Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические и методические основы применения геоинформационных технологий в геоэкологических исследованиях 8
2. Эколого-географическая характеристика речных бассейнов Калининградской области 31
2.1. Природные условия 31
2.2. Экономические особенности 45
2.3. Экологические проблемы 57
3. Оценка геоэкологической ситуации в речных бассейнах с применением геоинформационных технологий 65
3.1. Методические основы применения геоинформационных технологии 65
3.2. Методика оценки геоэкологической ситуации в речных бассейнах с использованием геоинформационных технологий 70
3.2.1. Алгоритм оценки геоэкологической ситуации 71
3.2.2. Информационная модель ГИС «Речные бассейны» 78
3.2.3. Методика параметрической оценки геоэкологической ситуации в речных бассейнах 84
3.3. Оценка геоэкологической ситуации в речных бассейнах 103
3.3.1. Геоэкологическая ситуация в речных бассейнах Калининградской области 103
3.3.2. Геоэкологическая ситуация в речных бассейнах Европы 107
4. Управление природопользованием в речных бассейнах Калининградской области 116
Заключение 133
Список литературы 138
- Теоретические и методические основы применения геоинформационных технологий в геоэкологических исследованиях
- Экологические проблемы
- Методика параметрической оценки геоэкологической ситуации в речных бассейнах
- Управление природопользованием в речных бассейнах Калининградской области
Введение к работе
Актуальность исследования. Во многих странах современная геоэкологическая ситуация в речных бассейнах складывается под влиянием природных и антропогенных факторов в сочетании с трансграничным воздействием. В связи с этим, ни одна из значимых геоэкологических проблем не может быть решена без учета процессов, протекающих в речном бассейне. Наиболее эффективно обработка пространственно распределенных данных в ходе оценки геоэкологического состояния может быть осуществлена с помощью геоинформационных технологий (ГИС-технологий).
Разный уровень хозяйственной освоенности речных геосистем Калининградской области, их сложная межмуниципальная дифференциация, трансграничный характер ряда речных бассейнов, а также отсутствие комплексной оценки современной геоэкологической ситуации, затрудняют эффективное управление природопользованием в регионе.
Объект исследования — речные геосистемы Калининградской области.
Предмет исследования - современная геоэкологическая ситуация в речных бассейнах.
Цель работы - оценка остроты геоэкологической ситуации в речных бассейнах Калининградской области с применением ГИС-технологий.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
-
изучить существующие подходы к разработке и использованию геоинформационных технологий в геоэкологических исследованиях;
-
проанализировать природные и антропогенные факторы, влияющие на состояние речных бассейнов Калининградской области;
-
разработать методику оценки геоэкологической ситуации в речных геосистемах и провести ее верификацию;
-
реализовать картографическую модель оценки геоэкологической ситуации в соответствии с разработанным алгоритмом;
-
выявить пространственную дифференциацию остроты геоэкологической ситуации;
-
обосновать алгоритм разработки стратегии управления природопользованием в речных бассейнах Калининградской области с учетом результатов SWOT-анализа.
Материалы и методы исследования. Целесообразность использования геосистемного и бассейнового подходов при решении комплексных территориальных проблем природопользования и оптимизации природной среды отмечалась в работах Л.М. Корытного (1974,1987,1988, 1991, 2001),
В.Б. Сочавы (1975, 1978), Ф.Н. Милькова (1981), С.Я. Сергина (1980, 1981, 1988), П.Г. Олдака (1983), Л.В. Зорина (1984), А.Д. Арманд (1989), В.М. Разумовского (1989), Г.К. Осипова и др. (2003), Б.И. Кочурова (2003), И.В. Жерелиной (2003), A.M. Трофимова и др. (2010) и др.
Одними из первых обратились к комплексному анализу пространственно распределенной информации ученые Института экологии Волжского бассейна РАН (Моисеенкова, Шитиков, 1989; Розенберг и др., 1991, 1995, 1996, 2000; Краснощекое, Розенберг, 1999 и др.). Классификации и анализу пространственно распределенных неполных данных о состоянии окружающей среды посвящены работы Е.В. Шапеевой (1994), М.Ф. Каневского и др. (1996, 1999) и др. Вопросы оценки качества вод, состояния речных бассейнов с применением концепции многомерных информационных объектов нашли отражение в исследованиях Ю.В. Новикова (1987), Н.И. Коронкевича и др. (1992, 1995, 1996, 1998, 1999), С.Д. Дегтярева (1998), В.В. Дмитриева (1999, 2000, 2001, 2002, 2009), СВ. Ясинского (2000, 2009), М.А. Шахраманьяна (2003), В.Г. Ведухиной (2007), Р.З. Ха-митова и др. (2010) и др.
