Математична модель оцінки ступеня трансформації агроландшафту під впливом меліоративних робіт у Волинській області

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Математична модель оцінки ступеня трансформації агроландшафту під впливом меліоративних робіт у Волинській області

М. Мельнійчук, С. Уєвич,

Б. Ахмедов, І. Мазур,

М. Мельнійчук

Анотація

Розглянуто математичну модель оцінки ступеня трансформації агроландшафтів Волинській області під впливом меліоративних робіт. Метою дослідження є створення математичної моделі оцінки ступеня трансформації агроландшафтів під впливом осушувальної меліорації.

Завданнями роботи є: з'ясування існуючих уявлень про трансформацію ґрунтів, аналіз особливостей методологічних підходів, оцінка проблем та окреслення перспективних шляхів поводження з трансформованими ґрунтами.

Основні методи, що використовувалися в дослідженні - це метод найменших квадратів, метод тах-диз'юнкції, який застосовується у разі нечіткого виводу за методом Е. Мамдані, як метод дефазифікації використаний метод центру ваги, метод кластерного аналізу.

Проаналізовано ступінь трансформації агроландшафтів на основі оцінок показників, які визначають зміну стану ландшафтів окремих районів Волинської області, де проводилися меліоративні роботи. Встановлено, що найбільшу щільність зв'язку між компонентами оцінки мають такі райони як Камінь-Каширський і Ратнівський. Також високою є щільність зв'язку, а, відповідно, й малим значення евклідової відстані, для Ковельського та Турійського районів.

Показано, що це не є випадковим, оскільки ці райони знаходяться в подібних фізико-географічних умовах і в межах однієї градації економіко-географічних характеристик. Для інших районів щільність зв'язку є суттєво нижчою, що пояснюється відмінністю фізико-географічних умов і, відповідно, господарської спеціалізації. Найнижчою є щільність зв'язку для Шацького, Локачинського, Рожищенського та Іваничівського районів.

Ключові слова: меліорація, осушення, трансформація, ґрунти, математична модель.

Мельнийчук М., Уевич С., Ахмедов Б., Мельнийчук М., Мазур И. Математическая модель оценки степени трансформации агроландшафта под влиянием мелиоративных работ в Волынской области

Рассмотрена математическая модель оценки степени трансформации агроландшафтов Волынской области под влиянием мелиоративных работ. Целью исследования является создание математической модели оценки степени трансформации агроландшафтов под влиянием осушительной мелиорации.

Задачами работы являются: выяснение существующих представлений о трансформации почв, анализ особенностей методологических подходов, оценка проблем и определение перспективных путей обращения с трансформированными почвами.

Основные методы, используемые в исследовании - это метод наименьших квадратов, метод тах-дизъюнкции, который применяется в случае нечеткого вывода по методу Е. Мамдани, как метод дефаззификации использован метод центра тяжести, метод кластерного анализа. Проанализирована степень трансформации агроландшафтов на основе оценок показателей, которые определяют изменение состояния ландшафтов отдельных районов Волынской области, где проводились мелиоративные работы. Установлено, что наибольшую плотность связи между компонентами оценки имеют такие районы, как Камень-Каширский и Ратновский.

Также высока плотность связи, а соответственно и малым значение евклидовой расстояния, для Ковельского и Турийского районов. Показано, что это не случайно, поскольку эти районы находятся в подобных физико-географических условиях и в пределах одной градации экономико-географических характеристик. Для других районов плотность связи существенно ниже, что объясняется различием физико-географических условий и, соответственно, хозяйственной специализации. Низкой является плотность связи для Шацкого, Локачинського, Рожищенского и Иваничивского районов.

Ключевые слова: мелиорация, осушение, трансформация, почвы, математическая модель.

M. Melnyichuk, S. Uevich, B. Ahmedov, M. Melnyichuk, I. Mazur. A mathematical model for estimating the degree of transformation of an agricultural landscaping under the influence of melioration works in the Volyn region

The mathematical model of estimation of degree of transformation of agricultural landscapes of Volyn region under the influence of melioration works is considered in the article. The purpose of the study is to create a mathematical model for estimating the degree of transformation of agricultural landscapes under the influence of drainage reclamation.

