Геоэкологический мониторинг

Геоэкологический мониторинг на базе ГИС

В последнее время мониторингу природной среды уделяется повышенное внимание как в отдельных странах, так и на международном уровне. По определению Ю. А.Израэля мониторинг - это "система повторных наблюдений одного или более элементов окружающей природной среды в пространстве и времени с определенными целями". Цели мониторинга сформулированы как "наблюдение за факторами воздействия, слежение за состоянием и изменениями состояния окружающей среды, прогноз состояния биосферы, оценка изменений этого состояния". Одна из основополагающих идей мониторинга - выход на принципиально новый уровень компетентности при принятии практических управленческих решений локального, регионального и глобального уровней. Однако ныне действующие подходы и концепции мониторинга практически не предусматривают его использование непосредственно в механизме принятия управленческих решений.

Как показывает опыт развитых стран, данные мониторинга только тогда становятся эффективным инструментом природоохранной политики, когда они широко доступны для специалистов и населения в виде национальных и региональных отчетов на бумажных носителях или в виде специализированных баз данных.

В документах Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992), а также в Программе действий по защите окружающей среды для Центральной и Восточной Европы (Люцерно, 1993), большое внимание уделяется скоординированному, согласованному сбору и оценке экологических данных на национальном и международном уровнях, координации систем экологического мониторинга, созданию центров обработки данных на основе новейших информационных технологий. Следует отметить, что многие международные и национальные организации, работающие в области мониторинга окружающей среды и дистанционного зондирования Земли создали и постоянно пополняют значительные по объему базы данных по тем или иным проблемам сохранения и рационального использования природных ресурсов. Так, только в рамках программы ЮНЕП по глобальному мониторингу окружающей среды (GEMS, Global Environmental Monitoring System) в течение более 10 лет производится сбор и накопление информации по различным проблемам, в т. ч по изменению климата, контролю за распространением загрязнителей воздуха, монито-. рингу вод и почв, возобновимым ресурсам, состоянию океана, здравоохранению и др.

Для более полного использования накопленной информации в рамках программы ООН в области окружающей среды (UNEP) было принято решение о развитии метода, позволяющего свести все разрозненные данные в единую скоординированную систему, внутри которой будет возможно установить связи между различными ее компонентами, необходимыми для проведения всесторонней оценки и принятия научно-обоснованных решений. В наибольшей степени этим целям удовлетворяет концепция геоинформационной системы, получившая название Global Resources Information Database (GRID) - Глобальная база данных о природных ресурсах Земли.

Наряду с базами данных общего назначения, существуют системы компонентного и отраслевого направления: гидрологические, климатологические, лесного хозяйства, загрязнения атмосферы и т. д. Например, во всех развитых странах мира в той или иной форме организован агроэкологический мониторинг.

Агроэкологический мониторинг (АЭМ) - это информационно-управленческая система оценки состояния природно-хозяйственной среды сельскохозяйственного назначения, нормирования, прогнозирования и разработки управленческих решений для АПК на государственном, региональном и локальном уровнях. Необходимо иметь в виду, что АЭМ - не просто комплексный, а системный мониторинг, то есть это далеко не простая сумма мониторингов ландшафта, почв, вод, растительности и др. АЭМ существенно отличается от компонентных мониторингов (почв, воды, атмосферы и др.) и общего экологического мониторинга. Отличие от первых состоит в интегративном подходе, системном объединении компонентных мониторингов, а от общего - в более четком определении объекта, предмета, аспекта, метода и цели исследований.

Учитывая наличие службы охраны земель и различного рода региональных (федеральных) служб по контролю за использованием сельскохозяйственных угодий, функции АЭМ выполняются по-разному даже в одном государстве. Так, в США данные вопросы преимущественно находятся в ведении федеральных властей и четко ориентированы на правовое регулирование земелепользования через систему налогов. Хотя существуют и более радикальные меры регулирования. Например, в штате Вермонт (США) землепользование должно отвечать 10 требованиям, без выполнения которых вообще не разрешается освоение собственного участка. Среди правил - гарантия того, что освоение не приведет к загрязнению водоемов и воздуха выше нормативов, не уменьшит количества и качества питьевой воды, не вызовет эрозии почв или потери водоохранных свойств земли и другие экологические ограничения. Для сбора и ввода исходной информации, анализа и представления данных используется свыше 1000 локальных и региональных геоинформационных систем.

Не менее широко используются ГИС для агроэкологического мониторинга и в Европе, причем масштабы территориального и тематического охвата могут быть самыми различными: от отдельного фермерского хозяйства до группы государств.