Проблемы оценки и анализа геоэкологической ситуации в речных бассейнах и водотоках Калининградской области занимались С.Я. Сергин (1982, 1988), СИ. Зотов (1991, 1993, 1997, 1999, 2001), Н.Г. Ельцина, СЮ. Науменко (1996), В.И. Сухорук и др. (1999, 2007), В.А. Шкицкий и др. (1999, 2001), О.Л. Виноградова (2000), СВ. Александров (2001), О.А. Дмитриева (2001, 2005), Е.А. Романова и др. (2001), М.Н. Шибаева (1997, 2001), СВ. Шибаев и др. (2001), В.И. Панасин, Л.Ф. Мизина (2001), Л.Г. Сергеева (2001), Б.Ф. Снищенко и др. (2001), Т.А. Берникова и др. (2002, 2006), Н.Л. Великанов, Е.Д. Проскурнин (2003), Е.В. Матвеева и др. (2006, 2007, 2009), Д.А. Домнин, Б.В. Чубаренко (2006, 2007), К.Б. Хайновский и др. (2008) и др.
Данная работа основывается на статистических, картографических, фондовых и литературных материалах, а также - результатах полевого обследования. Для оценки остроты геоэкологической ситуации в речных бассейнах автором разработана методика двухуровневой параметрической оценки с использованием ГИС-технологий.
В процессе исследования, применялись следующие методы сбора и обработки информации: геоинформационный, картографический, районирования, типологии и ранжирования, математической статистики (кластерного анализа, балльной оценки), сравнительно-географический.
Научная новизна:
1. Разработан алгоритм оценки геоэкологической ситуации в речных бассейнах с использованием геоинформационных технологий.
-
Предложен оригинальный методический подход двухуровневой параметрической оценки остроты геоэкологической ситуации, апробированный для речных геосистем различного иерархического уровня.
-
Впервые выполнена комплексная оценка геоэкологической ситуации в речных бассейнах Калининградской области с выделением четырех категорий остроты ситуации, а также зон повышенного геоэкологического риска.
-
Предложен алгоритм разработки стратегии управления природопользованием в речных бассейнах Калининградской области с учетом результатов SWOT-анализа.
Защищаемые положения:
-
Методика двухуровневой параметрической оценки остроты геоэкологической ситуации в речных бассейнах с использованием ГИС-технологий.
-
Оценка остроты геоэкологической ситуации в речных бассейнах Калининградской области с верификацией авторского метода в речных геосистемах Европы.
-
Алгоритм разработки стратегии управления природопользованием в речных бассейнах Калининградской области с учетом особенностей их современного использования и трансграничного положения.
Обоснованность и достоверность результатов исследования
обеспечена значительным объемом исходных материалов, использованием современных методов их обработки и визуализации, анализом значительного количества российских и зарубежных публикаций по теме исследования, апробацией основных научных результатов на российских и международных конференциях.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке методических подходов к оценке остроты геоэкологической ситуации в речных геосистемах различного иерархического уровня.
Практическая значимость исследования. Результаты диссертационного исследования использованы при выполнении проекта №2.2.1.1/3714 АВ ЦП РНП ВШ «Геоинформационная система "Калининградская область" как интегрирующий механизм комплексных исследований в регионе»; внедрены в учебный процесс факультета географии и геоэкологии БФУ им. И. Канта при чтении курсов «Геоинформационное картографирование», «Мониторинг поверхностных вод», «Методы геоэкологических исследований». Они также могут быть применены при разра-
ботке и реализации экологических программ в других регионах России, планировании рекреационных и санитарно-защитных зон и др.