The tasks of the work are: to clarify existing ideas about soil transformation, to analyze the peculiarities of methodological approaches, to evaluate problems and to outline perspective ways of handling transformed soils. The main methods used in the study are the least-squares method, the Mach-disjunction method, which is used in the case of fuzzy inference by E. Mamdani method, the center of gravity method, the cluster analysis method. The degree of transformation of agricultural landscapes is analyzed on the basis of estimates of indicators that determine the change of landscapes of particular areas of Volyn region, where reclamation works were carried out. It is established that the highest density of connection between the components of the assessment is in areas such as Kamen-Kashirsky and Ratnivsky.

Also high is the density of communication, and therefore the value of Euclidean distance, for the Kovel and Turiisk districts. It is shown that this is not accidental, since these areas are in similar physical and geographical conditions and within one gradation of economic and geographical characteristics. In other areas, the density of communication is significantly lower, which is explained by the difference in physical and geographical conditions and, accordingly, economic specialization. The lowest is the density of connection for Shatsk, Lokachi, Rozhysche and Ivanichi districts.

Key words: reclamation, drainage, transformation, soils, mathematical model.

Актуальність теми дослідження

ХХ століття, поряд з іншими важливими віхами, було ознаменоване також і гігантським за масштабами комплексом меліоративних робіт. Поряд із позитивним ефектом, якого досягла меліоративна трансформація екосистеми, як то збільшення посівних та пасовищних площ і зростання валових врожаїв, значно більшої ваги набрала негативна сторона цього процесу. Звичайно, суттєва зміна водно-ґрунтового режиму під дією антропогенного впливу стала головним наслідком неконтрольованих осушувальних робіт. Однак, не варто забувати й про такі негативні результати, як деградація ґрунтового покриву та докорінна трансформація природного ландшафту територій.

Стан вивчення питання

На проведення меліоративних робіт виділялися значні кошти й постачалася сучасна техніка. Незважаючи на великомасштабний підхід наслідки меліоративного перетворення екосистем не були до кінця продуманими. Вже побудова й експлуатація перших меліоративних систем викликала занепокоєння у багатьох учених, а на сьогодні стало зрозумілим, що через варварське поводження екосистеми потребують ренатуралізації.

Крім того, виникла потреба всебічного вивчення меліоративних систем на фоні загальних фізико-географічних особливостей регіону, що дасть змогу виявити й глибше зрозуміти екологічні проблеми, пов'язані з меліорацією заболочених територій. Дослідження трансформації ландшафтів під час осушення земель практично не проводилися. Тому фізико-географічні аспекти вивчення трансформації ландшафтів під впливом осушення є досить актуальними й дадуть змогу раціонально підійти до використання меліоративних систем у майбутньому.

Проблематиці оцінки ступеня трансформації агроландшафту під впливом меліоративних робіт присвячено низку праць таких провідних учених, як В.Є. Алексієвський, С.Т. Вознюк, С.Г. Скоропанов, М.Н. Шевченко, П.Г. Шищенко, О.О. Бейдик, О.О. Ничая, Н.А. Тарасюк, Ф.В. Зузук, І.Б. Койнова, С.Р. Полянський, М.М. Приходько та ін.

Методи дослідження

Дослідження ступеня трансформації (1) агроландшафту було проведено на основі об'єктивних (1) і суб'єктивних (2) показників, які визначають зміну стану ландшафтів окремих районів Волинської області, де проводилися меліоративні роботи (рис. 1). До об'єктивних показників віднесено лісистість територій (11) та стан ґрунтів (12). Відповідно, суб'єктивні показники, які можуть відображати зміну агроландшафту, - це миловидність (12₁) та селітебність районів меліоративних робіт (12₂). Методом найменших квадратів отримано функціональні залежності для двох періодів зміни лісистості (рис. 2). Як систему нечіткого виводу використано метод Е. Мамдані.

Рис. 1. Блок-схема моделі ступеня трансформації агроландшафту

Новизна дослідження

Ступінь трансформації агроландшафту було визначено на основі об'єктивних і суб'єктивних оцінок показників, які визначають зміну стану ландшафтів окремих районів Волинської області, де проводилися меліоративні роботи. До об'єктивних показників віднесено лісистість територій та стан ґрунтів, відповідно, суб'єктивні показники - це миловидність та селітебність районів меліоративних робіт. Методом найменших квадратів отримано функціональні залежності для двох періодів зміни лісистості. Для аналізу ступеня трансформації агроландшафтів застосовані 24 евристичні правила. Для акумуляції завершення правил використано метод тах-диз'юнкції, який застосовується у разі нечіткого виводу за методом Е. Мамдані. Як метод дефазифікації використаний метод центру ваги (centroid). Для пояснення закономірностей розподілу приблизно однакової бальної оцінки визначених районів, які знаходяться у різних фізико - географічних зонах, здійснено кластерний аналіз складових оцінки, суть якого полягає в розрахунку відстані між об'єктами в багатовимірному просторі.

