Условия функционирования природно-технических экологических систем

Развитие строительства и промышленного производства приводит к повышению влияния техногенных факторов на природную систему и увеличивает риск нарушения экологического равновесия.

Понятие «экологическое равновесие» в природе имеет глубокий смысл и отражает состояние и свойства биогеоценоза. Если вследствие антропогенных изменений экологическое равновесие нарушается, то это приводит к значительным диспропорциям в единичных или общих природных явлениях.

Одна из фундаментальных задач исследования любой экосистемы — точный и достоверный прогноз возможных последствий нарушений в природе, возникающих при техногенных воздействиях.

Задачей промышленной экологии является такая организация производства, которая при его строительстве и эксплуатации обеспечила бы минимальные потери неживой и живой природы.

Реальная природно-техническая система в своем совместном функционировании базируется на процессах энерго- и массооб- мена. Со стороны промышленных производств идет поток разнохарактерных техногенных возмущений, которому противодействует реактивный поток со стороны биосферы. Взаимодействие этих потоков обеспечивает уровень антропогенного изменения свойств природных объектов по всей совокупности параметров.

Процесс формирования и развития конкретной экосистемы характеризуется закономерным изменением начальных показателей природной системы.

Каждый вид промышленного техногенеза обладает свойственной ему спецификой воздействия на объекты природы.

Реальный процесс формирования и развития природно-технической системы сопровождается закономерным накоплением антропогенных изменений свойств экосистемы во времени. Характер такого взаимодействия показан на рис. 2.1.

Период (т0- т,) отвечает переходу экосистемы из одного состояния в другое без явного накопления антропогенных изменений. Период (т, - т2) характеризуется переходом из абсолютно устойчивого состояния экосистемы в состояние с незначительными остаточными антропогенными изменениями.

Р0,..., Рпр — состояние экосистемы при накоплении в ней антропогенных изменений в различные периоды времени.

Область I характеризуется возможностью полного восстановления природно-технической системы за счет собственных компенсационных возможностей. Область II отвечает условию комплексного восстановления системы за нормативно заданное время: 30 — 50% естественного самовосстановления и 50 — 70% искусственного восстановления. Область III характеризуется комплексным восстановлением системы за пределами нормативного времени за счет частичного (10 — 20% самовосстановления и 80 —

Рис. 2.1. Схема функциональных переходов экосистемы по стадиям антропогенных изменений:

I— область исходного состояния экосистемы; II— область накопления локальных изменений и развития экосистемы; III — предельное состояние; Pz — состояние экосистемы при накоплении в ней антропогенных изменений; т — время

90% принудительного) восстановления. Область IV отвечает условию полного отсутствия компенсационных возможностей природной среды к самовосстановлению даже за пределами нормативного времени, а также значительными экологическими потерями, в том числе и защитных функций.

Физический смысл экологической безопасности состоит в последовательном суммировании времен перехода системы от начального равновесного состояния (т0) через промежуточные условно равновесные состояния (т, - т3) к предельному состоянию (тпр), характеризующемуся критическим уровнем накопления антропогенных изменений.

В оценке последствий промышленного воздействия на природу важно выявление масштабов этого воздействия, при которых оно не причинило бы вреда человеку и природе.

Любое промышленное воздействие на природу характеризуется ответной реакцией со стороны окружающей среды, которая может проявляться в трех формах — адаптационной, восстановительной и невосстановительной.

Адаптационная реакция предусматривает локальное, статистическое смещение равновесия, в рамках которого окружающая среда продолжает функционировать в новых условиях.

Восстановительная реакция отвечает полному или частичному восстановлению свойств экосистемы.

Невосстановительная реакция соответствует критическому состоянию окружающей среды.

Переход системы к экологически экстремальной ситуации возможен при превышении допуска хотя бы одного показателя возмущения.

Рассмотрим характер влияния антропогенных факторов, возникающих в процессе строительства типового промышленного объекта и его дальнейшей эксплуатации.

В процессе строительства допускается определенное антропогенное воздействие, приводящее к изменению ряда природных факторов (рис. 2.2).

Условие экологического равновесия требует, чтобы к моменту окончания строительства характеристики состояния природной среды были бы невозрастающими функциями во времени. Если какая-либо характеристика носит неуправляемый характер, то ее монотонное возрастание может привести в процессе эксплуатации к достижению предельного антропогенного уровня, представляющего экологическую опасность.

Принцип оптимального функционирования природно-технической системы при управлении трудовыми процессами и произ-

Рис. 2.2. Функциональные характеристики антропогенного изменения в природно-технической системе:

/— предельный антропогенный уровень; 2— стадия формирования промышленного объекта; 3— стадия эксплуатации промышленного объекта; /— IV— условные характеристики факторов антропогенных изменений (/— сохранность природного покрова почвы; II— сохранность растительного покрова; III— сохранность гидрогеологического состояния рельефа; IV— сохранность естественного вида ландшафта); т— время; G — количественный показатель компонента

природного ландшафта

водственной деятельностью может быть сформулирован следующим образом:

если природно-техническая система испытывает влияние комплекса факторов техногенного и антропогенного воздействия, то для стабильного функционирования этой системы необходимо, чтобы сумма этих воздействий оставляла без изменения все структурные соотношения в данной системе.

Для разработки оптимального экологического режима необходимо знать факторы технического воздействия, критерии оценки состояния экосистемы и иметь управляющие параметры, оказывающие воздействие на природную экосистему.

Факторы техногенного воздействия определяют'. по номенклатурному (качественному) составу техногенных выбросов; по интенсивности их воздействия (оценивается коэффициентом весомости) на природную среду.

Критерии состояния экосистемы служат объективной мерой оценки эффективности разрабатываемых инженерно-экологических методов охраны окружающей природной среды для различных производственных процессов.

Выбор критериев зависит от специфики экосистемы и требований, которые к ней предъявляют. Часто для оценки влияния промышленного техногенеза на экологическое равновесие используют следующие интегральные критерии: абсолютные потери окружающей среды, выраженные в конкретном изменении данных биогеоценоза флоры и фауны; компенсационные возможности экосистемы, характеризующие ее восстанавливаемость в естественном и принудительном режимах; опасность нарушения природного баланса, которая определяет вероятность возникновения необратимых потерь и экологических сдвигов; уровень экологических потерь, которые характеризуют масштабы воздействия промышленного техногенеза на окружающую среду.

Преодоление экологического антагонизма в системе «человек — производство — природа» — главная цель промышленной экологии на современном этапе развития научно-технического прогресса.

При строительстве и эксплуатации промышленных объектов необходимо инженерное обоснование экологически безопасных допустимых уровней техногенного воздействия на геосферы Земли, обеспечивающее сохранение устойчивости биогеоценоза и природных функций экосистемы.

Разработана и применяется система управляющих параметров, направленных на сохранение природоохранных функций экосистемы.

К ним относятся инженерные решения и мероприятия, в том числе: разработка новых безотходных и ресурсосберегающих технологий; совершенствование методов обезвреживания техногенных выбросов и создание замкну тых производственных циклов; разработка мероприятий по комплексному использованию сырья.

Контрольные вопросы Что представляет собой природная экологическая система? Перечислите основные законы, функционирующие в природных системах. Сформулируйте закон физико-химического единства В. И. Вернадского. Что понимают под надежностью природной экосистемы? Из каких составных частей она складывается? Что представляют собой природно-технические системы? Каковы условия их формирования? Сформулируйте закон внутреннего динамического равновесия. Какие следствия вытекают из закона внутреннего динамического равновесия? Каковы условия безопасного функционирования природно-технических систем?