Личный вклад автора заключается в сборе и обработке фактического материала, анализе и интерпретации полученных результатов, разработке методики двухуровневой параметрической оценки остроты геоэкологической ситуации в речных бассейнах с использованием ГИС-технологий, ее апробации и верификации, построении карт. Основные научные выводы и практические рекомендации принадлежат автору.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационного исследования были представлены на Международной конференции «ИнтерКарто/ИнтерГИС 12. Устойчивое развитие территорий: теория ГИС и практический опыт» (Калининград, 2006); VIII Общероссийском форуме «Стратегическое планирование в городах России» (Санкт-Петербург, 2009); IX Общероссийском форуме «Стратегическое планирование в регионах и городах России» (Санкт-Петербург, 2010); международной конференции «50 лет развития и просвещения для формирования будущего океанов и прибрежных территорий» (Санкт-Петербург, 2010); научных семинарах в рамках проекта АВ ЦП РНП ВШ «Геоинформационная система "Калининградская область" как интегрирующий механизм комплексных исследований в регионе» (Калининград, 2009-2010). Основные положения диссертации отражены в 11 публикациях, включая 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК, и одну коллективную монографию.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 229 наименований, в том числе - 58 зарубежных. Работа изложена на 161 странице, содержит 50 рисунков и 17 таблиц.
Теоретические и методические основы применения геоинформационных технологий в геоэкологических исследованиях
В последнее время географические информационные системы (ГИС) становятся одним из наиболее эффективных инструментов познания постоянно изменяющейся географической среды. Они находят применение в самых разных областях человеческой деятельности - там, где идет работа с данными, имеющими географическую привязку, где нужно показать или оценить взаимное расположение объектов на местности, где решение вопроса требует учета географического распределения одного или нескольких факторов. Эти системы позволяют создавать цифровые карты, демонстрирующие распределение определенных свойств окружающей среды и объектов на местности, для выявления закономерностей и взаимоотношений объектов в окружающем мире, а также для исследования изменений, произошедших на изучаемой территории за определенный период времени [95].
Существуют различия в подходах к определению- понятия «географические информационные системы» у отечественных и зарубежных исследователей. В отечественных исследованиях под ГИС чаще всего понимается аппаратно-программный человеко-машинный комплекс, обеспечивающий сбор, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, интеграцию данных и знаний о территории для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением окружающей средой и территориальной организацией общества [83]. За рубежом наиболее полное определение данного термина дал М. Зейлер, согласно которому «ГИС представляет собой сочетание подготовленного персонала,, пространственных и описательных данных, аналитических методов, аппаратного и программного обеспечения, где все составляющие организованы для компьютеризации, обработки и получения информации с использованием географического представления» [47]. Отличительной особенностью данного подхода является включение в структуру ГИС такого компонента как персонал, под которым понимается любой пользователь, имеющий навыки работы с ГИС-пакетами (рис. 1).
Ядро ГИС составляют два компонента - данные и программное обеспечение, ответственное за хранение этих данных и за их обработку. Данные - это важнейший компонент ГИС, описывающий изучаемый объект. Географические информационные системы работают с данными двух основных типов:
пространственными (географическими), описывающими положение и форму географических объектов, а также пространственные связи между ними;
описательными (атрибутивными, табличными), включающими информацию о географических объектах, состоящих из наборов чисел, текстов и т.п. [47]. Географические информационные системы не хранят карты в общепринятом смысле, но имеют дело с данными, организованными в базу данных, из которых с помощью программного инструментария, являющегося частью ГИС, можно создать картографическое представление, оптимальное для каждой конкретной задачи. Программное обеспечение позволяет вводить, сохранять, анализировать и отображать географическую информацию (рис. 2). Ключевыми компонентами программного обеспечения являются:
средства для ввода, хранения и преобразования географических данных;
система управления базой данных;
программные средства, обеспечивающие визуализацию информации, редактирование данных, поддержку запросов и географический анализ;
графический интерфейс пользователя, облегчающий использование программных средств [95].
Основная цель использования ГИС в геоэкологических исследованиях заключается в предоставлении возможности обработки и анализа пространственных данных. Полученные результаты лежат в основе принятия решений в области управления природопользованием и охраной окружающей средой.
