напрям1в наць онально! безпеки Укра!ни е забезпечення еколопчно та техногенно безпечних умов життед1яльност1 громадян 1 суспшьства, збереження навколишнього се-редовища та рацюнальне використання природних, зокрема водних ресуршв.

Метою виконаних дослвджень е оцшка просторово-часових законо-м1рностей розподшу основних характеристик пдроекосистем, за результатами яких передбачаеться в майбутшх дослщженнях обгрунтування стратепч-них напрям1в природно-техногенно! безпеки пдроеколопчного середовища.

Завдання дослiдження - моделювання законом1рностей просторово-часового розподшу кшьюсно-яюсних характеристик гщроекосистеми р. Прут у межах Карпатського регюну територп Укра!ни.

Методи досл1джень - статистичне оброблення бази даних результапв пдрох1м1чного мониторингу басейну р. Прут за 1997-2011 рр. та бази даних щоденних витрат води по пдролопчних постах вказано! пдроекосистеми за

весь перюд спостережень; графiчне i математичне моделювання, за допомо-гою програмного забезпечення ТаЫеСигуе 2Б, ТаЫеСигуе 3Б.

Результати дослщжень. Запропонований в [1] спошб оцiнки якостi поверхневих вод, з отриманням комплексного шдексу потенцiалу якост (К1-ПЯ) для фонових природних об'екпв, дае змогу виконати порiвняння якостi вод рiзних водних об'екпв мiж собою, незалежно вiд тих забруднювальних речовин, якi в них присутш, а також виявити закономiрностi змiни показника в часi i в просторi. Спосiб передбачае встановлення закономiрностей просто-рового розподiлу К1ПЯ, с подальшим визначенням норми потенщалу якостi в будь-який точцi фонового водного об'екта та ступеня вщхилення вщ норми й ступеня вщновлення забруднених водних об'ектiв-аналогiв, оцiнюючи скла-дову природно-техногенно! безпеки за такою шкалою:

• буферний (зона еколопчно! ршноваги) К1ПЯ >5,

• оптимальний 3 <К1ПЯ <5,

• напруження адаптаци 1 <К1ПЯ <3,

• зона песимуму в межах -1<К1ПЯ <1,

• критичний - за значень показника -3 <К1ПЯ <-1,

• кризовий - за значень показника -3 <К1ПЯ <-5,

• катастроф1чний (зона еколопчного лиха) К1ПЯ <-5.

Вказаний показник розраховано з 1997 р. по 2011 р. за пунктах спостережень в басейш р. Прут зпдно з програмою державного мониторингу довкш-ля в частинi здiйснення Держводагенством Укра!ни контролю за якiстю поверхневих вод для територп Карпатського регюну, а саме в адмшстративно-му вiдношеннi територп 1вано-Франювсько! i Чершвецько!, областi, а також до уваги брали розрахунки, виконаш на основi багаторiчних спостережень фонового мониторингу якостi р. Прут, що виконуються Карпатським нащ-ональним природним парком. Розрахунки К1ПЯ складаються в багаторiчнi ряди значення комплексного показника якосп, що виявляе певнi закономiр-носп розподiлу в часi i в простор^ Виявлення цих закономiрностей i е предметом нашого дослщження. У роботах [2, 3], виконаних для територп Карпатського нацюнального природного парку (КНПП), було доведено тюну за-лежнiсть К1ПЯ i висоти мiсцевостi.

Для отримання функцюнальних лiнiйних залежностi та рiвняння рег-респ двох рядiв спостережень, що нараховують понад 240 пар значень, засто-совували програму ТаЫеСигуе 2Б. Цей програмний продукт надае найкращi можливостi дослiдникам для знаходження щеальних моделей навiть для найскладнiших даних, автоматично апробовуючи тисячi рiвнянь широкого спектра лшшних i нелiнiйних моделей. Ц спецiалiзованi моделi охоплюють бшьшють вiдомих математичних конструкцiй. Дослiднику залишаеться пдаб-рати найкращу з експертно! точки зору з тисячi запропонованих моделей, розташованих у порядку зменшення коефiцiента регресп.

Доповнивши данi КНПП отриманими розрахунковими значеннями для всього басейну р. Прут, ми отримали таку регресiйну залежнiсть реального яюсного стану водойм гiдроекосистеми Прута з висотою мюцевосп (рис. 1). Розрахований показник К1ПЯ е вщносною величиною, залежить вiд рiвня антропогенного навантаження. Незважаючи на те, що з висоти 300 м

н.р.м. спостер^аеться стiйке забруднення водно! екосистеми р. Прут (показ-ник К1ПЯ набувае вщ'емних значень), тiснота зв'язку комплексного щдексу потенцiалу якостi з висотою мiсцевостi очевидна, описуеться рiвнянням у0'5 = 17,136 + 2,25-х - 0,061-х2.

