Научно-образовательный материал Градопромышленные природно-технические системы и их геоэкологические аспекты
Скачать 457.82 Kb.
|
1 2
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» Полное название вуза Научно-образовательный материал Градопромышленные природно-технические системы и их геоэкологические аспекты Полное название НИМ или НОМ Состав научно-образовательного коллектива:
Аннотация курса В курсе излагаются формально-логические и теоретико-методические основы организации природных и природно-технических систем; даются основные понятия и определения; излагаются основные представления о взаимодействиях и этапах функционирования в природно-технических системах; основное внимание уделено экологическим аспектам функционирования различных типов природно-технических систем: городских, промышленных, энергетических, транспортных и др. Курс состоит из лекционной части, в которой основное внимание уделяется основным представлениям о природных и природно-технических системах (ПТС), излагаются особенности геоэкологического подхода к анализу ПТС. Рассматриваются методы анализа цепочки: «воздействие на природные системы - изменения систем - последствия в жизни и деятельности населения». Даются представления о перспективах урбанизации и её последствиях в различных странах; влиянии городов на состояние окружающей среды. Анализируются принципиальная модель взаимодействия города с природной средой и геоэкологические проблемы функционирования градопромышленных природно-технических систем на примере крупных городов. Объем курса: Лекции –24 аудиторных часа; самостоятельная работа слушателей – 12 часов (из них 6 – с преподавателем). Цель курса Приобретение слушателями представлений о составе, структуре и особенностях функционирования природно-технических систем и выработка способности междисциплинарного анализа геоэкологических последствий функционирования градопромышленных природно-технических систем. Задачи курса:
Место курса в профессиональной подготовке выпускника. Курс способствует формированию у слушателей системного мировоззрения, основанного на комплексном подходе к решению отраслевых, региональных, национальных и глобальных проблем в области экологии и рационального природопользования. Предварительные требования для изучения курса: Слушатели должны обладать знаниями курсов «Геоэкология», «Основы природопользования». Требования к уровню освоения дисциплины. Изучив дисциплину слушатели должны знать:
Слушатели должны уметь:
Формы работы слушателей В рамках курса предусмотрены лекции, написание трёх контрольных работ (в виде теста), написание реферата и сдача экзамена. Самостоятельная работа предполагает изучение литературы, рекомендуемой преподавателем, и написание реферата. В самостоятельную работу слушателя входит закрепление теоретического материала, рассмотренного на лекционных занятиях, подготовка к экзамену. Виды аттестации Текущий контроль проводится в форме проверки степени усвоения слушателями лекционного материала (на каждой лекции). Промежуточный контроль проводится в форме трёх тестовых контрольных работ по лекционному материалу и написанного слушателем реферата на предложенную по выбору тему. Итоговый контроль проводится в форме экзамена. Все формы контроля проводятся в письменном виде. Каждая из форм контроля оценивается по 10-бальной системе. Итоговая оценка определяется исходя из набранных баллов и переводится в пятибалльную систему следующим образом: 1, 2, 3 – «неудовлетворительно», 4, 5 – «удовлетворительно», 6, 7 – «хорошо», 8, 9, 10 – «отлично». Итоговая оценка по курсу складывается из: оценки текущей активности во время занятий - 10% итоговой оценки; оценки тестовых контрольных работ - 20% итоговой оценки; оценки уровня подготовки и защиты реферата - 20% итоговой оценки; оценки на экзамене - 50% итоговой оценки. 2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА Разделы и темы курса. Раздел I. Основные представления и определения системного анализа и учения о природных и природно-технических системах. Тема 1. Формально-логические и теоретико-методические основы организации природных и природно-технических систем. Тема 2. Основные понятия и определения природных систем. Тема 3. Основные понятия и определения природно-технических систем. Раздел II. Функционирование природно-технических систем. Тема 4. Взаимодействия в природно-технических системах. Тема 5. Этапы и режимы функционирования природно-технических систем. Раздел III. геоэкологические аспекты функционирования различных видов природно-технических систем. Тема 6. геоэкологические аспекты функционирования городских природно-технических систем. Тема 7. геоэкологические аспекты функционирования промышленных и транспортных природно-технических систем. Тема 8. геоэкологические аспекты функционирования энергетических природно-технических систем. Темы и их краткое содержание Раздел I. Основные представления и определения системного анализа и учения о природных и природно-технических системах. Тема 1. Формально-логические и теоретико-методические основы организации природных и природно-технических систем. Понятие системы. Определение и признаки выделения системы. Понятие целостности системы. Признаки выделения целостных систем. Совокупные и эмерджентные свойства системы. Подразделение свойств систем. Эмерджентные свойства как естественно научные законы и закономерности: целостность, кумулятивность, организованность, управляемость, открытость-замкнутость, устойчивость-неустойчивость. Природные и природно-технические системы: понятия, соотношение, цели изучения. Окружающая среда как среда обитания и производственной деятельности человека: понятие, факторы окружающей среды (естественные и искуственные). Природная среда, её соотношение с окружающей средой. компоненты природной среды. Сложные естественные тела оболочек Земли как определенные системы, относящиеся к различным уровням и линиям взаимно пересекающейся и переплетающейся иерархической организации Земли в целом. соотношения геосистем, биогеоситем и биосистем по И.