Разработка проекта антропогенного ландшафта речного водосборного бассейна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка проекта антропогенного ландшафта речного водосборного бассейна



Содержание

1. Общая характеристика окружающей среды Ставропольского района

1.1 Природные и антропогенные формы ландшафта региона

1.2 Факторы оценки экологической устойчивости ландшафта

2. Структура биосферы. Климат и продуктивность экосистем региона

2.1 Компоненты биосферы и их антропогенные изменения

2.2. Свойства и функции экосистем региона и биосферы в целом

3. Круговорот биогенного и биотического вещества в биосфере

3.1 Энергетическое обеспечение биологического круговорота

3.2 Биотический круговорот водорода

4. Природные ресурсы Ставропольского района и их использование

4.1 Оценка промышленных природных ресурсов района

4.2 Земельные ресурсы района

5. Разработка проекта устойчивого развития лесо-агроэкосистемы района

5.1 Природные компоненты и экологические факторы окружающей среды

5.2 Кривая нормального распределения жизнедеятельности организмов

5.3 Расчет предельно допустимой площади и мощности ТЭС

5.4 Расчет предельной мощности и территории для размещения ГЭС

5.5 Оценка устойчивости функционирования экосистем ландшафта речного бассейна

6. Проектирование техногенной нагрузки на водосборе малых рек Ставропольского района

6.1 Исходные данные выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников

6.2 Расчет химической нагрузки на площади речного водосбора

6.3 Динамика изменения популяций ландшафта речного водосборного бассейна

6.4 Оценка возможности сооружения тепловой и гидроэлектрической энергии

7. Экологическая оценка строительства и эксплуатации ТЭС

7.1 Общий показатель геодинамического потенциала территории района

7.2 Природоохранные мероприятия рационального использования природных ресурсов района

Заключение

Используемая литература

Приложение



1. Общая характеристика окружающей среды Ставропольского района

В состав экономического Поволжского региона входят области среднего и нижнего течения реки Волги общей площадью 535 тыс. км² с населением 17 млн. человек. Территория Поволжья расположена по обоим берегам Волги.

Волга делит территорию Поволжского региона на возвышенное правобережье и низменное - Заволжье. Преобладают степные и лесостепные зоны антропогенного ландшафта; имеются большие площади посаженных защитных лесополос меридианного и широтного расположения. Животный мир представлен многочисленными особями популяций как водных, так и наземных экосистем. В Самарской области средняя температура января -13.5 ?С, июля + 21.0?С; имеются благоприятные условия для развития сельскохозяйственного производства и садоводства.

Ведущими отраслями Среднего Поволжья является машиностроение, электроэнергетика, промышленность строительных материалов, нефтяная, нефтеперерабатывающая, газовая, химическая, легкая промышленность; развито сельскохозяйственное производство. Территория Самарской области - 53.6 тыс. км² , население - 3.2 млн. человек, в том числе городское население - 80%.

1.1 Природные и антропогенные формы ландшафта региона

Природный ландшафт основное понятие физической географии среды обитания организмов экосистемных образований. Ландшафт-это естественная или антропогенная территория с однотипным рельефом, единым геологическим строением, общим климатом, однородным сочетанием гидротермальных условий, структуры почв, биогеоценозов и характерным набором геосистем. Структура природного ландшафта определяется процессами обмена вещества и энергии в экосистемах, подверженных длительным, ритмичным и необратимых изменениям.

Ландшафтная экосистема состоит из комплекса природных компонентов: массы пород, массы нижних слоев атмосферы, водной оболочки в трех фазовых состояниях, почвы, биоты растительного и животного мира. Ландшафтные геосистемы обладают свойствами природных компонентов, а также характеризуется потоками энергии, вещества и информации, но изменены хозяйственной деятельностью человека. В зависимости от функциональных особенностей экосистемных образований ландшафты делятся на лесные, степные, речные и озерные. В данном курсовом рассматривается речной ландшафт.

В динамичном развитии ландшафты подразделяются на природные и антропогенные формы. Природный ландшафт - это естественные географические комплексы, в котором основные компоненты тесно взаимосвязаны и по условию развития образуют однородную, единую, неразрывную, саморегулирующую систему. Антропогенный ландшафт - преобразованный хозяйственной деятельностью природный ландшафт, в котором основные компоненты образуют единый территориально-производственный комплекс и развивается под контролем человека.

Богатовский район расположен на юго-востоке Самарской области. Данный регион относится к степям Поволжья и характеризуется:

1)климат - сезонный, летние температуры от умеренного теплого до жаркого, зимние - ниже 0 ?С. Осадки 400-600 мм/год;

2)растительность: господствуют злаковые высотой 50см. и более с отдельными деревьями и кустарниками на влажных участках.

3)животный мир - разнообразные птицы - синицы, дятел, зяблик, снегирь, рябчик, дрозд; животные млекопитающие - белка, суслик, заяц-беляк, лось, косуля, кабан, волк, лисица, кролик и др.



1.2 Факторы оценки экологической устойчивости ландшафта

Под экологической устойчивостью понимают способность экосистемы сохранять свои свойства и функции под воздействием внешних и внутренних факторов. Устойчивость обеспечивает стабильность экосистем в длительном времени. Оценка экологической устойчивости экосистем ландшафта проводится на предпроектной стадии в рамках ОВОС и является обязательной процедурой проектирования, строительства и эксплуатации любого значимого объекта.

Факторами экологической оценки устойчивости речного ландшафта могут быть: инженерные решения, экологические показатели, социальные вопросы и экологические последствия, а также оценка риска безопасности воздействия климата и др.

Экологическая оценка - это процесс систематического анализа и оценки экологических последствий намечаемой деятельности, консультаций с заинтересованными сторонами и учета конечных результатов в планировании, проектировании, утверждении и осуществления данной деятельности. Это можно достигнуть, если экосистемы ландшафта будут устойчивыми: сохранять свое воспроизводство и самовосстановление.



2. Структура биосферы. Климат и продуктивность экосистем региона

Биосфера - активная оболочка Земли, населенная живыми организмами, в которой совокупная их деятельность проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Экосистема определяется в основном двумя абиотическими факторами: температура и количество осадков. Режим температуры осадков на обширной площади водосбора речного ландшафта в длительном времени формирует климат региона. В свою очередь особенности климата, почвенно-геологических условий и рельеф местности определяют продуктивность экосистем районов.

2.1 Компоненты биосферы и их антропогенные изменения

Основным компонентами биосферы являются атмосфера, гидросфера, литосфера и живая оболочка Земли.

Атмосфера - газовая оболочка планеты, состоит из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Основной газовый состав Поволжского региона представлен в таблице 1.

Таблица 1

Основные газовые элементы Самарской области:

Элемент	Объемные доли, %	Весовые доли, %
Азот, N2	78,08	75,51
Кислород, О2	20,95	23,15
Аргон, Аr	0,93	1,25

Выбросы вредных веществ в атмосферу Самарской области от стационарных источников ежегодно составляют 400 тыс.т , в том числе твердых веществ 40 тыс. т, газообразных и жидких отходов - 360 тыс.т. Из этого количества органические соединения - 150 тыс.т, окиси углерода - 70 тыс. т, сернистого ангидрида - 60 тыс.т, оксида азота - 50 тыс. т.

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха на территории Поволжья является автотранспорт, энергетические объекты и промышленные предприятия: нефтехимическая, нефтяная, металлургическая, строительная и химическая промышленность. По многим промышленным предприятиям Самарской области за последние 5 лет валовые выбросы загрязняющих веществ увеличилось на 30%, несмотря на уменьшение объема производства в 2 раза. Это объясняется тем, что происходит рост загруженности устаревшего технологического оборудования. Выбросы вредных веществ в атмосферу увеличили АвтоВаз до 110%, Нефтегорский Газоперерабатывающий завод - 120%, Сызранский завод "Пластик" - 130%, станции подземного хранения газа г. Отрадного - 150%, Тольяттикаучук - 200%, Волгоцементяжмаш - 250%.

Самарская область удовлетворительно обеспечена ресурсами минерального, углеродного, строительного и горнохимического сырья и покрывает спрос не только региона Поволжья Российской Федерации, но и стран Зарубежья. В Самарской области открыто 150 нефтегазовых месторождений, из них 105 находится в эксплуатации. Наибольший объем добычи нерудного минерального сырья приходится на щебень и камень; горнотехническое сырье представлено формовочными песками. Открыты месторождения тугоплавких глин, имеются одно месторождение каменной соли, четыре месторождения серы, асфальтов, битумов, гипса, ангидрита и мела. В Самарской области природные ресурсы используются неравномерно.

В области фиксируется большие отходы производства и потребления, а именно 700 тыс.т/год промышленных и 3,5 млн. м³/год бытовых отходов. Эксплуатируется 400 свалок отходов, большинство из них не отвечает нормативным требованиям. Утилизация, переработка и складирование отходов - острая экологическая проблема Самарской области, на территории которой накоплено 70 млн.т твердых отходов, в том числе 8 тыс.т особо токсичных отходов, ими занято 500 га земли.

Поверхностные и подземные воды Самарской области

Суммарный объем забора воды в области составляет 1300-1400 млн.м³/год, в том числе из подземных источников - 300 млн. м³/год. Из этого количества на промышленные нужды расходуется 400 млн. м³/год, на сельское хозяйство - 150 млн. м³/год, хозяйственно-питьевые нужды - 350 млн. м³/год, сельскохозяйственное водоснабжение - 70 млн. м³/год и прочие нужды - около 300-400 млн. м³/год.

Большинство городов и поселков Самарской области в питьевом водоснабжении обеспечиваются за счет подземных вод, за исключением Самары, Жигулевска, Отрадного и Кинеля. Область хорошо обеспечена разведанными подземными водоисточниками (более 2000 млн. м³/год), которые используются до 250-300 млн. м³ /год. Многие подземные воды сильно загрязнены бытовыми и промышленными стоками.

В настоящее время в Самарской области построена режимная контрольная сеть подземных вод. В последние годы 1/3 скважин не эксплуатируется. Основными источниками загрязнения подземных вод являются предприятия нефтехимического, химического и сельскохозяйственного производства, а также городские коммунальные хозяйства.

Общий земельный фонд Самарской области - 53.6 тыс. км² (5360 тыс. га), в том числе земли промышленности - 140 тыс. га, лесохозяйственных предприятий - 550 тыс. га, земли водного фонда - 1880 тыс. га, земли сельскохозяйственных угодий - 3000 тыс. га.

Самарская область характеризуется значительной неоднородностью почвенного покрова, земли расположены в двух природных зонах: лесостепной (север), степной (юг). Почвенный покров в лесостепной зоне представлен щелочными и типичными черноземами. Среди черноземов большой удельный вес занимают остаточно карбонатные, в степной зоне - обыкновенные и южные черноземы. В почвах области невысокое содержание гумуса до 10%. В области имеется большое количество засоленных почв, заболоченных, переувлажненных и каменистых. Ирригационный фонд области составляет 182 тыс.га.

Речной ландшафт Самарской области представлен примерно 2500 видами растений и 15000 видами животных. Растительность сосредоточена, в основном, в северных районах; в южных районах распахано земель на 70 % территории, что отрицательно сказывается на видовом составе растений и животных. Растительный покров представлен лесными, луговыми и степными формациями.

В лесу преобладают дуб, липа, сосна, осина, береза. Зона лесостепи характеризуется чередованием лесной и лугостепной растительности. Средняя лесистость района - 1,2 %. Общая площадь лесов - 780 тыс.га. Запас древесины в лесах - 73 млн. м³. Леса области ослаблены климатическими, экологическими, антропогенными факторами, а также поражены болезнями и вредителями. Экологическое бедствие - лесные пожары. Ежегодный ущерб от пожаров составляет десятки миллионов рублей.

На территории Самарской области 400 видов животных представлены позвоночными, из них - 50 видов рыб, 235 видов птиц, 75 видов млекопитающих. В 1990 году на территории области обитали 3400 особей лосей, осталось 2000 голов.

Крупные реки и водохранилища имеют достаточные рыбные ресурсы. Общая протяженность малых и средних рек - 2,7 тыс. км²; общая площадь водохранилищ в пределах Самарской области - 180 тыс.га. Имеются 100 озер общей площадью 7 тыс.га. Территория Богатовского района пересечена рекой Самара.



2.2 Свойства и функции экосистем региона и биосферы в целом

Наиболее важные свойства экосистем, с одной стороны, определяются физико-химическими показателями окружающей среды, фундаментальными законами природы, а с другой - являются следствием иерархической организации уровней жизни на Земле. Свойства экосистем: способность зеленых растений аккумулировать солнечную энергию, эмерджентность, саморегуляция, кибернетическая природа взаимосвязей, равновесие естественное, стабильность.

Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого вещества, которое отражено в законе биогенной миграции атомов. Выделяют пять основных биогеохимических функций живого вещества планеты: энергетическую, концентрационную, деструктивную, средообразующую и биохимическую.



3. Круговорот биогенного и биотического вещества в биосфере

Биосфера - живая оболочка Земли, которая содержит живые организмы и часть косного вещества планеты. Биотические компоненты - растительный и животный мир природной среды. Живое и неживое вещество находится в непрерывном обмене. Активная роль жизнедеятельности организмов принадлежит биогенным элементам.

Биогенными элементами называют химические вещества, которые входят в состав и участвуют в обменных процессах живого организма.

Биогенные элементы участвуют в обменных процессах, малом и большом круговоротах веществ наряду с биотическими компонентами природы.

Климатические особенности географических зон непосредственно связаны с изменениями в круговоротах и циркуляции атмосферы. Основной причиной вертикального и горизонтального перемещения масс воздуха является разность температур между поверхностями земли на экваторе и полюсах.

Образование и перемещение циклонов, антициклонов определяют погодные условия ландшафтных территорий, которые оказывают значительное влияние на продуктивность экосистем регионов. Воздушные массы по температурам, солевому составу воды, пылевых частиц, аэрозолей отражают условия своего образования. На современном этапе общественного развития в движение воздушных масс вовлекаются и переносятся на большие расстояния загрязняющие вещества.

Большое значение имеют также физические свойства атмосферы: небольшое сопротивление движению, циркуляции перераспределяют водяные пары, загрязняющие вещества. Ветер во взаимодействии с другими факторами окружающей среды оказывает влияние на развитие растительности: стройность деревьев, распространение семян, спор, грибов, бактерий, миграция птиц, рост транспирации у растений и др. Повышение влажности стимулирует обменные процессы растений, животных.

3.1 Энергетическое обеспечение биологического круговорота

В природном ландшафте под влиянием солнечной энергии образуется три основных вида круговорота вещества, энергии и информации: на уровне отдельных видов организмов; в экосистемах между видами растений и животных; в биосфере - в пограничном слое живой и неживой природы. Межвидовой круговорот называют биологическим. Все три вида круговорота тесно связаны между собой и образуют целостную природную систему, движимую солнечной энергией. Рассмотрим биотический круговорот серы.

3.2 Биотический круговорот водорода

Крайне легкий водород (Н₂) в качестве составляющего элемента воды и многих органических соединений является самым часто встречающимся элементом на земле. Как часть биологического круговорота он нейтрален к окружающей среде и имеет, с технической точки зрения, ряд выгодных свойств. В виде газа (СH₂), в жидком виде (LH₂) или же в форме химического соединения водород Н₂ может транспортироваться и храниться.

Его можно сжигать, при этом происходит большой выход энергии без вредных выбросов - в остатке остается вода. Уже столетия, как водород является наиболее часто используемым в промышленности сырьем ( почти 500 млрд м³ в год), восстановленным различными способами , чаще всего из природного газа посредством преобразования паром или из нефти посредством частичного окисления.Естественно, в данном случае в распоряжении конечного пользователя может оказаться не только чистая без выбросов энергия, но также и общая цепочка возникновения энергии.

- восстановление водорода посредством сжигания ископаемого топлива из-за низкого КПД электролизёра требует большого перерасхода топлива и приводит к значительной нагрузке на атмосферу.

- после свободного сжигания водорода в смеси с кислородом освобождается большое количество окиси азота ( NO₂).

- водяной пар в верхних слоях стратосферы может дополнительно влиять в сторону увеличения на тепловой режим земли. На этот аспект должны обратить внимание в первую очередь самолетостроители и производители транспортных средств.

В качестве постоянной возможности производства водорода упорно рассматривается добыча возобновляемых источников (солнце, ветер), производимая энергия добывается посредством расщепления воды (электролиз воды) до получения водорода Н₂. Данный процесс, конечно, повысит стоимость за кВт, если учитывать современные многоплановые методы преобразования.



4. Природные ресурсы Ставропольского района и их использование

Природные ресурсы Безенчукского района приведены на топографической карте. Площадь территории района равна 2020.0км², население 45000человек.

Стабильный антропогенный речной ландшафт проектируется с учетом разведанных природных ресурсов при условии их рационального использования: воспроизводства растительного и животного мира и обеспечения экологической устойчивости природно-технических геосистем района. Проект устойчивого ландшафта речного водосборного бассейна района разрабатывается на основе концепции и принципов территориального природопользования.

Рациональное использование природных ресурсов обеспечивается экологическим проектированием и строительством антропогенного ландшафта и базируется на знании и учете законов, правил, положений, принципов экологии и природопользования.

4.1 Оценка промышленных природных ресурсов района

Безенчукского район располагает следующими природными ресурсами: биологическими, минеральными, почвенно-земельными, а также атмосферным воздухом. Основным природным ресурсом является солнечная энергия.

К биологическим ресурсам относятся растительный и животный мир. Лесной массив - ниже среднего уровня по области, лесоразработки запрещены. В лесных зонах проводится только очистка от валежника.

Минеральные ресурсы района представлены нефтяной

Водные ресурсы района представлены рекой Чапаевка.

Атмосферный воздух широко используется предприятиями Самарской области для выработки ценных продуктов (кислорода, азота, аммиачной селитры и т.д.).

Города и поселки полностью обеспечены искусственной энергией, солнечная энергия практически не используется.

4.2 Земельные ресурсы района

Земельные ресурсы района представлены следующими землями (рис.2):

1. Земли лесного фонда составляют 7,2%.

2. Земли сельскохозяйственного фонда составляют 77,6 %.

3. Земли населенных пунктов составляют 4,3 % .

4. Земли водного фонда 7,8%.

5. Земли промышленности, транспорта, обороны и иного несельскохозяйственного назначения 11,5 %.

Рис. 2. Диаграмма распределения земельных ресурсов



5. Разработка проекта устойчивого развития лесо-агроэкосистемы района

5.1 Природные компоненты и экологические факторы окружающей среды

Экосистемы любого ранга ландшафтов по структуре и эволюции развития могут быть представлены двумя отличительными группами природных элементов: абиотическими и биотическими компонентами, функции взаимодействия которых определяются экологическими факторами (абиотическими, биотическими, антропогенными).

Абиотические компоненты состоят из следующих материальных и энергетических потоков или режимов:

- неорганические - биогенные элементы;

- органические вещества, которые связывают абиотическую и биотическую части экосистемы;

- воздушная, водная и твердая среда обитания;

- климатические (физические) режимы.

Биотические компоненты состоят из трех функциональных групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Природные условия существования, размножения организмов зависит от среды обитания, экологических факторов окружающей среды. Экологическими факторами называют важные для жизни организмов компоненты окружающей среды, которые лимитируют или регулируют их жизнедеятельность и воспроизводство.

Многообразие экологических факторов подразделяют на три группы: абиотические, биотические и антропогенные. По отношению к экосистеме экологические факторы делят на внешние и внутренние.

Абиотические факторы зависят от географической широты, рельефа местности, геологических, климатических условий и для живых организмов представляются совокупностью важных свойств неживой природы:

- естественными физическими параметрами;

- химическими свойствами окружающей среды;

- почвенно-грунтовыми характеристиками.

Биотические факторы - совокупное воздействие жизнедеятельности одних организмов на другие и на окружающую природную среду. Взаимоотношения могут быть: антагонистическими (хищничество, паразитизм, конкуренция), неантагонистическими (симбиоз растений с азотфиксирующими бактериями на корнях), мутуализм, сотрудничество (взаимопомощь, один вид питается остатками другого).

Антропогенные факторы - совокупное воздействие человека на живую и неживую природу: воздействие прямое и косвенное; загрязнение окружающей среды.

Задача экологического проекта состоит в том, чтобы обеспечить интенсивную хозяйственную деятельность в конкретном административном районе при сохранении устойчивого развития экосистемных образований. Этого можно достигнуть управлением экологическими факторами окружающей среды с использованием данных мониторинга.

5.2 Кривая нормального распределения жизнедеятельности организмов

В проектировании экосистем используют обобщенные экологические факторы: продукции биомассы р (кг/м²*год) или биоразнообразие видов растительного R_р.n. (число популяций/км²*год) и животного R_р.ж. (число особей/ км²*год). В оценке устойчивости экосистем определяющее значение имеет не абсолютная величина биомассы продукции, а скорость ее изменения в зависимости от интенсивности обобщенного экологического фактора.

Изменение градиента обобщенного экологического фактора в мониторинге удобно выражать в баллах. Для этого годовую продукцию р = 1 кг/м²*год принимают равным 10 баллам. Тогда 1 балл = 0,1 кг/м²*год.

Для оценки устойчивости функционирования лесо-агроэкосистемы можно использовать статистический ряд за n лет наблюдений.

Вероятностное изменение членов х_i ряда характеризуют средним значением х₀ и их изменчивостью у по отношению к среднему значению, здесь у - среднеквадратичное отклонение (стандарт).

Исходные данные

Таблица 2

№ п/п	Год наблюдений	Продукция биомассы, кг/м2*год
1	1995	0,350
2	1996	0,408
3	1997	0,515
4	1998	0,641
5	1999	0,345
6	2000	0,541
7	2001	0,606
8	2002	0,519
9	2003	0,460

Используя ряд наблюдений х₁…х_n (табл.2), можно построить нормальную кривую распределения и определить оптимальные условия жизнедеятельности организмов.

Для определения расчетных параметров статистического ряда наблюдений составим таблицу 3, расположив в убывающем порядке.

Таблица 3

Порядковый номер члена ряда, n	xi, балл	(хi-х0), балл	(хi-х0)2, балл2
1	6,41	1,54	2,37
2	6,06	1,19	1,42
3	5,41	0,54	0,29
4	5,19	0,32	0,10
5	5,15	0,28	0,08
6	4,60	-0,27	0,07
7	4,08	-0,79	0,62
8	3,50	-1,37	1,88
9	3,45	-1,42	2,02
n=9	У xi=43,85, x0= У xi/n==4,87	УДxi= 0,02	У(xi-х0)2=8,851

Среднеквадратичекое отклонение (стандарт)

балла.

Среднее значение ряда между и

балла

Отклонение x₀ от среднего значения x_ср:

По результатам расчета (так как ) можно построить кривую нормального распределения, для этого найдем максимальную ординату:

(1)

при

(2)

Для построения нормальной кривой распределения приведем к виду и разместим у₀ в нулевой точке (х_i=х₀ ) графика кривой (рис.3).

Обозначим: у₀=у _макс ; m_i=( х_i - х₀ )/у ,

Тогда

(3)

При m_i=0, б _i=е^-0=1,

(4)

Для вычисления у_i по формуле (4) составим таблицу 4:

Таблица 4.

Число стандартов mi	б i	уi
1	2	3
0,00	1,000	0,150
0,25	0,969	0,147
0,5	0,883	0,132
0,75	0,756	0,113
1,00	0,608	0,091
1,25	0,459	0,069
1,5	0,326	0,049
1,75	0,217	0,033
2,00	0,136	0,020
2,25	0,080	0,012
2,5	0,044	0,007
2,75	0,023	0,004
3,00	0,011	0,002



Установим предельные условия жизнедеятельности у организмов в зависимости от обобщенного экологического фактора х: границы оптимума (х_а,х_b); верхний - х_с и нижний - х_е пределы устойчивости и экологической пластичности х_n (приспособляемости) организмов к окружающей среде. Указанные пределы определяются точкам перегиба (а,b) кривой у=f(х) и пороговым уровнями отклонений от амплитуды А_у0 устойчивости, равными 10% (точки 1,2).

Границы оптимальных условий жизни организмов находятся в точках перегиба кривой распределения а, b. Точки а,b перегиба кривой функции у=f(х) можно определить, приравняв вторую производную у" к нулю.

(5)

Отсюда

Так как

х_а,b=±у

То

х_а = х_b= ± у = ± 1,15 балла

(6)

У_b = - 0.12

Амплитуда оптимума

А_оп= у-(- у); А_оп= 2у = 2,1 (7)

Установим верхний и нижний предел устойчивости лесо - агроэкосистемы (точки с,е). Принимаем изменения 10% от умакс.

ус=у_е=0,1у_макс= 0,015

Границы устойчивости экосистемы при у= у_с= у_е и х= х_с= х_е можно установить из уравнения:

Решим это уравнение при

у_с/у_е=0,1,

Получим:

х_c= +2,15у; х_c= 2,26. (8)

х_е= - 2,15у; х_е= - 2,26. (9)

Амплитуда устойчивости экосистемы

А_у.э.= х_c -х_е=2,15 у -(-2,15 у),

А_у.э.= 4,30у = 4,515. (10)



Определим границы экологической пластичности экосистемы. Под экологической пластичностью понимают свойство видов (популяций) адаптироваться к диапазону изменения экологических факторов окружающей среды. Границы экологической пластичности располагаются 10% от пределов устойчивости (точки х₁, х₂) - первый пороговый уровень отклонений:

Дх₁=0,1х_с=0,215у =0,226 балла;

х₁= х_с -Дх₁=2,15 у - 0,215у =1,94у=2,037балла;

х₂= - 2,037 балла.

(11)

Амплитуда экологической пластичности кривой распределения

А_п.э.= х₁ -х₂=1,94 у-(-1,94 у),

А_п.э=3,88у = 4,074. (12)

Разница между амплитудами А_у.э. и А_э.п. характеризует зону выживания организмов (зона риска).

Точки 3, 4 кривой распределения характеризуют верхний и нижние пределы размножения организмов. Размножение - это воспроизводство организмов экосистемы.

Найдем эти границы:

х₃=+0,90*1,94у=+1,75у = 1,836;

х₄= - 1,836.



Положение точек х₁ ,х₂ ,х₃ ,х₄ принимаем приближенно.

Амплитуда устойчивого размножения организмов

А_у.р.= х₃ -х₄=1,75у-(-1,75у);

А_у.р.=3,50у = 3,657. (13)

В экосистеме обратимые деградационные процессы проявляются в зонах угнетения жизни, в результате чего на этих участках кривой распределения снижается жизнедеятельность организмов: по мере увеличения амплитуды экологического фактора обратимые деградационные процессы возрастают от нулевого значения на границе оптимума (у_а, у_b) до максимальной величины на границе размножения (у₃, у₄).

В зонах угнетения жизни в расчетах устойчивости экосистемы целесообразно применять среднюю ординату, характеризующую жизнедеятельность организмов и соответствующую ей амплитуду экологического фактора приведенного оптимума.

Такая ордината должна продолжить через центр тяжести трапеции АР3аА (ВР4bВ).

Используя исходные данные кривой распределения у=f(х), можно определить фактический коэффициент устойчивости лесо-агросистемы районов эврибионтных видов растений, сравнить его величину с расчетным предельным [к_у] и критическим (допускаемым) коэффициентом к_кр устойчивости естественных (эталонной) экосистемы.

Определим фактический коэффициент устойчивости лесо-агросистемы антропогенного ландшафта речного бассейна района для двух расчетных случаев:1) в пределах внешних границ кривой распределения (ординаты у_с,у_е); 2) в границах верхнего и нижнего пределов пластичности (выражения, ординаты у₁,у₂).

Из двух полученных расчетных значений в оценке устойчивости экосистеме принимается наименьшая величина.

к_ф.э.=(А_оп+а₀*(А_у.э.-А_оп))*г_n*x_ан.о/(А_у.э.*х_эт.о.);

где А_оп -оптимальная амплитуда градиента обобщенного экологического фактора, А_оп=2у=2,1;

а₀-коэффициент, характеризующий положение центра тяжести трапеции;

у_а=0,12; у_с'=0,002

а₀=(2 у_с`+ у<sub>а</sub>)/(3*( у<sub>с</sub>`+у_а));

а₀=(2*0,002+0,12)/(3*(0,000+0,12))=0,34;

А_у.э.- максимальная амплитуда экологического фактора для внешних границ кривой распределения,

А_у.э.=4,3у=4,51;

г_n-коэффициент надежности появления средней продуктивности х_ан.о.экосистемы антропогенного ландшафта по отношению к х_эт.о=1,0_. эталонной экосистемы:

Принимаем г_n=1, т к г_n=4,98=0,498<0,5

Приведенная оптимальная градиента обобщенного экологического фактора:

А_оп.с.=А_оп+а₀(А_у.э.-А_оп),

А_оп.с.=2у+0,35*(4,3у-2,0у)=2,81у = 2,95

Фактический коэффициент устойчивости для ординат у_с,у_е:

к_ф.э.=2,80*0,996,3у),

к_ф.э.=2,80*1,71/4,30*1,71*0.996=1,9

Фактический коэффициент устойчивости экосистемы для пределов выживания кривой распределения (ординаты у₁,у₂):

к_ф.п.=(А_оп+а₀*(А_у.п.-А_оп))*г_n*x_ан.о/(А_у.э.*х_эт.о.);

где А_у.п.- амплитуда пластичности (выживания) градиента экологического фактора, А_у.п.=3,88у=4,07;

а₀-коэффициент положения центра тяжести трапеции ;

у_а=0,12; у₁' =0,022.

а₀=(2 у₁`+ у<sub>а</sub>)/(3*( у<sub>1</sub>`+у_а));

а₀=(2*0,026+0,142/(3*(0,026 +0,142))=0,39.

Приведенная оптимальная амплитуда обобщенного экологического фактора:

А_оп.п.=А_оп+а₀(А_у.п.-А_оп),

А_оп.п.=2у+0,385*(3,88у-2,0у)=2,72у=2,86.

Фактический коэффициент устойчивости экосистемы пределов выживания организмов:

к_ф.п.=2,72 у*0,996/(4,3* у);

к_ф.п.=0,63

к_кр=0,6>к_фп=0,63<[к_фэ]=0,65 -фактический коэффициент устойчивости меньше расчетной предельной величины и меньше критического значения. Деградационные процессы имеют необратимый характер.

Выводы:

1.Фактическая устойчивость экосистемы меньше расчетной, для устойчивого функционирования антропогенного ландшафта речного бассейна Ставропольского района требуется разработка природоохранных мероприятий.

2. Из анализа полученных расчетных данных следует, что чем больше диапазон изменения обобщенного экологического фактора (амплитуда А_у.э.), тем меньше устойчивость экосистемы в антропогенном ландшафте.

В нашем случае к_ф<к_кр, следовательно, в природной среде возникают необратимые деградационные процессы.

5.3 Расчет предельно допустимой площади и мощности ТЭС

Требуется определить предельно допустимую площадь и мощность энергетического объекта с учетом экологических нормативов на стационарно-деструктивное загрязнение.

Исходными данными для расчетов являются сведения об экосистемах природного и антропогенного ландшафта территории района, а также величина критического коэффициента устойчивости проектируемой лесо-агросистемы [к_у]=0,65, рассчитанного по естественной продуктивности лесо-агроэкосистемы района.

Ландшафтные экосистемы хорошо приспособлены к рассеиванию энергии и противостоят процессу энтропии своей саморегуляцией, включая процесс экологического дублирования.

Человек постоянно нарушает способность саморегуляции экосистем (организмов) частыми и резкими воздействиями, которые приводят к усилению энтропии вплоть до деградации природы.

Задача проектирования антропогенного ландшафта района состоит в том, чтобы развивая энергетику, не нарушить границы устойчивости функционирования экосистем (к_д.мин.=0,6).Выполним расчет предельно допустимой площади и мощности теплоэнергетической станции.

В 1 кв.км площади содержится:

1км²=1000м*1000м=10⁶ м²/км².

Площадь территории района равна:

А_т.р.=820,2 км²*10⁶м²/км²=0,820 *10⁹ м² ;

Непродуктивные земли от общей площади составляют:

?А_нп.з=А_бл+А_ов+А_г*0,5+А_п.з.+А_а.д.+А_км*0,5+А_о.б.+А_т.р.+А_в.л.+А_к=

=3+5.2 + 6,4 + 2,2 +5 + 3,5 + 1,5 + 0 = 26,8%,

Откуда

?А_нп.з=0,268 * А_т.р

?А_нп.з=0,268 *0,820 *10⁹ = 0,22*10⁹ м² ;

Продуктивная площадь района равна:

А_пр= А_т.р.-?А_нп.з;

А_пр=0,82*10⁹-0,22*10⁹=0,6*10⁹ м² ;

Удельная продукция биомассы на территории района за календарный год

Р_уд=х₀*р_м;

р_уд=0,487балла/м²*1кг/балл=0,487 кг/м²*год;

где р_м=1 кг/балл-масштабный коэффициент перевода продуктивности ЭС в баллы.

Общая продукция биомассы территории равна:

Р_п.б.=р_уд*А_пр;

Р_п.б.=0,487 *0,6*10⁹=0.292*10⁹ кг/год;

Каждый килограмм продукции биомассы эквивалентен щ_к=4000 ккал энергии. Отсюда общая продукция биомассы, равноценная произведенной биоэнергии, ккал:

W_к=P_п.б.* щ_к;

W_к=0,292*10⁹ кг/год*4000 ккал/кг=1168*10⁹ккал/год.

Годовая продукция лесо-агроэкоистемы района, эквивалентная выработке валового количества электроэнергии:

W_эл=W_к* щ_к;

W_эл=1168*10⁹ккал/год*1,16*10^-3 кВт-ч/ккал=1,354*10⁶ кВт-ч/год;

При равномерной загрузке агрегатов и их коэффициенте полезного действия з_агр.=0,4 для выработки такого количества электроэнергии потребуется фактическая мощность энергообъекта

з_агр*N_э.о.=W_эл/n_ч;

з_агр*N_э.о.=1,354 *10⁶ кВт-ч/год/8760 ч/год=0,154 *10⁶ кВт,

откуда N_э.о.= 0,154 *10⁶/ з_агр

N_э.о.= 0,154 *10⁶/0,4=0,386*10⁶ кВт=386 МВт;

Критический коэффициент устойчивости лесо-агроэкосистем района составляет

к_д.мин=0,60. следовательно, предельная техногенная энергетическая нагрузка на территории может быть принята равной 0,60.

Отсюда предельно допустимая мощность ТЭС района составит:

N_ТЭС.пр=к_д.мин*N_э.о., N_ТЭС.пр=0.6*386=231,6 МВт.

Критический коэффициент устойчивости лесо-агроэкосистемы района, включая местные котельные установки, определим условно по требуемому расходу тепловой и электрической энергии на общее число жителей городских и сельских административных районов:

N_ТЭС.ф=(n_г.ж.* щ_э.г.+n_с.ж.* щ_э.с.)/( з_агр*n_ч*T);

где n_г.ж.-число городских жителей Богатовского района , n_г.ж.= 0человек;

n_с.ж.-число сельских жителей равна, n_с.ж.=15700 человек;

щ_э.с.-количество электроэнергии, кВт-ч, расходуемой на одного сельского жителя в год, щ_э.с.=2000 кВт-ч/год;

щ_э.г.- количество электроэнергии, кВт-ч, расходуемой на одного городского жителя в год, щ_э.с.=3000 кВт-ч/год;

з_агр-коэффициент полезного действия электрического агрегата;

n_ч-число часов в сутках, n_ч=24 ч/сутки;

T-число дней в календарном году, Т=365 дн./год.

N_ТЭС.ф=(0*10⁶*3000+15700*10⁶*2000)/(0,5*24*365)=

=7,169*10⁶ кВт?7170 МВт;

Фактическая используемая мощность ТЭС не превышает в 0,49 раза

(N_ТЭС.пр /N_ТЭС.ф=231,6/7170=0,03)предельно допустимую энергетическую нагрузку на экосистемы района.

Определим фактически допустимую площадь, необходимую для размещения на территории района ТЭС. С учетом санитарно-производственных нормативов и экологических требований размещения, утилизации и захоронения отходов производства, на каждые 50МВт мощности ТЭС требуется площадь землеотведения, равная 1 кв.км.

Площадь территории для размещения отходов производства на полигонах: экологический биосфера круговорот гидроэлектрический

А_ТЭС.ф =N_ТЭС.ф/50;

А_ТЭС.ф =7170/50=143,4кв.км,

5.4 Расчет предельной мощности и территории для размещения ГЭС

Мощность гидроэлектростанций (ГЭС) района определяется общей мощностью речного водного потока, которая зависит от среднего расхода малых и средних рек и относительной отметкой расположения площади водосбора.

По карте Богатовского района определяем координаты центра площади водосборного бассейна речного ландшафта:

с.ш. 53є 00 м, в.д. 49є 25 м.

По карте №2 Среднего Заволжья вычисляем (по интерполяции) норму модуля стока речного бассейна:

М_n=2.4л/с*км².

По формуле связи находим норму расхода воды:

Q_n=М_n*А/10³;

Q_n=2,4 *820,2/1000=1,97м³/с;

По карте Богатовского района определяем среднюю отметку площади водосбора по БС отсчета:

Н_ср=(132+160+160+80+120+120+80+60+60+60+60+40+50+60+60)/15=

=80,13 м

Отметка Куйбышевского водохранилища, в которое впадают реки района:

НПУ_вдхр.=28,0 м

Действующий средний расчетный напор речной системы:

H₁= Н_ср- НПУ_вдхр;

H₁=80,13 -28,0=52,13м

Гидроэнергетический потенциал (ГЭП) водных ресурсов района:

N _в.п.=сgQ_nH₁;

N _в.п.=1*9,81*1,97*52,13=1008кВт

Экономически эффективная часть ГЭП речного стока:

N _эк.ГЭП=0,2* N _в.п.;

N _эк.ГЭП=0,2*291=201,5кВт;

Средняя мощность ГЭС, которые можно построить на малых реках района с учетом коэффициента полезного действия (з_m=0,8) использования энергии водного потока гидротурбинами:

N_{ГЭС ср}= з_гт *N _эк.ГЭП;

N_{ГЭС ср}=0,8*201,5=161,2 кВт

При использовании мощности ГЭС в пиковом режиме работы потребуется ее увеличение (n_п.р. =2):

N_{ГЭС п} /N_{ГЭС ср}= n_п.р.,

откуда, предельная мощность ГЭС

N_{ГЭС п}= n_п.р.* N_{ГЭС ср},

N_{ГЭС п}=2*161,2=322,4 кВт=0,32 МВт;

По статистическим данным на 1,0 МВт мощность ГЭС, расположены в пересеченной местности, требуется около 2 кв.км площади зеркала водохранилища. Следовательно, для создания водохранилища на малых реках района потребуется площадь затапливаемых земель с учетом зоны выклинивания подпора (n_п.з.=0,5):

n_п.з.*А_т.ГЭС=N_ГЭС.п*A_вдхр.

n_п.з.*А_т.ГЭС=0,32*2=0,64 км²,

откуда А_т.ГЭС=0,64/0,5=1,28км².

Результаты расчета:

1.Предельно допустимая общая мощность гидроэлектростанции, которую можно разместить на водотоках малых рек района: N_ГЭС.п=9,5МВт.

2.Для образования водохранилища гидроэлектростанций потребуется площадь территории А_т.ГЭС=1,28км².

3.ГЭС малых рек в строительстве и эксплуатации (выработка электроэнергии) являются экологически чистыми энергообъектами и не оказывают отрицательного влияния на окружающую среду. Поэтому в разработке мероприятий по защите природной среды нет необходимости.

5.5 Оценка устойчивости функционирования экосистем ландшафта речного бассейна

В настоящее время в районе наблюдаются все три типа экосистемы ландшафта. На территории района функционируют следующие экосистемы:

-природные, не измененные человеком; сохранились в естественном состоянии на площади: А_п.н.=40,9 %, Ам _п.н.=0,409 ,

А_п.н.= А_т.р.*Ам _п.н.=820,2 *0,409 =335,5км²,

-модифицированные, антропогенно измененные хозяйственной деятельностью человека:

А_а.м.=41.1 %, Ам _а.м.=0,411 ,

А_а.м.= А_т.р.*Ам _а.м.= 820,2 *0,411 =337,1км²;

-трансформированные, антропогенно полностью измененные:

А_а.т.=18, %, Ам _а.т.=0,18

А_а.т.= А_т.р.*Ам _а.т.= 820,2 *0,18=147,6 км²;

Проверка:

А_т.р= А_п.н.+ А_а.м.+ А_а.т.= 335,5+337,1+147,6 =820,2 км².

Анализ биологических факторов окружающей среды показывает, что в проектируемом районе интенсивно развивается хозяйственная деятельность различных производств.

В речном ландшафте района - большой удельный вес природных (51,5%) и модифицированных (27,5%) экосистем, вследствие чего действует закон внутреннего динамического равновесия (гомеостаза) природных и антропогенных систем и их эволюционные механизмы.

