энтропия была аддитивной величиной необходимо перейти от числа состояний каждой градации Ki статистического распределения к логарифму их числа, т.е. lnKi. Повторяемости состояний каждой градации определены в таблицах (17–20). Тогда текущая энтропия каждого участка Sj рассчитывается по формуле:
Текущие уровни неустойчивости системы для каждого участка Р0j определялись путем подстановки текущей энтропии Sj в соотношение Ферхюльста или бифуркационную диаграмму. Энтропия каждого участка и полигона в целом представлены в таблице 21. Здесь же показаны уровни неустойчивости экологической системы каждого участка и полигона, установленные для них экологические ранги.
Таблица 21. Уровни неустойчивости экологического состояния полигона
Оценим условия аддитивности построенной модели. Средняя энтропия первого и второго участков равна
что близко к энтропии полигона в целом S = 1,13.
Близки также величины экологической неустойчивости
Средняя энтропия полигона с учетом третьего участка
а неустойчивость при этом равна 0,21, что существенно отличается от соответствующих значений для полигона в целом.
Этот результат вполне понятен, т.к. в физике, где энтропия чисто аддитивная величина, для различных макросистем справедливы распределения Максвелла и Больцмана, которые описывают чисто случайные процессы. В геоэкологии законы распределения описывают квазидетерминированные процессы, когда в различных сочетаниях взаимодействуют случайные и детерминированные факторы. Поэтому, когда преобладают детерминированные процессы хозяйственной деятельности человека, аддитивность разработанной модели нарушается. В частности, участок 3 отличается максимальной антропогенной деградацией рельефа.
Методика прогноза деградации рельефа
На первом этапе для измеренных значений энтропии участков определяли начальные значения их экологической неустойчивости Р0. Для этого использовали уравнение (3) или диаграмму неустойчивых состояний экологической системы на рисунке 28.
На втором этапе найденное значение использовали как начальное в модифицированном соотношении Ферхюльста. Для интересующих нас будущих значений энтропии рассчитывали последующую устойчивость территории Рn с интервалом осреднения в один год, т.е. делали прогноз возможного развития экологической ситуации.
Рисунок 29 иллюстрирует возможные пути развития экологической ситуации первого участка. Кривая 1 прогнозирует самовосстановление участка при прекращении деятельности полигона, когда текущая энтропия остается в ранге нормы, то есть S1=0,91 при фоновом уровне неустойчивости равном 0,02. За 30 лет экологическая неустойчивость участка снижается до уровня 0,005 и медленно стремится к нулю. Кривая 2 показывает, что при повышении интенсивности использования первого участка до уровня S2=1,31 та же неустойчивость Р=0,24 будет достигнута за 35 лет. Соответственно, если интенсивность использования участка повысится до S3=1,61, то уровень деградации, соответствующий третьему участку, будет достигнут через 15 лет (кривая 3).
Рис. 29. Возможные пути развития 1–3 экологической ситуации на первом участке полигона «Погоново»
Рисунок 30 иллюстрирует прогнозируемое развитие экологической ситуации на втором и третьем участках полигона «Погоново». Кривая 1 показывает, что текущая энтропия при консервации участка будет соответствовать рангу нормы S1=0,91 и устойчивость достигает фонового уровня Р0=0,02 за 23 года. Через столько лет этот участок будет готов к экономическому использованию благодаря самовосстановлению.
Кривая 3 дает прогноз самовосстановления для участка 3. Здесь снижение неустойчивости до приемлемого уровня произойдет за 25 лет, при этом наиболее интенсивное снижение неустойчивости наблюдается за первые 5 лет. До уровня деградации второго участка третий, при прекращении его использования, достигает за 8 лет (кривая 4).
Кривая 2 показывает, что увеличение неустойчивости второго участка до уровня третьего может произойти за 7 лет. Третий участок той же интенсивности использования за 4 года приблизится к критическому уровню неустойчивости равному 0,48 (кривая 5).
Рис. 30. Возможные пути развития 1-5 экологической ситуации на втором и третьем участках полигона «Погоново»
Прогноз развития экологической ситуации на полигоне в целом
При прекращении деятельности всего полигона снижение неустойчивости до приемлемого уровня 0,02 произойдет за 20 лет. Интенсивность использования всего полигона по уровню энтропии не должна превышать величину S=1,7. В противном случае, за 8 лет деградация рельефа полигона превысит критическое значение 0,5, и динамическое развитие экологической ситуации превратится в хаотическое.
Методика прогнозирования развития экологической ситуации на полигоне «Погоново» показывает:
если экологическая система находится в ранге нормы, то за 30 лет при прекращении антропогенного воздействия система восстанавливается до абсолютно устойчивого уровня 0,995. При интенсификации деятельности полигона до уровня среднего риска уровень неустойчивости повысится до 0,38 за 15 лет;
если система находится в середине ранга экологического кризиса, то при прекращении деятельности полигона устойчивость системы повысится до 98 % за 30 лет. До уровня превышающего критический при той же интенсивности деятельности полигона система приблизится за 8 лет;
если система находится в области компенсируемого кризиса, то при прекращении деятельности полигона система может самопроизвольно возвратиться в ранг экологического риска при 98% устойчивости через 100 лет;
при возникновении хаотического состояния системы (бифуркации) происходит образование овражно-балочного рельефа, когда прогноз развития и самовосстановление системы невозможен.
Оптимальный путь восстановления земель полигона для хозяйственного использования (если уровень неустойчивости не превышает 0,5) предполагает два варианта:
1. Прекращение деятельности полигона в течение 30 лет для самовосстановления его рельефа за счет природных факторов.
2. Механическое восстановление рельефа с разубоживанием его земель.
Глава IV
ОЦЕНКА МЕДИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ОПАСНОСТЕЙ И РИСКОВ, ВЫЗВАННЫХ ВОЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ
4.1 Алгоритм оценки риска объектов, загрязненных в результате военной деятельности
Загрязняющие вещества в почве и водах в районах, пострадавших от военной деятельности, могут представлять значительные риски для здоровья человека и окружающей среды из-за их потенциального токсического воздействия [33, 53, 117, 189, 209]. Под экологическим риском понимают количественную меру опасности возникновения негативных изменений в природной среде и ухудшения здоровья людей. К риску принято относить опасности от достоверных событий (происходящих с вероятностью, равной единице), таких, как загрязнение окружающей среды в результате работы объектов военной деятельности в мирное и военное время.
Подходы к оценке рисков отличаются в зависимости от целей: установление экологических последствий или влияния на здоровье человека. Так, китайские ученые исследовали накопление загрязняющих веществ в почвах пяти стрельбищ. Средние концентрации Pb, Cu, Hg, Sb, Ni и Cr в различных диапазонах были выше фоновых значений местной почвы. Степень загрязнения варьировалась в зависимости от объектов и металлов. Было установлено, что загрязнение свинцом, медью, ртутью и сурьмой может вызывать различные потенциальные экологические риски на всех обследованных стрельбищах, но только Pb на трех из них показывает возможные риски для здоровья
