Концепция геотехнических систем. Классификация процессов по типу обмена веществом и энергией со средой

Взаимодействие человека с природой осуществляется как непосредственно, так и через различные технические и инженерные устройства, причем роль и значение последних неуклонно возрастает. Вычленение техники как особого вида антропогенного влияния на природную среду предпринял в начале 30-х годов XX в. А. Е. Ферсман, предложивший термин «техногенез».

Понятие «техника», отражающее наиболее важные и характерные черты материальной культуры эпохи научно-технической революции XX в., несет большую смысловую нагрузку. Среди множества определений техники остановимся на двух. По Ю. С. Мелещенко (1970), «техника есть совокупность создаваемых и применяемых материальных средств целесообразной деятельности людей». Близкое к приведенному, но более развернутое определение Г. Н. Волкова (1970): «Техника – система искусственных органов деятельности общества, развивающаяся посредством исторического процесса опредмечивания в природном материале трудовых функций, навыков, опыта и знания, путем познания и использования сил и закономерностей природы». А. Ю. Ретеюм указывает, что лишь в процессе человеческой деятельности искусственный объект в силу его отношения к какой-либо цели и в связи со ставящими эту цель людьми становится объектом техники. Без этих условий он выпадает из сферы общества и уже не противостоит природной среде, а включается в нее. Так, например, частью природной среды становятся бывшие насыпи железных дорог, заброшенные дренажные канавы.

В начале 60-х годов наш соотечественник Г. Ф. Хильми отметил возрастающую роль технических средств в преобразовании неблагоприятных свойств природной среды и пришел к выводу, что, «начав с преобразования природы, человек перейдет к ее организации и в конце концов будет вынужден создавать принципиально новую биосферу, состоящую из физической среды, населяющих ее организмов и включенных в природу технических устройств, контролирующих физическую среду и в значительной мере ее создающих».

Зародившаяся в 60-х годах XX в. в Институте географии АН СССР концепция геотехнических систем (И. П. Герасимов, Л. Ф. Куницын, В. С. Преображенский, А. Ю. Ретеюм, К. Н. Дьяконов и др.) получила широкое развитие в полевых исследованиях географов академических институтов и университетов (С. Л. Вендров, В. С. Аношко, В. И. Булатов, Л. М. Граве, Т. В. Звонкова, А. В. Дончева, А. Г. Емельянов, Л. К. Малик, П. Г. Шищенко, Г. И. Швебс и др.). Ее становление связано главным образом с изучением влияния гидротехнических систем (водохранилищ ГЭС), мелиоративных систем и Каракумской геотехнической системы на ландшафты окружающей территории.

С появлением термина «геологическая среда» (Е. М. Сергеев), под которой понимают горные породы и почвы вместе с природными и техногенными геологическими процессами, концепцию геотехнических и природно-технических систем в 80-е годы прошлого столетия стали разрабатывать геологи (Г. К. Бондарик, А. Л. Ревзон, О. Н. Толстихин).

По А. Л. Ревзону, природно-техническая система (ПТС) – совокупность форм и состояний взаимодействия компонентов природной среды с инженерными сооружениями на всех стадиях функционирования, от проектирования до реконструкции.

Иначе, ПТС – совокупность природных и искусственных объектов, формирующихся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений и технических средств, взаимодействующих с природными объектами.

ПТС выступает как родовое понятие. ПТС А. Л. Ревзон подразделяет на подсистемы по взаимодействию техники с конкретными компонентами природы – геотехнические, биотехнические, историко-архитектурные, тропотехнические, акватехнические. Однако ландшафтным геотехническим системам (ГТС) места не нашлось.

Целостность ГТС предопределена технологией производства и достигается вещественными, энергетическими и информационными потоками. В состав ГТС входят блоки или подсистемы контролирования, регулирования и управления (рис. 1). Средствами контролирования могут быть пилотируемые космические станции и искусственные спутники Земли, простые термометры и другие приборы, собирающие информацию о состоянии различных частей ГТС (геоэкологический мониторинг). Регулирование осуществляется затворами на мелиоративных осушительных системах, сельскохозяйственной авиацией, рассеивающей минеральные удобрения, и т.д. Управляют ГТС диспетчеры ГЭС, агрономы, инженеры. В ряде случаев функцию управления могут выполнять автоматы с обязательным участием компьютеров.

ГТС – системы открытые, обменивающиеся со средой веществом и энергией. Поэтому они образуют сферу влияния, состоящую из зон, подзон и поясов, в пределах которых природные процессы в той или иной степени детерминированы функционированием ГТС. Управление ГТС предусматривает учет состояния всех подсистем, в том числе природной в сфере влияния, что необходимо для реализации на практике принципа оптимизации.

Модель геотехнической системы позволяет рассматривать вещественно-энергетические и производственно-технологические аспекты взаимодействия производства с ландшафтами. Она открывает возможность для осуществления прогноза изменения природно-территориальных комплексов под влиянием хозяйственной деятельности человека, т. е. решить одну из главнейших задач ОВОС. Концепция предусматривает экологическую, технологическую, экономическую и социальную оценки. Но не всей ГТС, а влияния на окружающую природную среду.

Модель ГТС может быть использована при проектировании значительного числа объектов – нефтедобывающих комплексов, водохранилищ ГЭС, тепловых электростанций, осушительных и оросительных систем, противоэрозионных, рекреационных и др.

Рис. 1. Принципиальная схема геотехнической системы:

I – геотехническая система, II – сфера ее влияния; 1 – блок регулирования; 2 – инженерно-технические сооружения; 3– искусственно созданная природная подсистема; 4 – средства контролирования; 5 – блок управления. Потоки: а – входящий поток вещества и энергии; б – управляемый поток вещества и энергии; в – выходящий (трансформированный) поток вещества и энергии; г – информационные связи (потоки)

С позиций геохимии ландшафта конструктивным оказалось понятие «технобиогеомы», предложенное М. А. Глазовской.

Технобиогеомы – ландшафтные системы или типы территории, близкие по реакции на один вид техногенеза (вид освоения) и обладающие сходным уровнем геохимической устойчивости. Технобиогеомы – исходные физико-географические объекты ландшафтно-геохимического прогноза.

Системная методология изучения взаимодействия техники и природы и составления ОВОС. Методология должна базироваться на рассмотрении актуальных связей между природными и техническими подсистемами. А. Ю. Ретеюм (1997) выделяет семь типов процессов, которые органически связаны с проявлением действия техники в природе и могут вызывать негативные последствия.

1. Поступление в природу чужеродной субстанции: