Просторово-часова мінливість техногенного навантаження на територію регіонів України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський державний екологічний університет

УДК 504.05

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Спеціальність 11.00.11 - Конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів

Просторово-часова мінливість техногенного навантаження на територію регіонів України

Волков Андрій Ігорович

Одеса - 2008

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор геолого-мінералогічних наук, професор Сафранов Тамерлан Абісалович, Одеський державний екологічний університет, завідувач кафедрою прикладної екології.

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор Некос Володимир Юхимович, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, завідувач кафедрою екології та неоекології, декан екологічного факультету кандидат географічних наук, доцент Міщенко Лариса Володимирівна, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, докторант.

Захист відбудеться «_20_»___11_____2008 р. о __10⁰⁰__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському державному екологічному університеті за адресою: 65016, м.Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою: 65016, м.Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

Автореферат розісланий «_9_»___10__2008р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Чугай А.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Спад інтенсивності виробництва наприкінці минулого десятиріччя обумовив відносну нормалізацію екологічної обстановки в багатьох регіонах України. Однак останнім часом відзначається поступове нарощування виробничих потужностей, що приводить до посилення негативного впливу на природні компоненти й, таким чином, припускає зміну просторово-часової картини рівня техногенного навантаження на навколишнє природне середовище (НПС). Ситуація ускладнюється неоднорідністю територіального розподілу рівня техногенного навантаження в межах регіонів України (24 областей та АР Крим), що свідчить про необхідність проведення досліджень, пов'язаних з рішенням проблеми диференціації територій по ступеню техногенного впливу на природні комплекси.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є складовою частиною науково-дослідних робіт кафедри прикладної екології Одеського державного екологічного університету (ОДЕКУ): "Оцінка техногенного впливу на прибережно-морські екосистеми Одеського регіону Причорномор'я" (№ ДР 0198U009072); "Забрудненість важкими металами природного середовища Одеського регіону" (№ ДР 0103U001638); "Ранжування території й акваторії південних регіонів України за рівнем природно-техногенної небезпеки з метою управління якістю довкілля" (№ ДР 0106U008483).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є виявлення просторово-часових закономірностей формування техногенного навантаження на території регіонів України за допомогою методів математичної статистики й геоінформаційних систем (ГІС), що необхідно для прогностичних оцінок й обґрунтування ефективної регіональної екологічної політики.

При виконанні дисертаційної роботи були поставлені наступні завдання:

1) проаналізувати особливості досліджуваних регіонів й основні причини формування техногенного навантаження на їхню територію;

2) виявити значущі показники рівня техногенного навантаження на НПС;

3) дати комплексну оцінку екологічної ситуації в регіонах України на основі диференціювання території за рівнем техногенного навантаження;

4) проаналізувати просторово-часові закономірності зміни техногенного навантаження на території регіонів України (зокрема, районів Одеської області) з використанням методів багатомірного аналізу статистичної інформації й ГІС-технологій;

5) розробити прогностичну схему техногенного навантаження на територію досліджуваних регіонів.

Об'єкт дослідження - території регіонів України (у т.ч. районів Одеської області - об'єкта більш детального дослідження).

Предмет дослідження - просторово-часовий розподіл рівня техногенного навантаження на територію регіонів України (зокрема, на райони Одеської області).

Методи дослідження. В основу розрахункової частини роботи покладено методи математичної статистики, а також сучасні ГІС-пакети, які використані для побудови тематичних картосхем. Автором запропоновано використовувати рівень техногенного навантаження на НПС як найбільш об'єктивну характеристику екологічного стану, а для формалізації етапів дослідження екологічного стану застосовувати алгоритми відповідних методів багатомірного статистичного аналізу (кластерного аналізу, факторного аналізу, побудови трендів методом найменших квадратів і методом гармонійних ваг).

Наукова новизна одержаних результатів полягає в комплексному аналізі рівня техногенного навантаження на НПС із використанням апарата багатомірного аналізу статистичної інформації й ГІС-технологий, що дозволяють не тільки оцінювати екологічну ситуацію в регіонах України, але й прогнозувати можливі просторово-часові зміни на найближчу перспективу.

Автором уперше стосовно до регіонів України:

- розроблений програмний модуль, адаптований під реалізацію факторного й кластерного аналізів для параметрів техногенного навантаження на НПС із використанням об'єктно-орієнтованої мови програмування Object Pascal;

- зроблено комплексне диференціювання території України за набором показників, що відрізняється від простого ранжування;

- досліджена структура матриці кореляцій показників техногенного навантаження з використанням факторного аналізу;

- здійснений прогноз рівня техногенного навантаження, що спирається не тільки на часовий хід, але й на взаємозв'язок між прогнозованими показниками.

Практичне значення одержаних результатів. Практична значимість роботи полягає у можливостях використання методичного підходу, що запропонований, із застосуванням багатомірного аналізу статистичної інформації й ГІС-технологий для оцінки просторово-часової мінливості техногенного навантаження на територію регіонів України (більш детально для Одеської області).

Результати проведених досліджень дають загальну картину диференціації регіонів України за рівнем техногенного навантаження, а також дозволяють прогнозувати можливі зміни на перспективу.

Матеріали дисертаційної роботи можуть бути використані структурними підрозділами Міністерства охорони навколишнього природного середовища України, різними науково-виробничими організаціями при комплексному аналізі територій і розробці ефективної регіональної екологічної політики.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним науковим дослідженням.

Автором дисертації був узагальнений й інтерпретований масив даних, що характеризує рівень техногенного навантаження на НПС регіонів України за 17 років (1990-2006 р.), підготовлений програмний модуль, що дозволяє адаптувати факторний і кластерний аналізи для дослідження й прогнозу зміни екологічного стану територій. Всі роботи, видані в журналах, рекомендованих ВАК України, належать винятково авторові. У роботах, опублікованих у співавторстві, постановка завдання дослідження належить науковому керівникові й співавторам (Сафранов Т.А., Шаніна Т.П., Губанова О.Р.). Основний внесок, що полягає в розробці завдань дослідження, обробці, узагальненні й інтерпретації матеріалів, належить авторові. Основні наукові положення й висновки, які сформульовані в дисертації, належать авторові дисертації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи прозвучали в доповідях й одержали позитивну оцінку на таких конференціях і симпозіумах: Всеукраїнська наукова конференція студентів, магістрів й аспірантів "Екологічні проблеми регіонів України" (Одеса, ОДЕКУ, 1999-2002); наукова конференція "Метеорологія, кліматологія та гідрологія" (Одеса, ОДЕКУ, 2002); міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів і молодих учених "Екологія. Людина. Суспільство" (Київ, НТУУ "КПІ", 2002); міжнародний симпозіум "Забруднення морів і суші: запобігання й контроль" (Туреччина, Стамбул, 2003); симпозіум "Міжрегіональні проблеми екологічної безпеки "МПЭБ-2003" (Суми, 2003); міжнародна конференція "Захист від антропогенного навантаження" (Харків, 2004); школа-конференція молодих учених за участю країн СНД (Москва, географічний факультет МДУ, 2005); міжнародна науково-технічна конференція "Навколишнє природне середовище - 2007: актуальні проблеми екології й гідрометеорології; інтеграція освіти і науки" (Одеса, ОДЕКУ, 2007); щорічні конференції молодих учених ОДЕКУ (2002-2007).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 наукових праць (у тому числі 5 - у виданнях, рекомендованих ВАК України).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновку, списку використаних джерел, що включає 163 найменування. Повний обсяг дисертації - 282 сторінки. Робота містить 62 рисунки, 9 таблиць, 2 додатки на 87 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі дисертації сформульовані основні передумови формування високого рівня техногенного навантаження на території України, наведена стисла порівняльна характеристика України із розвиненими країнами миру у аспекті негативного впливу діяльності людини на довкілля. Також вказані найбільш пріоритетні питання щодо вирішення проблеми оцінки стану навколишнього середовища, а також факторів, що впливають на динаміку її трансформації.

Розділ 1. Оцінка техногенного впливу на природне середовище як основа для реалізації екологічної політики. Наведені загальні відомості про процеси техногенного впливу на основні складові НПС (атмосферне повітря, природні води, ґрунтовий покрив, геологічне середовище, біоценози). Під техногенним навантаженням у роботі розуміється фіксуємий рівень впливу господарської діяльності людини на НПС у цілому й/або на її елементи; рівень техногенного навантаження розглянутий як деяка комплексна характеристика, що включає в себе набір показників, які впливають на різні природні середовища.

Техногенний вплив проявляється в процесі промислової, сільськогосподарської, транспортної, рекреаційної та інших видах господарської діяльності, тому у роботі показано специфіку впливу на НПС основних техногенних комплексів, що розташовані на території регіонів України. Техногенне навантаження на територію України в 6-7 разів перевищує рівень європейських країн. Значною мірою це обумовлено техногенним навантаженням на НПС, особливо під впливом об'єктів гірничо-видобувної, металургійної й хімічної промисловості та енергетичного сектора.

Оскільки будь-який техногенний вплив спричиняє певні зміни параметрів НПС, то суб'єкти господарської діяльності повинні дотримувати вимог нормативно-законодавчих документів, а також постійно поліпшувати систему керування навколишнім середовищем, тобто ефективно реалізовувати екологічну політику (ЕП). Заходи, що спрямовані на виконання поставлених цілей, повинні спиратися на детальний аналіз існуючої екологічної обстановки, що, у свою чергу, визначається рівнем техногенного навантаження, які надають на НПС різні сектори економіки. При реалізації ЕП варто використовувати інструменти, застосування яких забезпечить виявлення найбільш пріоритетних напрямків природоохоронної діяльності і дасть можливість диференціювати досліджувані об'єкти залежно від екологічного стану, що сформувався.

Розділ 2. Стисла характеристика регіонів, що досліджуються, і техногенного навантаження на природне середовище. У роботі фактичні дані систематизовані з огляду на територіально-адміністративний устрій України, що приводить до необхідності розглядати кожен регіон у вигляді елементарного осередку. Кожен осередок характеризується набором величин, так що інформація генералізується в межах його границь. Оскільки фізико-географічні й соціально-економічні характеристики областей України варіюються у широких межах, то інформацію необхідно привести до зручного для аналізу виду. Із цією метою наведена коротка загально-географічна характеристика основних територіально-адміністративних одиниць. Досліджувані регіони являють собою утворення, які є складними у фізико-географічному й соціально-економічному відношенні.

Розглянуті регіони (територіально-адміністративні одиниці) об'єднуються в кілька економічних районів. Однак диференціація регіонів повинна здійснюватися не тільки на підставі територіально-адміністративного підпорядкування, але й з обліком деяких екологічних показників. Стратегія й тактика гармонічного розвитку виробничого потенціалу повинна ґрунтуватися на проведенні класифікації регіонів України за рівнем техногенного навантаження.

Техногенна діяльність припускає вплив на різні природні середовища, при цьому виникає необхідність розглядати комплекс показників, що характеризують техногенний вплив з різних боків. Проблеми техногенного впливу на НПС регіонів України розглянуті багатьма дослідниками. Широку популярність одержала серія карт, що відображають техногенне навантаження як на окремі природні середовища, так на все НПС у цілому (В.А. Барановський та ін., 2000-2004). Не заперечуючи інформативності цих картографічних матеріалів, слід зазначити, що як покомпонентна, так й інтегральна оцінка техногенного навантаження на НПС відбивають ситуацію лише на певний відрізок часу.

На відміну від раніше проведених досліджень показані просторово-часові зміни техногенного навантаження на природне середовище регіонів. Набір показників техногенного навантаження доцільно розглядати по блоках, що визначає впливи на кожний із природних середовищ. У даній роботі використані вихідні дані з Національних доповідей про стан навколишнього природного середовища, із статистичних щорічників України, статистичних збірників "Регіони України", щорічних звітів Держуправління екології й природних ресурсів в Одеській області за 1990-2006 р. та інших джерел інформації. Оскільки в роботі більш детально розглядається Одеська область, то наведені відомості про особливості техногенного впливу на НПС районів цього регіону.

Розділ 3. Методичні основи аналізу просторово-часової мінливості техногенного навантаження. Одним із завдань представленої роботи була диференціація території України відповідно до набору показників, що характеризують негативний вплив на НПС. Для досягнення поставленої мети був обраний метод кластерного аналізу. Доцільність застосування даного методу пояснюється досить простим алгоритмом розрахунків і можливістю спільного аналізу сукупності об'єктів, що характеризуються певним набором показників. Даний метод багатомірного аналізу інформації дозволяє зробити диференціювання об'єктів за ступенем схожості, спираючись на набір величин, індивідуальних для кожного з аналізованих об'єктів. Кластерний аналіз як метод багатомірного аналізу інформації припускає використання різних алгоритмів аналізу вихідного масиву даних, з наступною розбивкою його на окремі групи об'єктів. У випадку аналізу інформації екологічного характеру варто використати найбільш гнучкі алгоритми, які характеризуються найбільш м'якими вимогами до аналізованої інформації. Одним з таких алгоритмів є метод максимінної відстані, що обумовлено прозорістю й простотою арифметики обчислень. У результаті проведення кластерного аналізу досліджувані об'єкти (регіони України) розбиваються на групи, в межах яких тіснота зв'язку між їхніми компонентами-векторами значно вище взаємозв'язку між такими в рамках загальної сукупності.

Незважаючи на об'єднання окремих регіонів України в групи, за допомогою кластерного аналізу тенденцію зміни окремих координат векторів виділити досить складно; цей факт приводить до необхідності застосування деякого алгоритму, спираючись на який можна зробити згладжування часового ходу окремих характеристик рівня техногенного навантаження, представлених координатами векторів. Подібну можливість надає факторний аналіз, основним положенням якого є стиск загальної кількості досліджуваних показників до меншого числа деяких абстрактних величин, що називаються простими факторами, які, з одного боку, не мають кореляційних зв'язків між собою, а з іншого володіють у значній мірі більш гладким часовим ходом. Факторний аналіз є тією галуззю багатомірного аналізу, що досліджує внутрішню структуру матриць ковариацій і кореляцій. У факторному аналізі основним положенням є рівність:

(1)

де f_r - простий фактор (далі фактор);

k - точно задано;

е_i - залишки, які представляють джерела відхилень, що діють тільки на x_i.

Ці р випадкових величин e_i передбачаються незалежними як між собою, так і з k величинами f_r. У нашому випадку передбачається, що f_r некорельовані, однак у загальному можливий випадок корельованих факторів. Коефіцієнт l_ir звичайно називається навантаженням r-того фактора в i-тої змінної, чи навантаженням i-ї змінної на r-й фактор.

Подібно кластерному аналізу, факторний аналіз може бути реалізований різними алгоритмами, однак, як уже було відзначено вище при описі методу максимінної відстані, одним з найважливіших вимог до обраного методу повинна бути відсутність необхідності в апріорній інформації про аналізований статистичний матеріал. Таким вимогам відповідає центроїдний метод. Цей метод заслуговує на увагу, тому що оцінки факторних навантажень, які він дає, достатні для багатьох практичних цілей.

Завершивши етап стиску вихідної інформації, варто перейти до етапу реалізації прогнозу. Безумовно, прогноз варто здійснювати для величин, що відповідають простим факторам. Сам же прогноз доцільно реалізувати шляхом застосування декількох методів, що опираються на тенденції, отримані завдяки застосуванню трендів різних форм.

У даній роботі були використані два методи: метод найменших квадратів (МНК), що одержав дуже широке розповсюдження, а також метод гармонійних ваг (МГВ), важливою заслугою якого є можливість побудови тимчасових трендів, що враховують внесок вихідної вибірки на криву, що згладжує не рівномірно, а саме залежно від положення на тимчасовій шкалі.

Оскільки рішення завдання здійснення прогнозу рівня техногенного навантаження вимагає застосування складних математичних розрахунків, автором були використані наступні програмні продукти: табличний процесор Mіcrosoft Excel, середовище програмування Borland Delphі (мова Object Pascal) для побудови електронних карт ГІС-пакет Mapіnfo Professіonal.

Застосування мови об'єктно-орієнтованого програмування Object Pascal обумовлено наступними позитивними якостями: 1)високопродуктивний компілятор у машинний код; 2) об'єктно-орієнтована модель компонентів; 3) візуальна й швидкісна побудова додатків із програмних прототипів; 4) масштабовані засоби для побудови баз даних.

Реалізація алгоритмів кластерного й факторного аналізів була здійснена за допомогою авторського додатка "Factor 7".

Розділ 4. Аналіз просторово-часової мінливості рівня техногенного навантаження на території регіонів України. На сучасному етапі розвитку взаємин людини й НПС одним з найважливіших завдань є одержання кількісної інтерпретації сумарного техногенного впливу на екологічний стан і оцінка його просторово-часового зрізу. Економічна ситуація в Україні в останні роки не могла не відбитися на стані і якості НПС.

У зв'язку з цим актуальним представляється аналіз просторово-часової мінливості рівня техногенного навантаження на території регіонів України, що ускладнюється неоднорідністю територіального розподілу техногенних факторів, які формують основний внесок у процеси, які порушують рівновагу природних комплексів.

На першому етапі при аналізі рівня техногенного навантаження необхідно одержати картину його просторового розподілу. Для диференціації території України вибирається набір необхідних показників, що дозволяють сформувати системне подання впливу техногенного навантаження на НПС. Для реалізації комплексної оцінки техногенного навантаження показники доцільно вибирати таким чином, щоб їхня сукупність визначала вплив на атмосферне повітря, природні води й ґрунтовий покрив та інші компоненти НПС.

Оскільки забруднення атмосфери формується в результаті викидів забруднювальних речовин (ЗР) стаціонарними й пересувними техногенними джерелами, то представляється доцільним ураховувати наступні показники:

- викиди ЗР в атмосферне повітря стаціонарними джерелами, тис. т/рік (показник 1);

- викиди ЗР в атмосферне повітря пересувними джерелами, тис. т/рік (показник 2).

Негативний вплив на водне середовище відбувається в результаті забору води на промислові, іригаційні й комунально-побутові потреби, а також скидання неочищених і недостатньо очищених поворотних (у т.ч. стічних) вод, тому можна використати наступний набір показників:

- забір води із природних водних об'єктів, млн. м³/рік (показник 3);

- споживання господарсько-питних вод по регіонах, млн. м³/рік (показник 4);

- загальне водовідведення, млн. м³/рік (показник 5);

- скидання стічних вод у поверхневі водні об'єкти, млн. м³/рік (показник 6).

Вплив на ґрунтовий покрив визначається переважно рівнем сільськогосподарського освоєння територій, розораністю земель, що, у свою чергу, прискорює ерозійні процеси, а також кількістю внесених агрохімікатів і пестицидів. Показниками, що характеризують вплив на ґрунтовий покрив, можуть бути:

- площа сільськогосподарського освоєння, % від загальної площі (показник 7);

- площа розораних земель, % від загальної площі (показник 8);

- площа еродованих земель, % від загальної площі (показник 9);

- кількість внесених агрохімікатів і пестицидів, т (показник 10).

До показників техногенного навантаження відносяться відходи виробництва й споживання (тверді промислові й побутові відходи), утворення й нагромадження яких негативно відбивається на стані всіх природних компонентів:

- утворення твердих промислових відходів, тис. т/рік (показник 11);

- нагромадження твердих промислових відходів у сховищах організованого складування, тис. т (показник 12);

- утворення твердих побутових відходів, тис. м³/рік (показник 13).

Природно, що розглянутий набір показників не охоплює все різноманіття негативного впливу на природні компоненти, але ці показники досить презентабельні для аналізу просторово-часових закономірностей розподілу техногенного навантаження на територію регіонів й являють собою характерні екологічні індикатори стійкого розвитку України.

Після формування набору показників визначається інтегральна характеристика, що належною мірою узагальнює різні види негативного впливу на НПС. У такому випадку зручно зіставити з кожним регіоном вектор з координатами-характеристиками рівня техногенного навантаження (2).

, (2)

де X_i - вектор (запис бази даних), що відповідає певному регіону;

- j-й показник рівня техногенного навантаження на і-й регіон;

S_i - площа і-го регіону.

На підставі вектора (2), за допомогою використання кластерного аналізу, територія України була розбита на 5 кластерів (кластери наведені в порядку зниження рівня техногенного навантаження).

Аналогічний підхід може бути також реалізований на регіональному рівні, як було показано на прикладі Одеської області.

Після диференціації територій черговим завданням є одержання прогностичних значень досліджуваних характеристик, що описують рівень техногенного навантаження на НПС. Однак характер часового ходу досліджуваних показників не є досить плавним, що вимагає попередньої підготовки статистичної інформації. У цьому зв'язку важливим представляється виявлення взаємозв'язків (кореляцій) між досліджуваними показниками й приведення наявної статистичної інформації до виду, зручного для прогнозування, за допомогою факторного аналізу.

Проведені розрахунки на підставі аналізу вихідних тринадцяти показників дозволили виділити фактори, оскільки сумарна факторна дисперсія інших факторів зводилася до нуля. Сам процес розрахунку факторних дисперсій і навантажень проходив в ітерації, що дозволило поліпшити якість розрахунку.

Наступним етапом був прогноз значень отриманих факторів. В основу прогнозу було покладено використання трендів (у якості таких були використані МНК), доцільність застосування даного методу обумовлена можливістю створення як лінійних, так і нелінійних залежностей, що відбивають зміни випадкової величини та МГВ, достоїнством якого є можливість урахувати тенденцію останніх років з найбільшим внеском.

Побудова трендів для розрахованих значень факторів зводиться до одержання деяких залежностей, що дозволяють представити кожен фактор як певну функцію часу:

, (3)

іншими словами

або (4)

де х - показник, що прогнозується;

f - простий фактор;

l_ir - навантаження r-того фактора в i-тої змінної;

i- номер показника, що прогнозується;

j - номер регіону, для якого прогнозується i-й показник;

t - величина, що відповідає за момент часу.

Спираючись на зазначені методики, були побудовані тренди часового ходу 4-х факторів, виділених для кожного регіону України (24 області та АР Крим).

Після побудови трендів було проведене порівняння трендів і здійснена оцінка правильності вибору тренда, відповідно до якої всі вимоги адекватності (на рівні значущості 5%) були дотримані МГВ, а МНК уступав за якістю результатів.

Наступним етапом перевірки запропонованої прогностичної схеми є перевірка на залежному матеріалі. Для досягнення даної мети в роботі був здійснений розрахунок вихідних значень показників рівня техногенного навантаження для відомих значень. Як приклад нижче представлена діаграма, що дозволяє порівняти фактичні й розрахункові значення викидів ЗВ пересувними джерелами.

Аналіз результатів перевірки правильності прогнозу на залежному матеріалі показав, що похибка розрахункових значень, отриманих МГВ, становить близько 3%, для МНК (з використанням полінома 2-го ступеня) близько 5-6%, що також підтверджує доцільність застосування першого з них.

Підсумовуючи дані, наведені в четвертому розділі, слід відзначити:

1) проаналізовані показники (викиди ЗР в атмосферне повітря, водоспоживання й водовідведення по регіонах, скидання стічних вод у водні об'єкти, ступінь сільськогосподарського освоєння, розораності й еродованості земель, кількість внесених агрохімікатів і пестицидів в агроекосистеми, відходоутворення) відбивають лише частину численних факторів негативного впливу на природні комплекси, але цілком презентабельні для оцінки просторово-часових закономірностей розподілу техногенного навантаження на територію регіонів України;

2) покрокова розбивка сукупності векторів дозволило спочатку (1-ший крок) виділити в окрему групу Донецьку, Дніпропетровську, Луганську й Запорізьку області, що характеризуються найбільшою щільністю промислових об'єктів, на 2-му й 3-му кроках (залежно від відстаней між векторами) виділити ще 4 кластери; на 4-му кроці вся територія України розбита на 5 кластерів, тобто на відміну від розподілу території країни на 9 економічних районів, області, що ставляться до одного кластера, не обов'язково розташовані в безпосередній близькості, що дозволяє абстрагуватися від їхньої територіально-адміністративної прив'язки;

3) об'єднання регіонів проведено, з урахуванням на індивідуальні особливості кожного показника, чого не можна досягти простим ранжуванням областей, а подальший аналіз варто проводити по кластерах, оскільки області, об'єднані в один кластер, будуть характеризуватися більш тісним зв'язком між вихідними показниками;

4) аналогічний підхід був реалізований на регіональному рівні на прикладі Одеської області (без обліку м. Одеси), у якій, за даними кластерного аналізу, найбільш високий рівень техногенного навантаження відповідає центральним й південним районам; такий підхід дозволив одержати більш чітку схему районування території області, ніж за значенням модуля техногенного навантаження, оскільки районування за модулем техногенного навантаження виключає відсутність диференційованого підходу до оцінки забруднення природних середовищ у зв'язку з тим, що кількості ЗР підлягають простому підсумовуванню, що знижує адекватність оцінки рівня негативного впливу на НПС;

5) на підставі отриманих матриць навантажень і матриць вихідних показників можна перейти до матриць узагальнених факторів, що дозволить, спираючись на їхній часовий хід, зробити прогноз вихідних показників рівня техногенного навантаження на стан НПС;

6) спираючись на зазначені методики, були побудовані тренди тимчасового ходу 4-х факторів, виділених для кожної області України відповідно; оскільки спільному аналізу піддавалися області, що входять в один кластер, то побудовані графіки випливають у порядку їхньої приналежності до певного кластера;