Крива залежносп проходить по центру скупчення точок спостере-жень, поряд розташованi кривi, що описують довiрчий iнтервал 95 % забезпе-ченостi.

Rank 156 Eqn 6121 yA(0.5)=a+bx+cxA2 rA2=0.70296772 DF Adj rA2=0.69729194 FitStdErr=172.78021 Fstat=186.96436 a=17.135736 b=2.2495281 c=-0.061034778

1500-

1250

1000-

750

500

250

0

. Ы ' ■■■ яш ■ ^^^^^^

. ' ■ I ■ ■ Щу

. * ■ ■ ■ ■ ¿г if т т ш т .' ■ ■ ■ ■ . ■' ■ . • ■

Ш Я^ Ш Я 1 шЛуОкш ■ ■■■ t»' ■ ■

на ■ ■■

1500

1250

1000

750

500

250

0

-5 0 5 10 15

Рис. 1. Оцтка тжноти зв 'язку реального яшсного стану водойм (показник К1ПЯ по о« абсцис, вiдносна величина) лдроекосистеми Прута з висотою мкцевост1

(вкь ординат, м абс.)

Таким чином, мiж ознаками юнуе тюний кореляцшний зв'язок. Коефь щент детермшаци (0=г2=0,7) показуе, що варiацiя Х на 70 % зумовлена варь ацiею У. Перевiрка iстотностi зв'язку здiйснюеться за допомогою F-критерiю Фiшера. Табличне значення F-критерiю за рiвня значущостi 0,05 та числа сту-пенiв свободи 8 i 1 дорiвнюе 5,3. Таким чином, Р>Етабл (187>5,3), а зв'язок мiж ознаками невипадковий (ютотний).

Закони iснування екологiчних систем, зокрема гiдроекосистем, показу -ють, що самовщновлення системи пригнiчуеться в зонi напруження адаптацп i спадае до нуля в зош песимуму [4, 5]. Спираючись на це, а також врахову-ючи те, що зпдно зi змiстовною суттю за формулою визначення К1ПЯ, в природному сташ для гiдроекосистем Карпатського регюну вiн не може знижува-тись нижче -1 навпь в тому випадку, якщо всi показники знаходяться на рiвнi гранично допустимих концентрацш, для отримання функцiональних залеж-ностей норми К1ПЯ в часi i просторi, всi обрахованi вiд'емнi значення були вщкинуп (рис. 2). Отриманий ряд спостережень нараховуе 188 пар значень.

Отримана для пдроекосистеми р. Прут у межах Укра1нських Карпат функцюнальна залежнють (рис. 2) у = 197,5 + 162,2-х - 36,1-х2 + 9 ,8-х2,5 шля-

хом штерполяцп, тобто способом математичного обгрунтування невщомих значень динамiчного ряду явищ на основi встановленого взаемозв'язку норми К1ПЯ з висотою н.р.м., була апроксимована неперервною лiнiйною функцieю до висоти витоюв р. Прут (до 2000 м). Таким чином, за отриманою залежню-тю пропонуеться визначати норму потенщалу якостi в будь-який точщ пдро-екосистеми р. Прут в межах територп Укра1ни.

Rank 298 Eqn 2039 у=а+Ьх+ехл2+ахл(2.5) rA2=0.78519541 DF Adj гЛ2=0.77905814 FitStdErr=148.00602 Fstat=171.80352 a=197.51004 b=162.19252 c=-36.125925 d=9.809209

1900 1700 1500'

N. \К 1 j j j

\ г Г t г

S. К ! ! ! !

j j j j

! ! ! !

Ч i |

•к.

r~N;..... V. ^—' 4s%4v r 1 ! |

------- __М.. :;4—j......- —

1 ! .... |

N J

—1.....- — в ■ И'и

■

I I F-^r

1 } р ^J T . J_1 la.

¡I 1

------B r. fc:

I i i

1 1 1 1 i 1 1 i i

1900 1700 1500 1300 1100 900 700 500 300 100

12.5 10 7.5 5 2.5 0

Рис. 2. Функцюнальна залежтсть норми ятсного стану водойм (показник К1ПЯ по о« абсцис, вiдносна величина) лдроекосистеми Прута з висотою мкцевост1

всь ординат, м абс.)

Отже, аналопчно до попереднього випадку, мiж ознаками юнуе тюний кореляцшний зв'язок (г2=0,785). Коефiцiент детермшацп (0=г2=0,78) показуе, що варiацiя Х на 78 %% зумовлена варiацiею У. Перевiрку ютотносп зв'язку здiйснювали за допомогою Г-критерж> Фiшера. Табличне значення Г-крите-рто за рiвня значущостi 0,05 та кшькосп ступенiв свободи 8 i 1 дорiвнюе 5,3. Таким чином, Р>Гтабл (171,8>5,3), а зв'язок мiж ознаками невипадковий (ю-тотний). Поза сумшвом, на показники норми К1ПЯ на висотах нижче нiж 400 м вплинуло iснуюче техногенне навантаження на пдроекосистему. Саме на цих абсолютних вiдмiтках закiнчуеться природоохоронна зона КНПП. Тому самоочисна здатнють гiдроекосистеми спроможна тдвищувати показники норми вище встановленого рiвня, що доводять поодиною вимiри якостi. Але дослщження цього питання - задача окремого дослщження.

У попереднiх роботах автор отримав регресшш залежностi кiлькiсних показниюв стоку для вше1 територп Карпатського регюну (модуль стоку в л/с км2) вщ абсолютно1 висоти мюцевосп [6]. На сьогоднi тривалiсть безперер-вного ряду спостережень за витратами води продовжилась на 15 роюв, отже, для надшносп загальних результапв, використавши поновлену базу даних i

2. Екологiя довкiлля

77

вказане вище програмне забезпечення, е 3MicT отримати бшьш точну функщ-ональну залежшсть просторового розподiлу кiлькiсних показникiв пдроеко-системи. Просторову залежнiсть виявляе питомий показник стоку - модуль стоку (М, л/с км2) (рис. 3).

Modul-visota-Prut Rank 2 Eqn 11 y=a+bx/lnx rA2=0.93939402 DF Adj rA2=0.91515162 FitStdErr=90.739107 Fstat=93.000125

a=-516.01048

(середньобагаторiчний модуль стоку) гiдроекосистеми Прута з висотою мкцевост1 (вкь ординат, м абс.)

Таким чином, отримали просторовi закономiрностi розподшу комплексного шдексу потенцiалу якостi i кiлькiсного показника стоку з абсолютною висотою мюцевосп для басейново! екосистеми р. Прут у межах Укра-1нських Карпат. Враховуючи показанi вище функцюнальш залежностi i ютот-ний невипадковий зв'язок мiж ознаками, ми зробили спробу отримати трьох-мiрну залежшсть норми кшькюно-яюсних показникiв гiдроекосистеми р. Прут вщ висоти мiсцевостi (рис. 4). Нормою вважаемо середньобагаторiч-не значення модуля стоку та К1ПЯ наближене до природних умов. Для отри-мання функцюнально! залежностi застосовували програму ТаЫеСигуе 3Б.

Прогнознi значення норми К1ПЯ на висотах, де не проводять спостре-ження, отримаш шляхом апроксимацп криво! до витоюв р. Прут.

Висновки. Результатом проведених дослщжень е: математичне обгру-нтування тюного взаемозв'язку кiлькiсних i яюсних показникiв наближено! до природно! пдроекосистеми на прикладi р. Прут у межах Укра!нських Карпат; виявлення функщональних закономiрностей просторового розподiлу комплексного шдексу потенщалу якостi та середньобагаторiчного модуля рiчкового стоку залежно вщ висоти мiсцевостi гiдроекосистеми; отримання двохмiрних, трьохмiрноl моделей та рiвнянь регресп для визначення се-редньобагаторiчних норм дослщжуваних кiлькiсно-якiсних показникiв пдро-екосистеми у будь-якому 11 створi лише за значенням висоти мюцевосп.

Рис. 4. Функциональна залежшсть просторового розподту норми к1льтсно-яшсних показникв гiдроекосистеми р. Прут в межах Украти

Л1тература

1. Патент на корисну модель № 64027. Споаб оцшки якосп поверхневих вод. Опублжо-вано 25.10.2011 р. // Бюлетень № 20.

2. Архипова Л.М. Гщроеколопчний потенщал поверхневих вод Карпатського нащ-онального природного парку / Л.М. Архипова, М.В. Корчемлюк // Науковий вюник НЛТУ Укра1ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра1ни. - 2011. - Вип. 21.3. - С. 74-79.

3. Архипова Л.М. Природно-техногенна безпека гщроекосистем : монография / Л.М. Архипова. - 1вано-Франгавськ : Вид-во 1ФНТУНГ, 2011. - 366 с.

4. Одум Ю. Еколопя / Ю. Одум : монография. - В 2-ох т. - М. : Изд-во "Мир", 1986. - Т. 1. - 328 с.

5. The restoration of rivers streatems. Theories and experience / Edited by James A. Gore. Faculty of Natures Sciences University of Tulsa. - Butterworth Publ., 1985. - 317 p.

6. Консевич (Архипова) Л.М. ОбГрунтування кореляцшного зв'язку р1чкового стоку з висотою мюцевосп в Карпатському регюш / Л.М. Консевич (Архипова) // Науков1 записки Тернотльського державного педагопчного ушверситету. - Сер.: Географ1я. - 2003. - № 2(7).

Архипова Л.М. Закономерности пространственного распределения качественно-количественных характеристик гидроэкосистемы реки Прут в пределах Украинских Карпат

Результатом исследований является математическое обоснование тесной взаимосвязи количественных и качественных показателей приближенной к естественной гидроекосистемы на примере реки Прут в пределах Украинских Карпат; выявление функциональных закономерностей пространственного распределения комплекс-

ного индекса потенциала качества и среднемноголетнего модуля речного стока в зависимости от высоты местности гидроекосистемы; получение двухмерной, трехмерной моделей и уравнений регрессии для определения среднемноголетних норм исследуемых количественно-качественных показателей гидроекосистемы в любом ее створе только по значению высоты местности.

Ключевые слова: гидроэкосистема, пространственное распределение, функциональные закономерности.

Arkhypova L.M. Spatial distribution patterns qualitative and quantitative characteristics of hydroecosystem r. Prout within the Ukrainian Carpathians

The result of research is the mathematical basis of the close relationship of quantitative and qualitative indicators to approximate the natural hydroecosystem by the example of r. Prout within the Ukrainian Carpathians; the identification of functional patterns of spatial distribution of the complex index of quality and potential of mean annual runoff in the module depending on the altitude hydroecosystem; getting a two-dimensional, three-dimensional models and regression equations to determine the average long-term norms studied quantitative and qualitative indicators hydroecosystem in any of its alignment only by the value of the altitude.

Keywords: hydroecosystem, spatial distribution, functional laws.

УДК 681.7 Полковник 1.М. Бутко, канд. техн. наук - вшськова частина К1410; пров. тж.-програмгст О.М. Маковейчук - ТзОВ "Б1Т"

ВИЗНАЧЕННЯ ДЖЕРЕЛ Л1СОВИХ ПОЖЕЖ ЗА СУПУТНИКОВИМИ ЗН1МКАМИ

Запропоновано алгоритм визначення джерел люових пожеж за супутниковими зшмками оптичного д1апазону з використанням розроблено! модел1 формування зоб-раження в умовах задимлення. Ефектившсть цього шдходу продемонстровано на приклад! обробки реального супутникового зображення. Наведено рекомендаци з проведення географ1чно! прив'язки знайдених точок загоряння.

Ключовг слова: математична модель, обробка зображень, супутников1 зшмки.

Внаслщок потеплшня кшмату проблема збереження лiсiв вщ вогню останшми роками набула особливо! актуальносп не тшьки в твденних i схщ-них регюнах Укра!ни, а й у Полюьких областях, де також переважають хвойш лiсовi масиви. Навесш значна кiлькiсть пожеж розповсюджуеться у ль совi масиви внаслiдок випалювання сухо! рослинносп та !! залишюв на роз-ташованих поблизу сшьгоспупддях, смугах вiдводу автомобiльних i залiз-ничних шляхiв, парках тощо. Проблемним, як i в попереднi роки, через обме-женiсть фiнансування, було здшснення авiацiйного патрулювання лiсiв [1]. Враховуючи складнють ситуацi! з пожежами, цш тематицi у 2010 р. було присвячено навггь окреме засщання Ради нацiонально! безпеки i оборони [2].

Проте авiацiйне патрулювання у бшьшосп випадкiв можна замiнити космiчним монiторингом, використовуючи данi з космiчних апаратiв дистан-цiйного зондування Землi (КА ДЗЗ). Космiчнi знiмки необхщного просторо-вого розрiзнення розповсюджуються в мережi INTERNET безкоштовно. Тим бшьше, що 17 серпня 2011 р. Укра!на запустила власний космiчний апарат, характеристики бортово! апаратури якого також дають змогу виконувати заз-