В естественных условиях (в случае отсутствия внешних антропогенных факторов) экологическая сукцессия (развитие экосистем) происходит в результате изменения физической среды под контролем сообщества и представляет собой направленный, саморегулируемый процесс - аутогенная сукцессия. В районе преобладают сукцессии внешнего воздействия большой силы - аллогенная сукцессия. Равновесие экосистем смещается в сторонуослабления воздействия, эволюционные механизмы нарушаются, принцип Ле Шателье в полной мере перестает действовать. В результате этого нарушаются биохимические циклы, круговорот вещества и энергии в природе, надежность экосистем снижается. Для восстановления природной среды потребуются значительные финансовые затраты.

В природном ландшафте Богатовского района количественным пределом устойчивости -к_у экосистем можно считать биомную емкость района (БЕР), а в антропогенном-хозяйственную емкость территории (ХЕТ). Количественной характеристикой ХЕТ является расчетный коэффициент антропогенного действия ([к_у=0,37]).

Фактический коэффициент устойчивости экосистем Богатовского района, подсчитанный по продуктивности лесо - агроэкосистемы, равен к_ф=0,63.

Мероприятия:

1.На основании выполненных энергетических расчетов фактически используемые мощности ТЭС в 0,03раза меньше допустимой нагрузки на ландшафт района.

2.ТЭС предельной мощности 30МВт требуется территория площадью 1,28 км², что составляет 0,064% от общей площади Богатовского района. Фактически используемая мощность ТЭС равна 143,4МВт.

3. Природа района по действующей энергетической нагрузке нуждается в неотложных природоохранных мерах ее защиты и охране окружающей среды.

4. Окончательная оценка возможности сооружения и надежной эксплуатации ГЭС и ТЭС может быть дана после анализа химической нагрузки на площади речного водосбора.



6. Проектирование техногенной нагрузки на водосборе малых рек Ставропольского района

6.1 Исходные данные выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников

Таблица 5

№пп	Площадь ландшафта речного бассейна, кв.км	Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, т/год
		Твердые вещества ТВх	Сернистый ангидрид SO2	Оксиды азота NOx	Углероды CхHх	Окись углерода СО	Сернистая кислота Н2SO4	Прочие вещества ПВх
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Масса приведенных выбросов района mix, т/год
1.	Sпр=1000	1200	1300	3800	300	190	10	2000
Масса фактических выбросов 3В в районе mi, т/год
2.	Sл.р.= 820,2	984	1066	3117	246	156	8,2	1640

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосфере региона:

ПДКтв_х=0,05 мг/м³; ПДКсо=0,50 мг/м³;

ПДКсо₂=0,05 мг/м³; ПДКн₂so₂=0,03 мг/м³;

ПДК_NOх=0,0085 мг/м³; ПДКпв_х=0,1 мг/м³;

ПДКc_хн_х=0,10 мг/м³; [к_д.х.]=350-400 т/км²*год;

6.2 Расчет химической нагрузки на площади речного водосбора

Определим химическую нагрузку на водосборе малых рек ландшафта Богатовского района. Критерий нормирования химической нагрузки на площади водосбора речного ландшафта имеет вид:

?А_im_i/(f*S)?[к_д.х]_.,

где А_i-показатель относительной агрессивности i-ого загрязняющего вещества,

А_i=1/ПДК_i;

m_i-общая масса выброса i-го вида загрязняющего вещества, выпавшего с атмосферы на исследуемую поверхность земли

m_i=m_i* к_пр ;

m_i-масса выброса i-го компонента загрязняющего вещества х на приведенной площади S_пр=1000 км² (табл. 4);

f-поправочный региональный коэффициент учета воздействия загрязняющих веществ, f=2,0. Величина f зависит от широтного расположения ландшафта, высотой выброса загрязняющих веществ, скорости оседания рассеиваемых частиц, скорости и направления ветрового потока. Принимаем f=2;

S-площадь, км2, водосбора речного ландшафта, S=А_т.р.=820,2 км²;

к_пр -коэффициент приведения фактической водосборной площади района к расчетной

к_пр =н_в*R_c*к_тер*S/S_пр ;

н_в-показатель интенсивности ветрового переноса веществ;

R_c-рациональный баланс солнечного излучения;

н_в*R_c-зависит от широты расположения района. Для района средней полосы

н_в*R_c=1,3;

к_тер.- поправочный территориальный коэффициент по отношению к стандарту;

к_тер.=(А_гп+А_пз+А_км)/А_а.т.;

А_гп, А_пз, А_км-соответственно удельный вес площадей экосистем городов и городских поселков, промзоны, коммуникаций:

А_гп=4,3%, А_пз=5%, А_км=3%

А_а.т.-стандарт трансформированной, полностью измененной техногенным воздействием территории,

А_а.т.=18,0%;

к_тер.=(4,3 +5+3)/18.0=0.7;

S/S_пр- масштабный коэффициент

S/S_пр=820,8/1000=0,82.

Откуда

к_пр =1,3 *0,7*0,82=0,75.

[к_д.х]-показатель допустимой химической нагрузки, т/км²*год,

[к_д.х]=400 т/км²*год.

Вычисляем ?А_im_i

Аi	1/0,05	1/0,05	1/0,0085	1/0,1	1/0,5	1/0,3	1/0,1
Аi	20	20	117,6	10	2	3,33	10
mi	984	1066	3117	246	156	8,2	1640
mi	738	800	2338	198	117	6,2	1230

?А_im_i=14760+16000+274949+1980+234+20,7+1230= 309173,7т/год

?А_im_i=309173,7т/год

Тогда химическая нагрузка на ландшафт района составит

?А_im_i/(f*S)= 309173,7 /(2*820,2)=188,5 т/км²*год<[к_д.х]=350 т/км²*год.

Фактическая химическая нагрузка на единицу площади водосбора превышает допускаемую расчетную величину в

К_ув=188,5/350=0,5 раза

Из сравнения расчетных данных по определению N_{ТЭС факт}/N_{ТЭСрасч}=0,03 и данным по химической нагрузке на территорию района видно, что энергетическая и промышленная химическая нагрузки по уровню техногенного воздействия на ландшафт разные и химическая нагрузка не на много выше промышленной.

...