Особенность ГИС заключается в ее способности одновременно обрабатывать разнородную информацию, используя в качестве общего ключа всех видов данных географическое (пространственное) положение. Как правило, ГИС представляет информацию в виде карт и с помощью символов, интегрируя данные из разных источников в общей географической системе отсчета. Таким образом, исследователь узнает, что находится в интересующей его области пространства, где находятся те или иные объекты и процессы, как они распределены в пространстве. При работе с электронными вариантами карт ГИС может выдать дополнительную информацию, которая отсутствует в печатном варианте карте. Например, можно определить изменение во времени какой-либо характеристики объекта, смоделировать реакцию на возникновение нового объекта и определить необходимые обновления в системе. Эти возможности ГИС обусловлены тем, что географическая информационная система как программный инструментарий - это, в сущности, система управления базами данных, способная распознавать и обрабатывать пространственные соотношения.
Возникновение и бурное развитие ГИС было предопределено богатейшим опытом топографического и, особенно, тематического картографирования, успешными попытками автоматизировать картосоставительский процесс, а также революционными достижениями в области компьютерных технологий, информатики и компьютерной графики. Одной из наиболее интересных черт начального этапа развития ГИС (60-ые гг.) является то, что первые инициативные проекты и исследования сами были географически распределены по многим точкам. Эти работы проводились независимо друг от друга, часто без упоминания и даже с игнорированием себе подобных. Особо следует отметить идеи и опыт комплексного тематического картографирования, убедительно продемонстрировавшего эффект системного использования разнохарактерных данных для извлечения новых знаний о географических объектах. До сих пор важнейшим свойством ГИС, привлекающим пользователей, является ее комплексность и интегративность.
Историю развития. ГИС достаточно сложно периодизировать из-за небольшого количества публикаций посвященных этой» теме в период с 1960 по. 1980 гг. Как правило, выделяют 4 этапа развития ГИС [174, 196, 220-223].
Первый этап (с 1960 по 1970 гг.) характеризуется исследованиями принципиальных возможностей, совмещением пограничных областей знаний и технологий, наработкой эмпирического опыта, первыми крупными проектами и теоретическими работами. Одним из первых стало исследование W. Tobler (1959), приведшее к созданию системы MIMO («map in - тар out») для целей компьютерной-картографии [196]. Основные принципы ввода данных, их обработки и графического отображения, реализованные в этой системы, находят свое применение в современных ГИС-продуктах.
В 1963 г. группа исследователей во главе с R. Tomlinson начала разработку Географической Информационной Системы Канады (CGIS) для целей национального земельного кадастра. В этом же году в США была- сформирована Ассоциация городских и региональных информационных систем. (URISA), которая состояла из специалистов в- области информационных технологий. Она планировала использование компьютерных технологий для целей организации общественных работ, защиты окружающей среды, координации работы аварийных служб и др.
В 1964 г. Н. Fisher создал; Гарвардскую лабораторию; компьютерной графики и пространственного анализа. Массачусетского технологического института. На тот момент она стала важным исследовательским центром, создавшим первые образцы программного обеспечения для обработки пространственных данных [196]. Через эту лабораторию прошли исследователи, ставшие ключевыми фигурами в развитии ГИС: D. Sinton (Intergraph), J. Dangermond (ESRI), L. Jordan и В. Rado»(ERDAS) [220-222].
Экологические проблемы
Сложная экологическая обстановка в Калининградской области вызвана повышенным загрязнением воздушного бассейна в городах, неудовлетворительным качеством питьевой воды, загрязнением поверхностных вод, накоплением значительного количества промышленных и бытовых отходов, в том числе и их размещением в несанкционированных местах.
Недостаточная очистка промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых сточных вод способствует значительному загрязнению водных объектов и, как следствие, снижению качества питьевой воды. В период с 1990 по 2009 гг. экологическое состояние бассейнов рек и областей стока региона определялось двумя противоположными тенденциями: постепенным (очень медленным) улучшением экологического состояния в результате снижения промышленной нагрузки и повышением риска возможного загрязнения в результате аварий и/или чрезвычайных ситуаций.
В последние годы прослеживается тенденция к уменьшению общего объема сбрасываемых сточных вод как в целом по области (рис. 23), так и в областном центре - г. Калининграде (рис. 24). Это снижение связано с экономическими изменениями в промышленности региона, продолжающейся его переориентацией из сферы промышленного производства в сферу услуг.
В 2009 г. в Калининградской области сброс сточных вод в поверхностные водные объекты составил ПО млн. м , из, которых 87 млн. м - загрязненные сточные воды и 23 млн. м — нормативно-чистые (без очистки). При этом следу-ет отметить, что 19 млн. м сточных вод сброшено без какой-либо очистки (21,8%), 68 млн. м - недостаточно очищенных (78,2%) [30]. По данным Федеральной службы госстатистики Калининградская область находится на седьмом месте по сбросу загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты среди субъектов Северо-Западного федерального округа [151] (рис. 25). Несмотря на сокращение сбросов сточных вод в поверхностные водные объекты, следует отметить, что нормативно очищенные сточные воды в регионе по-прежнему отсутствуют, т.е. все сточные воды в той или иной степени загрязнены. Это связано с тем, что в Калининградской области в настоящее время действуют всего 20 очистных сооружений, из числа которых 13 - механические и только 7 - биологические. Практически все очистные сооружения морально устарели и работают с низкой эффективностью по удалению азота и фосфора [42]. В связи с этим, такие крупные водотоки как Неман и Преголя в целом характеризуются как загрязненные.
В 2009 г. в областном центре - г. Калининграде - объем сброса сточных вод составил 57,9 млн. м . Все они отнесены к категории загрязненных сточных вод, из них недостаточно очищены 49,3 млн. м3 (85,2%) [29]. Сточные воды г. Калининграда проходят только механическую очистку и через открытый канал сбрасываются непосредственно в Калининградский (Вислинский) залив [42].
Наибольший вклад в загрязнение речных бассейнов Калининградской области вносят предприятия жилищно-коммунального хозяйства и промышленности, а также сельское хозяйство (табл. 6). На рис. 26 представлена структура сбросов сточных вод в поверхностные водные объекты региона по видам хозяйственной деятельности. Анализ временной динамики сброса загрязненных сточных вод показал, что длительное время основным источником загрязнения были предприятия промышленности, однако последние 10 лет первое место по объемам сброса занимают предприятия жилищно-коммунального хозяйства. Лидером по сбросу сточных вод в регионе является МУП КХ «Водоканал» городского округа «Город Калининград», которое осуществляет водоснабжение и водоотведение в областном центре. В 2009 г. предприятием было сброшено 52,04 млн. м сточных вод (90% объема сброса сточных вод г. Калининграда и 47,3% - Калининградской области в целом), в том числе, 5,35 млн. м3 сточных вод сброшено без какой-либо очистки (10,3%), 46,69 млн. м - недостаточно очищенных (89,7%) [42].
В общем объеме сбросов преобладают сульфаты и хлориды (рис. 27), которые являются типичными загрязнителями для сточных вод жилищно-коммунального и сельского хозяйства.
В Калининградской области систематические наблюдения за экологическим состоянием рек проводятся Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среду на двух крупных водотоках - pp. Преголя и Неман. В 2010 г. р. Неман была отнесена к категории «загрязненная», р. Преголя - «очень загрязненная» [42].
В связи с тем, что ряд речных бассейнов Калининградской области носит трансграничный характер, на их экологическое состояние оказывают влияние сопредельные территории. Для определения пространственной дифференциации источников загрязнения эффективен метод «горячих точек». Их выделяют на трех уровнях: локальном (локальная «горячая точка»), региональном (региональная «горячая точка») и международном (трансграничная «горячая точка») [115].
«Горячие точки» для населенных пунктов, расположенных в непосредственной близости от водотоков, определялись через соотношение численности населения к объему стоков; удаленных от водотоков - через соотношение численности населения к объему атмосферных выбросов [200, 224]
На территории бассейнов рек и областей стока выделено 9 трансграничных, 52 региональных и 20 локальных «горячих точек» (рис. 28). Из них непосредственное воздействие, через сбросы в водотоки, оказывают 5 трансграничных, 21 региональная и 20 локальных «горячих точек». Остальные воздействуют опосредованно, через атмосферное загрязнение. В целом, наиболее крупными (трансграничными) «горячими точками» являются городские населенные пункты с численность населения от 50 тыс. человек. К трансграничным «горячим точкам» относятся: гг. Барановичи, Лида, Гродно (Белоруссия), Вильнюс, Каунас, Паневежис, Клайпеда (Литва), Ольштын (Польша), Калининград (Российская Федерация). Все они характеризуются высокой плотностью населения и большой концентрацией производств, что влечет за собой значительное количество сбросов в поверхностные водные объекты.