7) базуючись на отримані залежності й тренди, можна зробити прогноз вихідних показників на найближчу перспективу. У даній роботі прогноз був здійснений на 2010 р., що важливо для розробки плану дій по охороні НПС на найближчі 4-5 років, як передбачено в "Концепції національної екологічної політики на період до 2020 року";

8) ґрунтуючись на отриманих прогнозованих значеннях рівня техногенного навантаження, сформована система керування базами даних у програмному ГІС-пакеті Mapіnfo, за допомогою якої побудований набір тематичних карт, що характеризують рівень техногенного навантаження на компоненти природного середовища (атмосферне повітря, поверхневі водні об'єкти й ґрунтовий покрив) на 2010 рік.

Висновки

У дисертаційній роботі проведена оцінка просторово-часового розподілу техногенного навантаження на стан НПС та прогноз його рівня, що обумовлений функціонуванням різних галузей економіки України. Оцінка рівня техногенного навантаження проводилася по набору показників, що відбивають вплив на складові НПС. Розглянутий набір показників не охоплює всю різноманість негативного впливу на компоненти НПС, але ці показники досить презентабельні для аналізу просторово-часових закономірностей розподілу техногенного навантаження на територію регіонів і є типовими екологічними індикаторами стійкого розвитку України. Як основний інструмент обробки даних був використаний багатомірний статистичний аналіз.

У результаті проведеного дослідження можна зробити наступні висновки:

1. Уперше запропонований комплексний підхід, що поєднує три послідовних етапи аналізу інформації: кластерного аналізу (виявлення просторового розподілу техногенного навантаження); факторного аналізу (що стискає матрицю прогнозованих показників і згладжує їх часовий хід); побудови тренду за допомогою реалізації методу гармонійних ваг (що дозволяє побудувати прогностичні залежності й здійснити прогноз).

2. Для реалізації розрахунків автором був створений програмний модуль «Factor 7», що враховує особливості аналізу статистичної інформації екологічного характеру з використанням мови Object Pascal.

3. Територія областей України була розбита на 5 частин (кластерів) відповідно до рівня техногенного забруднення: 1) Дніпропетровська, Донецька, Запорізька, Луганська області; 2) Київська, Львівська, Вінницька, Херсонська, Івано-Франківська, Харківська області; 3) АР Крим, Одеська, Черкаська, Полтавська області; 4) Миколаївська, Кіровоградська, Тернопільська, Хмельницька, Сумська області; 5)Чернівецька, Рівненська, Чернігівська, Житомирська, Волинська, Закарпатська області.

4. Для кожного з аналізованих показників рівня антропогенного навантаження виявлена залежність, на підставі якої здійснений прогноз на 2010 рік. Отриманий прогноз являє приклад реалізації запропонованого комплексного підходу, і, у свою чергу, при нарощуванні матриці вихідних даних може бути реалізований на довгостроковий період. На підставі отриманих при прогнозі значень показників рівня техногенного навантаження можна зробити висновок, що, починаючи з 2000 року, відновлена тенденція поступового росту техногенного впливу на всі природні середовища.

5. На підставі отриманих прогностичних значень показників рівня техногенного навантаження були побудовані тематичні карти, що відбивають диференціацію території України за рівнем техногенного навантаження на складові НПС. техногенне навантаження екологія політика

6. Використання даного підходу на регіональному рівні було реалізовано на прикладі Одеської області, що дозволило зробити екологічне районування території області й об'єднати всі райони в 11 кластерів за рівнем техногенного навантаження на навколишнє середовище.

7. Результати проведених досліджень, представлені у вигляді таблиць, графіків і карт, що описують отриману статистичну модель прогнозу рівня техногенного навантаження на природні комплекси регіонів України, дозволяють у достатній мірі сформувати комплексне уявлення про розвиток екологічної обстановки до 2010 року.

Пропонований у даній роботі підхід є одним з інструментів, спрямованих на зміну існуючого принципу реалізації екологічної політики "реагуй і виправляй" у бік принципу "прогнозуй і попереджай".

Список опублікованих наукових праць за темою дисертації

1. Волков А.И. Региональная модель прогноза изменения уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду / А.И. Волков// Матеріали IV Міжнародної наук.-практич. конф. студ., асп. та молод. вчен. “Екологія. Людина. Суспільство.” - К.: НТУУ “КПІ”, 2002. - С. 300-304.

2. Волков А.И. Принципы дифференцирования и прогноза техногенной нагрузки на территории (на примере Одесской области) /А.И. Волков// Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2002.-Вип. 46. - С.237- 244.

3. Volkov A. Ecological Division into Districts and Forecast of Changes in Ecological Situation Based on Accumulation of Solid Wastes / A.Volkov, T. Safranov//Journal of Environmental Protection and Ecology. International Symposium on Marine and Inland Pollution Control and Prevention in the Black Sea and Mediterranean Sea 15-18 May 2003. ISKI, B.EN.A, Turkey, 2003. - P. 232-238.