В. Крутю. Природные оболочки Земли и техносфера: основные определения. Представления А.Е. Ферсмана, В.И.Вернадского, С.В. Калесника, В.И. Крутя о техносфере, техногенензе и ноосфере. Геоэкология – как относительно новая междисциплинарная отрасль знания. Понятия «инженерные сооружения» и «инженерно-хозяйственная деятельность». инженерные сооружения как источники техногенных воздействий: основные термины и определения. природно-техническая система (ПТС) как совокупность природных и искусственных объектов, формирующихся в результате строительства и эксплуатации инженерных и иных сооружений и технических средств, взаимодействующих с природными объектами. Двойственность и геоэкологические проблемы природно-технических систем. Отличительная особенность геоэкологического подхода к анализу ПТС. Целостность ПТС: блоки контролирования, регулирования и управления. Модель ПТС как основа для осуществления прогноза изменения природно-территориальных комплексов под влиянием хозяйственной деятельности человека. Классификация процессов по типу обмена веществом и энергией со средой. методология изучения взаимодействия техники и природы. Типы процессов, связанные с проявлением действия техники в природе и вызывающие негативные последствия: 1) поступление в природу чужеродной субстанции; 2) извлечение из природы субстанции; 3) блокирование; 4) ускорение потоков без приложения внешней силы; 5) превращения субстанции; 6) мобилизация субстанции; 7) иммобилизация субстанции. Тема 2. Основные понятия и определения природных систем. Структура и свойства природных систем. Уровни размерности природных систем: а) планетарный; б) региональный; в) локальный. Главные функции природных систем: жизненная и хозяйственная. Природные системы как сложные пространственно-временные образования. Целостность природных систем как внутренне единство системы. Устойчивость как свойство природных систем сохранять или восстанавливать свою структуру и функции при воздействии внешних (в том числе антропогенных) факторов. Саморегулирование как способность природных систем без вмешательства извне поддерживать своё состояние, несмотря на изменение внешних факторов. Самоорганизация как способность системы к изменению структуры путём перестройки её внутренних связей. экологическое равновесие как сбалансированное соотношение между приходом и расходом вещества и энергии в природной системе. Социально - экономические функции и потенциал природных систем. Определение и виды социально-экономических функций природных систем. Полифункциональность природных систем. Смена функций природных систем. Потенциал систем и производственные ресурсы. Типы потенциалов природных систем: биотический, водный, минерально-ресурсный, строительный, рекреационный, самоочищения, природоохранный. Антропогенные изменения природных систем как изменения состава, состояния, структуры, режима природных процессов и функций систем, вызванные воздействием человека на природу. Геоэкологический анализ «цепных» реакций в природных системах. Изменения природных процессов в геосистемах. Изменения, происходящие при перемещении горных пород. Влияние хозяйственной деятельности на местный влагооборот, пути преобразования стока в условиях мегаполисов. нарушение биологического круговорота веществ и теплового баланса в городах. Примеры анализа «цепи» причинно-следственных связей при нарушении природных процессов в городах. Изменение состояния и структуры природных систем. степени антропогенных нарушений естественных природных систем. Пространственно-временное проявление антропогенных изменений в природных системах. Время релаксации природных систем. зональность антропогенных изменений ландшафтов в природных системах. структурные различия в перестройке природных систем под влиянием разных инженерных сооружений. Тема 3. Основные понятия и определения природно-технических систем. Формирование и свойства природно-технических систем. трансформация свойств компонентов природы и привнесение в ландшафты элементов техногенно-антропогенного происхождения: а) искусственных образований, ранее не существовавших в природе (здания, дороги и др.); б) естественных объектов, перенесённых из одного ландшафта в другой (виды и сообщества растений и др.); в) смешанных образований, которые созданы при помощи технических средств из природных компонентов (водохранилища, каналы и др.). природно-антропогенные геосистемы как главные объекты природопользования. Природная и антропогенная подсистемы природно-технических систем. движение вещества и энергии от природной подсистемы к технике (использование) и от техники к природе (воздействие). Типы использования и воздействия. характер и уровень взаимодействия природы и техники в различных системах. Управление