Методика параметрической оценки геоэкологической ситуации в речных бассейнах
Параметрическая оценка геоэкологической ситуации в речных бассейнах базируется на обобщенных результатах структурного, функционального и информационного анализа. Она выполняется на основе определения, количественных значений частных и обобщенных показателей, образующих иерархическую структуру, что позволяет производить районирование в пределах как одного, так и группы бассейнов.
Проблемами оценки и анализа геоэкологической ситуации в речных бассейнах и водотоках Калининградской области занимались С.Я. Сергин (1982, 1988), СИ. Зотов (1991, 1993, 1997, 1999, 2001), Н.Г. Ельцина, СЮ. Науменко (1996), В.И. Сухорук и др. (1999, 2007), В1А. Шкицкий и др. (1999, 2001), О.Л. Виноградова (2000), СВ. Александров (2001), О.А. Дмитриева (2001, 2005), Е.А. Романова и др. (2001), MlH. Шибаева (1997, 2001), СВ . Шибаев и др. (2001), В.И. Панасин, Л.Ф. Мизина(2001), Л.Г. Сергеева (2001), Б.Ф. Снищенко и др. (2001), Т.А. Берникова и др. (2002, 2006), Н.Л. Великанов, Е.Д. Проскур-нин (2003), Е.В. Матвеева и др. (2006, 2007, 2009), Д.А. Домнин, Б.В. Чубарен-ко (2006, 2007), К.Б. Хайновский и др. (2008) и др.
Следует отметить, что данными исследователями оценивались преимущественно конкретные показатели экологического состояния отдельных водотоков, бассейнов pp. Неман и Преголя, но при этом не производился комплексный анализ пространственно распределенной информации в целом по речным бассейнам Калининградской области.
Для оценки геоэкологической ситуации в речных бассейнах Калининградской области использовались базовые и дополнительные параметры. К первым отнесены густота речной сети, лесистость территории, средняя плотность населения, коэффициент хозяйственного использования земель, назначение реки, объем сброса загрязненных вод; ко вторым — степень нарушенности и назначение земель, близость источников загрязнения к водотокам, характер рельефа [8].
Использование базовых показателей при оценке геоэкологической ситуации целесообразно для крупных территориальных единиц, таких как бассейны крупных рек целиком, без подразделения на- суббассейны. При исследовании суббасейновых единиц, помимо базовых, необходимо использовать дополнительные параметры.
Коэффициент густоты речной сети отражает степень насыщенности территории водотоками и представляет собой отношение суммарной длины рек к площади бассейна (км/км ) (табл. 8) [28]. Скорость распространения различных видов загрязнения находится в прямой зависимости от густоты речной сети. В Калининградской области этот коэффициент уменьшается с запада на восток и с севера на юг, что связано с неравномерностью распределения водотоков и орографическими особенностями территории.
Леса являются одним из основных природных ресурсов и выполняют исключительно важные экологические функции (водоохранную, почвозащитную, климаторегулирующую) и влияют на состояние поверхностных вод. Лесистость территории определяется отношением площади покрытых лесной растительностью земель к общей площади речного бассейна и выражается в процентах (табл. 8). Значительная часть загрязняющих веществ поступает в водотоки с поверхностным стоком с прилегающих территорий, что особенно характерно для слабооблесенных речных бассейнов [52]. Кроме того, установлено, что при снижении лесистости на 1% густота речной сети сокращается на 1,7 км/км [78, 154-155]. Современная лесистость Калининградской области составляет 17% и далека от уровня, определяемого естественно-историческими факторами.
Средняя плотность населения является своеобразным комбинаторным показателем, характеризующим уровень антропогенной нагрузки, и в некоторой степени, определяет степень загрязнения территории. Этот показатель представляет собой отношение общей численности населения, проживающего на определенной территории, к ее площади (табл. 8). В Калининградской об-ласти средняя плотность населения составляет 62,1 чел./км . Наиболее высокая плотность населения отмечается в следующих административно-территориальных образованиях области: г. Калининград - 1885,3 (чел./км ); г. Пионерский - 1426,5; г. Советск - 974,1; Светлогорский городской округ -448,6; Светловский городской округ — 362,0; Балтийский городской округ — 360,3 (рис. 37) [57]. Увеличение плотности населения может служить угрозой снижения устойчивости ландшафтов.