4. Волков А.И. Сафранов Т.А., Губанова Е.Р., Шанина Т.П. Управление отходами производства и потребления как составляющая системы обеспечения устойчивого развития / А.И. Волков, Т.А. Сафранов, Е.Р. Губанова., Т.П. Шанина // Межрегиональные проблемы экологической безопасности “МПЭБ-2003”: Сборник трудов симпозиума, 17-20 сентября 2003. - Сумы: Довкілля, 2003. - С. 313-320.

5. Волков А.И. Комплексна методика диференціювання територій за рівнем техногенного навантаження /А.И. Волков// Захист довкілля від антропогенного навантаження. Збірник наукових праць.- 2004. - Вип. 9 (11). - С. 32-38.

6. Волков А.И. Масштабы техногенной эмиссии загрязняющих веществ в воздушный бассейн Одесской области / А.И. Волков //Захист довкілля від антропогенного навантаження. Збірник наукових праць. -2004. - Вип. 10 (12). - С.24-29.

7. Волков А.И. Методика оценки пространственного распределения загрязняющих веществ в пределах акватории северо-западного шельфа Черного моря /А.И.Волков // Захист довкілля від антропогенного навантаження. Збірник наукових праць. - 2004. - Вип. 12 (14). - С. 41-45.

8. Волков А.И. Пространственно-временная изменчивость уровня техногенной нагрузки на территории областей Украины / А.И. Волков // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2008. - Вип. 50. - С.265-270.

9. Волков А.И. Модель прогноза уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду Одесского региона / А.И. Волков, Т.А. Сафранов // Матеріали IV Всеукр. наук. студ. конф. «Екологічні проблеми регіонів України”. - Одеса: ОДЕКУ, 2002. - С. 8-10.

10. Волков А.И. Возможности факторного анализа при реализации прогноза уровня загрязнения воздушного бассейна г.Одессы /А.И.Волков// ІІІ наукова конференція молодих вчених ОДЕКУ. Тези доповідей. - Одеса: ОДЕКУ.

11. Волков А.И. Дифференциация районов Одесской области по интегральной характеристике уровня техногенной нагрузки /А.И.Волков// IV наукова конференція молодих вчених ОДЕКУ. Матеріали конференції. - Одеса: ОДЕКУ, 2004. - С. 47-48.

12. Волков А.І. Оцінка просторового розподілу антропогенного забруднення акваторії Одеської затоки / А.І. Волков, М.А. Берлінський // Науково-технічна конференція наукових та науково-педагогічгних працівників.

13. Волков А.И. Дифференцирование южных регионов Украины по степени эколого-туристической привлекательности /А.И. Волков, К.Н. Томашпольский, Т.А. Сафранов // Матеріали VII Всеукраїнської наукової конференції студентів, магістрантів і аспірантів «Екологічні проблеми регіонів України» - Одеса: Екологія, 2005. - С.180-181.

14. Волков А.И. Прогноз техногенной нагрузки на территорию Одесской области / А.И. Волков // Рациональное природопользование: Школа-конференция молодых ученых с участием стран СНГ.- М. :Географический факультет МГУ, 2005. - С.77-79.

Анотації

Волков А.І. Просторово-часова мінливість техногенного навантаження на територію регіонів України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.11 - конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів. - Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2008.

У дисертаційній роботі викладені результати дослідження закономірностей формування рівня техногенного навантаження на території регіонів України. Запропоновано комплексний підхід, що дозволяє оцінити стан навколишнього середовища в просторово-часовому розрізі, а також визначити основні фактори, що впливають на динаміку її трансформації.

Рівень техногенного навантаження розглядався як деяка комплексна характеристика, яка включає в себе набір показників, що визначають рівень впливу на атмосферу, гідросферу й ґрунтовий покрив. Спираючись на вищевказані показники за допомогою реалізації кластерного аналізу, на території України (24 області й АР Крим) було виділено 5 кластерів, що дозволило дати комплексну оцінку екологічної ситуації в досліджених регіонах. Проаналізовано динаміку зміни рівня техногенного навантаження у період часу 1990-2006 рр. із застосуванням факторного аналізу й установлені загальні тенденції часового ходу аналізованих показників за допомогою побудови трендів методом гармонійних ваг. Отримано прогностичні значення досліджуваних показників на 2010 р.

З використанням геоінформаційного програмного пакета Mapіnfo Professіonal сформована база даних, що містить масив статистичної інформації (за період часу, що вказується, та прогнозні значення), а також був побудований набір тематичних карт, що описують прогноз рівня техногенного навантаження на територію регіонів України на 2010 р., виділені регіони, що характеризуються найбільш складною екологічною обстановкою.

Ключові слова: рівень техногенного навантаження на навколишнє середовище, диференціація території, багатомірний аналіз.

Волков А.И. Пространственно-временная изменчивость техногенной нагрузки на территорию регионов Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.11 - конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. - Одесский государственный экологический университет, Одесса, 2008.

В диссертационной работе изложены результаты исследования закономерностей формирования уровня техногенной нагрузки на территории регионов Украины. Предложен комплексный подход, позволяющий оценить состояние окружающей среды в пространственно-временном разрезе, а также определить основные факторы, влияющие на динамику её трансформации. Произведено обобщение информации, касающейся негативного воздействия различных секторов экономики на состояние окружающей природной среды регионов Украины.