Мета дослідження

Метою цього дослідження є створення математичної моделі оцінки ступеня трансформації агроландшафту під впливом меліоративних робіт.

Виклад основного матеріалу з обґрунтуванням отриманих наукових результатів

Динаміка зміни лісистості Волинської області в період із 1946 до 2008 р. представлена на рис. 2. Аналіз наведених даних показує, що до процесу інтенсивної меліорації земель у 70-і роки минулого століття лісистість області зростала більш інтенсивно, ніж у наступні роки. Динаміка лісистості до інтенсивного процесу меліорації описується рівнянням у = 0,54/j -1035,5 із коефіцієнтом кореляції R² = 0,9972. Динаміка зміни лісистості після інтенсивного початку меліоративних робіт описується рівнянням у = 0,06 f_u -- 85,4 з коефіцієнтом кореляції R² = 0,6449. Отримані залежності показують, що коефіцієнти нахилу кореляційних прямих, які можна вважати ступенем антропогенного впливу, відносяться як 9:1.

Рис. 2. Динаміка лісистості Волинської області

Комплексна оцінка екологічного стану ґрунтів здійснена шляхом дослідження інтенсивності прояву дії часткових оцінок на екологічний стан ґрунтів із застосуванням методу балів. Від 0 до 1 балу оцінено найменший прояв несприятливих чинників (найбільший - компенсуючих); від 1 до 2 балів - середній прояв несприятливих чинників (високий - компенсуючих); від 2 до 3 балів - високий (несприятливий) прояв несприятливих чинників і середніх компенсуючих; від 3 до 4 балів - найвищий (вкрай несприятливий) прояв негативних чинників і найменший прояв компенсуючих.

Таблиця 1

Оцінка стану районів меліоративних робіт адміністративних районів Волинської області

Для районів Волинської області конструктивно-географічний аналіз та оцінка стану меліорованих агроландшафтів здійснені в [1]. Результати оцінки для районів меліоративних робіт адміністративних районів області наведені в табл. 1. транформація ґрунт агроландшафт меліорація

Миловидність територій визначимо на основі географічно-естетичної оцінки ландшафтів за методикою роботи [2]. Селітебність районів гідромеліоративних робіт у межах ключових ділянок адміністративних районів Волинської області визначали за методикою роботи [3]. Ступінь трансформації агроландшафтів доцільно визначати за коефіцієнтом трансформації, що відповідає п'ятиступеневій шкалі перетвореності ландшафтів: 0 + 2,0 - практично не перетворені; 2,1 + 4,0 - слабо перетворені природні ландшафти; 4,1 + 6,0 - середньо-перетворені природні ландшафти; 6,1 + 8,0 - сильно перетворені; 8,1 + 10,0 - надмірно перетворені (штучно створені ландшафти).

Для аналізу ступеня трансформації агроландшафту під впливом меліоративних робіт використаємо можливості математичного апарату нечіткої логіки та створимо ефективну систему збалансованих показників.

Змістова інтерпретація нечіткої моделі припускає вибір і специфікацію вхідних і вихідних змінних відповідної системи нечіткого виводу (табл. 2). При цьому в нашій нечіткій моделі передбачається використовувати чотири вхідні змінні й одну вихідну змінну.

Як перша вхідна змінна використовується оцінка лісистості районів Волинської області. В ролі другої вхідної змінної використовується конструктивно-географічна оцінка стану гігроморфних меліорованих ґрунтів районів Волинської області. Третя вхідна змінна - миловидність агроландшафтів за цим критерієм географічно-естетичної оцінки для районів Волинської області. Як четверту вхідну змінної беремо селітебність району в межах ключових ділянок. Вихідною змінною є ступінь трансформації агроландшафту під впливом меліоративних робіт.

Таблиця 2