Коэффициент хозяйственного использования земель рассчитывается как отношение площади антропогенных ландшафтов в пределах речного бассейна к его общей площади и отражает уровень антропогенных изменений в речном бассейне (табл. 8). В среднем по Калининградской области он лежит в пределах 0,41-0,60, что указывает на достаточно высокую степень хозяйственного освоения территории.
Назначение реки отражает характер использования водотока в хозяйственной деятельности (табл. 8). Для большинства рек Калининградской области, таких как Преголя, Неман, Инструч, характерно комплексное использование. Они одновременно являются транспортными артериями, источниками питьевого водоснабжения, объектами рыбохозяйственного и рекреационного назначения. Ряд рек области (преимущественно притоки крупных рек) имеют один тип назначения. Так, например, река Прохладная — водоток рыбохозяйственного назначения высшей категории [27].
Сброс загрязненных вод является основным фактором, влияющим на состояние водного объекта. Большие объемы сброса загрязненных вод и, как следствие этого, высокий уровень загрязнения водных объектов, влечет за собой неустойчивую геоэкологическую и социально-экономическую ситуацию [23, 77]. Загрязнение водоемов затрудняет их использование в хозяйственно-питьевых, рекреационных, рыбохозяйственных и др. целях. Снижение жизнеспособности и гибель гидробионтов в результате отравления загрязняющими веществами ведет к сокращению биологического разнообразия, деградации водных и тесно связанных с ними наземных экосистем [148]. В Калининградской области к крупнейшим источникам сброса загрязненных вод относятся предприятия гг. Калининград, Неман, Советск (табл. 9).
Управление природопользованием в речных бассейнах Калининградской области
На современном уровне развития природопользования в речных бассейнах и областях стока Калининградской области вопросы обеспечения экологической безопасности различных видов антропогенной деятельности перешли в разряд безотлагательных. Для стабилизации геоэкологической ситуации, прогнозирования возможных изменений и своевременного принятия решений, контроля за потенциальными катастрофическими явлениями необходима разработка стратегии управления природопользованием в речных бассейнах Калининградской области.
С целью определения «стратегических» инструментов для оптимизации природопользования был проведен SWOT-анализ речных бассейнов Калининградской области (табл. 16). Его целью стало определение сильных и слабых сторон организации управления речными бассейнами, а также выделение внешних факторов, оказывающих воздействие на состояние речных бассейнов и областей стока.
Особенностью SWOT-анализа является возможность получения общей картины ситуации, отсутствие необходимости в весовых показателях и их ранжировании. В отечественных геоэкологических исследованиях SWOT-анализ чаще всего применяется для определения ключевых целей в области охраны окружающей среды и сопряжен с балльной оценкой исследуемых объектов. В европейских исследованиях SWOT является базисом для аналога балльной оценки - системы сбалансированных показателей (ССП/BSC), которые используются когда есть данные, поддающиеся числовому измерению [199, 208].
Проведенный SWOT-анализ (табл. 16) показал неравномерное распределение сильных и слабых сторон, возможностей и угроз по речным бассейнам и областям стока Калининградской области.
Для графического представления результатов SWOT-анализа была составлена матрица проявления SWOT-элементов (табл. 17) на территории каждого речного бассейна или области стока. Ее графическое отображение представлено на рис. 45.
Анализ табл. 17 и рис. 45 показал неравномерность распределения SWOT-элементов по речным бассейнам и областям стока. Наибольшее количество элементов отмечено в 44% бассейнов и областей стока (pp. Преголя, Прохладная, Лава, Инструч, Тыльжа; области стока в юго-восточную часть Калининградского залива, восточную часть Куршского залива и р. Неман), что связано с их хозяйственной освоенностью, а наименьшее - в 13% (бассейн р. Голубой; область стока в Балтийское море), что связано с неудовлетворительным качеством основных водотоков и отсутствием четких перспектив их использования. В целом, распределение SWOT-элементов отражает общие тенденции хозяйственного освоения и перспективы развития территорий речных бассейнов и областей стока.
Наибольшее количество сильных сторон (S) характерно для бассейнов, приуроченных к юго-востоку Калининградской области (бассейны pp. Анграпа, Писса, Туманная), наименьшее - к областям стока в Балтийское море (рис. 46). Это связано с тем, что реки юго-восточной части области берут начало и протекают по экологически чистым районам Варминско-Мазурского воеводства Республики Польша. Бассейны pp. Писса, Анграпа в настоящее время слабо антро-погенизированны, а сами водотоки характеризуются как «условно чистые», что создает благоприятные условия для развития различных видов туризма и международного сотрудничества в области охраны окружающей среды.
Максимальное количество слабых сторон (W) характерно для бассейнов pp. Преголя, Инструч; областей стока в юго-восточную и северную часть Калининградского залива (рис. 47). Наибольшее значение этого показателя отмечено для бассейна р. Преголя, которая в настоящее время является самой загрязненной в Калининградской области. На распределение слабых сторон также оказывает воздействие:
низкая лесистость территории речных бассейнов, приводящая к увеличению поверхностного смыва, развитию процессов водной и ветровой эрозии; на отдельных участках рек - к разрушению берегов;
высокая доля антропогенной трансформации бассейнов.
Наибольшее количество возможностей (О) отмечено для бассейнов pp. Прохладная, Лава, Анграпа, Писса, находящихся в южной части Калининградской области (рис. 48). Их трансграничное положение в сочетании с относительно невысокой хозяйственной освоенностью территорий бассейнов предполагает активизацию приграничного сотрудничества, прежде всего, в природоохранной и рекреационной сферах. Это будет способствовать не только укреплению связей между муниципалитетами, но и привлечению финансирования, как со стороны Российской Федерации, так и со стороны стран ЕС.
Максимальное количество угроз отмечено для бассейнов pp. Преголя, Прохладная, Тыльжа, областей стока в юго-восточную часть Калининградского и восточную часть Куршского заливов и р. Неман (рис. 49), что обусловлено их высоким хозяйственным освоением. Значительная антропогенная нагрузка, наиболее сильно проявляющаяся в устьевых участках крупных и средних рек Калининградской области, угрожает биоразнообразию и стабильности природных комплексов. Трансграничное загрязнение затрудняет проведение водоохранных мероприятий и усложняет определение вклада хозяйствующих субъектов Калининградской области в загрязнение трансграничных водных объектов.
Проведенный SWOT-анализ лег в основу алгоритма разработки стратегии управления природопользованием в речных бассейнах Калининградской области, включающего четыре этапа (рис. 50):
сбор и обработка информации (создание банка данных);
анализ и прогноз геоэкологической ситуации;
постановка целей и задач управления природопользованием;
разработка и реализация стратегии и планов управления природопользованием.
Первым этапом алгоритма является сбор и обработка информации (рис. 50). Инициатором этих мероприятий должны выступать региональные и муниципальные органы власти и управления, финансовые институты, а функции по реализации - возложены на научно-исследовательские организации и хо зяйствующие субъекты региона (привлечение хозяйствующих субъектов возможно через реализацию налоговых льгот). Проведенное исследование показало, что в зависимости от уровня территориальной организации (макро-, ме-зо- и микроуровень) качество и объем данных меняются, в результате чего при использовании одних и тех же базовых показателей результаты оценки могут различаться. Так, например, на макроуровне (в масштабе Европы) региональные речные бассейны и области стока характеризуются конфликтной геоэкологической ситуацией, наиболее широко представленной на территории речных бассейнов Западной Европы; на мезоуровне (Прибалтика) преобладает напряженная ситуация, а на микроуровне (Калининградская! область) — геоэкологическая ситуация средней и сильной степенью остроты. В Калининградской области наиболее полный банк данных природного-и антропогенного характера создан по бассейну реки Преголи, что обусловлено его хорошей изученностью.
На втором этапе выполняется анализ и прогноз геоэкологической ситуации в речных бассейнах (рис. 50). Данные мероприятия должны-инициироваться и реализовываться преимущественно научно-исследовательскими организациями и органами власти и управления регионального и муниципального уровня. На данном этапе происходит определение типа геоэкологической ситуации - устойчивая или неустойчивая. При этом под устойчивой геоэкологической ситуацией в речном бассейне понимается ситуация, находящаяся в равновесном или около равновесном положении, при которой уровень воздействия природных и антропогенных факторов, влияющих на природные комплексы в пределах речного бассейна, существенно не изменяется на протяжении относительно длительного периода времени и качество среды обитания человека не ухудшается