В качестве исходных данных был использован массив информации, полученный из Национальных докладов о состоянии окружающей природной среды, статистических ежегодников Украины, статистических сборников «Регионы Украины», ежегодных отчетов Госуправления экологии и природных ресурсов в Одесской области.

Проведен анализ существующих методик дифференцирования территорий и предложена обобщенная схема экологического районирования, в основу которой положен кластерный анализ. В качестве основной характеристики негативного воздействия деятельности человека на окружающую среду был использован уровень техногенной нагрузки, который рассматривался как некоторая комплексная характеристика (представленная вектором), включающая в себя набор показателей, отражающих уровень воздействия на атмосферу, гидросферу и почвенный покров, а именно: выбросы вредных веществ в атмосферный воздух стационарными источниками; выбросы вредных веществ в атмосферный воздух передвижными источниками; забор воды из природных водных объектов; потребление хозяйственно-питьевых вод по регионам; общее водоотведение; сброс сточных вод в поверхностные водные объекты; площадь сельскохозяйственной освоенности; площадь распаханных земель; площадь эродированных земель; количество внесенных агрохимикатов и пестицидов; образование твердых промышленных отходов; накопление твердых промышленных отходов в хранилищах организованного складирования; образование твердых бытовых отходов. Выбранные показатели достаточно презентабельны и являются типичными экологическими индикаторами устойчивого развития Украины.

Опираясь на вышеуказанную векторную величину, посредством реализации кластерного анализа, на территории Украины (24 области и АР Крым) было выделено 5 кластеров: 1) Днепропетровская, Донецкая, Запорожская, Луганская области; 2) Киевская, Львовская, Винницкая, Херсонская, Ивано-Франковская, Харьковская области; 3) АР Крым, Одесская, Черкасская, Полтавская области; 4) Николаевская, Кировоградская, Тернопольская, Хмельницкая, Сумская области; 5) Черновицкая, Ровенская, Черниговская, Житомирская, Волынская, Закарпатская области. Это позволило дать комплексную оценку экологической ситуации в исследованных регионах.

Проанализирована динамика изменения уровня техногенной нагрузки в период времени 1990-2006 гг. Сжатие исходных матриц показателей уровня техногенной нагрузки было выполнено с применением факторного анализа (центроидный метод). Установлены общие тенденции временного хода анализируемых показателей посредством построения трендов методом гармонических весов и методом наименьших квадратов, однако в силу особенностей характера рассмотренной статистической информации для прогноза использовались только результаты первого из них, поскольку метод гармонических весов позволяет учесть тенденцию последних лет с большим вкладом. На основании построенных трендов получены прогностические значения исследуемых показателей на 2010 г.

Разработан программный модуль, предусматривающий выполнение факторного и кластерного анализов для показателей уровня техногенной нагрузки на ОПС (язык программирования: Object Pascal).

С использованием геоинформационного программного пакета MapInfo Professional сформирована база данных, содержащая массив статистической информации, включающий данные за указанный период и прогностические значения. Также был построен набор тематических карт, описывающих прогноз уровня техногенной нагрузки на территорию регионов Украины на 2010 г: карта территориального распределения уровня техногенной нагрузки на атмосферный воздух; карта территориального распределения уровня техногенной нагрузки на природные воды; карта территориального распределения площади сельскохозяйственной освоенности территории; карта территориального распределения площади распаханных земель; карта территориального распределения площади эродированных земель; карта территориального распределения количества внесенных агрохимикатов и пестицидов; карта территориального распределения количества твердых промышленных и бытовых отходов. На всех картах выделены регионы, характеризующиеся наиболее сложной экологической обстановкой.

Ключевые слова: уровень техногенной нагрузки на окружающую среду, дифференциация территории, многомерный анализ.

Volkov A.I. Spatio-temporal changing of technogenious load on Ukrainian regions territory. - Manuscript.

Thesis for candidate's degree of geographic sciences by speciality 11.00.11 - constructive geography and rational utilization of natural resources. - The Odessa State Environment University, Odessa, 2008.

Results of research of laws in formation of the level of technogenic load on the territory of regions of Ukraine are set forth of dissertation. An all-round approach is offered that allows to estimate the state of the environment in space-and-time aspect and also to determine main factors that influence dynamics of its transformations. The level of technogenic load has been analyzed as a certain combined character that includes a set of indices to determine the level of impact on atmosphere, hydrosphere, and soil. Making use of the said indices with the aid of cluster analysis 5 clusters have been differentiated on the territory of Ukraine (24 regions and the Autonomous Republic of Crimea) that made it possible to give an all-round estimate of the ecologic situation in the said regions. Dynamics of variation of the level of technogenic load within the period from 1990 to 2006 have been analyzed by using factor analysis, and general trends in the time course of analyzed indices have been determined. Prognostic values of such analyzed indices are obtained for the year 2010.

A database has been formed by using MapInfo Professional geoinformation program package that contains an array of statistical information (for the said period of time, and predicted values) and also a set of thematic cards has been built to describe a predicted level of technogenic load on the territory of regions of Ukraine for the year 2010, regions characteristic of the most complex ecologic situation have been differentiated.

Key words: technogenic load's level on environment, differentiation of territory, multidimensional analysis.

Размещено на Allbest.ru

...