Наиболее широко известен проект MARS Европейского сообщества, предназначенный для контроля за распределением сельскохозяйственных субсидий. На основе данных дистанционного зондирования и ГИС определяется количество полей, засеянных той или иной культурой. В разработке проекта участвуют 13 стран-членов ЕС, основные блоки мониторинга было намечено запустить к 1.01.96 г. Разработанная система получила название FACTS (Farmer Analysis & Control Teledetection System). Она создан на базе ГИС-пакета INTERGRAPH и включает модули ввода данных, управления данными, различные типы анализа, систему подготовки карт. Система испытывалась в Дании в 1993 г., а также использовалась для выявления случаев нарушения правил землепользования при получении субсидий в Греции в 1996 г.

Во Франции ГИС применяются для контроля режима и технологии использования органических удобрений. В частности, все животноводческие компании должны соблюдать ряд местных стандартов и иметь карты и плановые документы для общественной проверки. Правила использования органических удобрений в каждом департаменте разные. Такие правила предусматривают защиту рек и подземных вод от токсикантов и неприятного запаха. В большинстве регионов правила запрещают фермерам и животноводам пользоваться удобрениями на определенной дистанции от домов, не менее 100 м от колодцев и во многих других случаях. При этом экологические параметры определяются способностью почв абсорбировать и фиксировать загрязнения, их способностью к самоочищению (окисление органики и уничтожение болезнетворных бактерий), возможностью содержать элементы питания доступными для растений. Если почвы насыщены водой большую часть года или слишком тонки для абсорбции и фиксирования удобрений, применение навоза на них запрещается.

Фермеры, применяющие навоз для удобрения почв, должны иметь разрешение и пакет рабочей документации для проверки соответствия технологии местным стандартам. На подготовку всего пакета документов (анализ кадастровых и топографических карт, вычерчивание планов) традиционными методами уходило около трех недель. Французская животноводческая компания COOPERL, изготовлявшая до 300 таких планов ежегодно, разработала прикладную ГИС для создания карт распределения навоза по полям. Эти карты выполняются на базе планов землеустройства с указанием запретных зон и сопровождаются текстовыми обоснованиями и пояснениями. Процесс изучения каждого участка при помощи ГИС состоит из нескольких шагов. Первый шаг - это создание цифровых карт с границами землепользования, водотоками, колодцами и т. д. Далее полученные тематические слои накладываются, выделяются различные технологические участки. В этом случае база данных содержит информацию об особенностях применения удобрений, например о степени риска при внесении навоза непосредственно при вспашке, 12 или 24 часа спустя, без вспашки или ночью при вспашке. Кроме этого, для различных степеней риска определяются три уровня безопасных зон вокруг охраняемых объектов (рек, колодцев, жилых зон и т. д.). Анализируются перекрытия зон различных объектов и устанавливается их приоритет. В дальнейшем определяется максимальный коэффициент риска для каждой зоны и соответствующая ему технология внесения удобрений. Процедура автоматического наложения слоя зон безопасности и слоя технологий выращивания агрокультур создает третий слой, определяющий, как, где и когда должны вносится органические удобрения.

Более 4 млн. долларов США было вложено для создания системы агрометеорологического обслуживания на о. Сардиния (SAR). Эта система готовит специализированные бюллетени и карты для ассоциации фермеров острова. Основные блоки системы (базирующейся более чем на 30 рабочих станциях SUN и ПК) включают принимающие станции систем Meteosat и NOAA/AVHRR, 34 агрометеорологические станции по всей Сардинии, пакет ГИС ERDAS IMAGINE, базу данных ORACLE, спутниковую связь между агрометеостанциями и региональным обслуживающим центром. Система обмена данными между центром и удаленными агрометеорологическими станциями базируется на ПК. Станции измеряют скорость и направление ветра, температуру воздуха и земли, относительную влажность, солнечную радиацию, осадки, транспирацию и многое другое, передавая данные через комбинированную спутниково-телефонную сеть.

Система контролирует поступление данных из сети агрометеостанций, частоту измерений, устанавливает уровни тревоги и т. д. Эти параметры визуализируются в реальном времени для обнаружения ошибок на отдаленных станциях наблюдения. Результаты в любой момент могут быть представлены в виде карт или сводных таблиц. SAR финансировалась региональным правительством, Европейским Сообществом и некоторыми исследовательскими институтами для того, чтобы рационализировать существующие административные и технологические ресурсы и, таким образом, улучшить передачу агрометеорологических и микроклиматических данных местным фермерам. Увеличение урожайности, улучшение качества продукции и условий хранения являются обычными преимуществами инициатив подобного типа, но в случае Сардинии на первое место выходят нехватка водных ресурсов, контроль загрязнений и сокращение потерь от экстремальных погодных условий (например, только в 1993 году пожары уничтожили более 60000 га леса).