природно-технической системой. Принципы классифицирования и существующие классификации природно-технических систем. пространственные и временные границы природно-технических систем. Сложность выделения границ природно-технических систем. Использование способа наложения природной и антропогенной составляющих и последующего проведения общей интегральной границы при выделении региональных геосистем. Использование способа фиксации антропогенных изменений природной составляющей при выделении элементарных и локальных геосистем. Экологический подход при выделении пространственного контура природно-технической системы. границы зон актуального и потенциального влияния природно-технических систем. временные границы природно-технической системы. Гомеостазис природных и природно-технических систем. Содержание понятия «гомеостазис системы». Раздел II. Функционирование природно-технических систем. Тема 4. Взаимодействия в природно-технических системах. Взаимодействие человека и природных систем. анализ цепочки: «воздействие на природные системы - изменения систем - последствия в жизни и деятельности населения». Воздействия человека на природные системы: преднамеренные и непреднамеренные. Классификация антропогенных воздействий: по характеру проявления в пространстве (точечные, линейные и площадные); по масштабам проявления (локальные, региональные и глобальные); по происхождению (механические, физические, химические, биологические). Подразделение технических средств на: стационарные и передвижные; производственные (без функции управления природными процессами), нейтральные и управляющие природой. физическая сущность антропогенного воздействия на природные системы. Понятие нагрузки на природные системы. Критическая или предельно допустимая нагрузка (ПДН) на природные системы. показатели, характеризующие основные виды техногенного воздействия на природные системы и их ресурсы: ресурсоёмкость, землеёмкость, отходность производства. Величины нагрузок и характер антропогенных воздействий на геосистемы при различных видах природопользования Внутренние и внешние связи в природно-технических системах. Вертикальные (внутренние) связи как обмен веществом и энергией между компонентами геосистемы (водами, почвами, растительностью и др.). Горизонтальные (внешние) как обмен веществом и энергией между соседними системами (более низкого и равного рангов). Подразделение связей на прямые и обратные, положительные и отрицательные. Отрицательные обратные связи как «рычаг» саморегулирования природных систем. Структура связи природно-технической системы по В.Т.Трофимову и Д.Г.Зилингу. Представление об опосредованных связях природно-технических систем. Элементарные, локальные, региональные, национальные и глобальные природно-технические системы. Вопрос об иерархической структуре природно-технических систем. Примеры элементарных, локальных, региональных, национальных и глобальных природно-технических систем. Взаимосвязь иерархических уровней геосистем. Тема 5. Этапы и режимы функционирования природно-технических систем. Этапы проектирования, строительства и ликвидации природно-технических систем. Схемы взаимодействия инженерного сооружения с природной средой. Содержание и соотношение понятий «проектирование ПТС» и «проектирование инженерного сооружения». система мониторинга геологической среды в пределах ПТС. Процедуры мониторинга ПТС: корректировка целей ПТС, эмпирическая фиксация ПТС, корректировка оптимизации и управления. Перевод ПТС из стабильного состояния в аварийное. Взаимодействие технической системы с внешними средами. режимы функционирования природно-технических систем. Область допустимых состояний и условия оптимального функционирования. Представления о функционировании, динамике и развитии (эволюции) систем. состояние природных систем и его виды: инертность, восстанавливаемость, пластичность. устойчивое состояние природных систем. механизм саморегулирования в природных системах и его значение для поддержания устойчивости. изменчивость природных систем. Изменчивость основных компонентов природных ландшафтов, их обратимость и необратимость. экологическое состояние природно-технической системы: биологически комфортное и дискомфортное, экологически опасное и неопасное. актуальное и потенциальное состояние природно-технической системы, долговременное и кратковременное. Оценка экологического состояния биоты и последствий функционирования природно-технических систем, роль специалиста геоэколога. Устойчивость сооружений и устойчивость природной среды. устойчивость геосистемы. Представления М.Д. Гроздинского и А.Д. Арманд о содержании термина и видах устойчивости. формы устойчивости систем. Структура устойчивости природных систем. Соотношение устойчивости, чувствительности, гомеостазиса и инвариантности природных систем. Варианты расчёта коэффициента устойчивости природных систем. Категории устойчивости компонентов природной среды к техногенному воздействию. Выбор и обоснование характеристик для расчетов коэффициента устойчивости. механизмы устойчивости природной среды и отдельных ее компонентов. Раздел III. геоэкологические аспекты функционирования различных видов природно-технических систем. Тема 6. геоэкологические аспекты функционирования городских природно-технических систем. Классификация природно-технических систем по степени экологической опасности для природы и человека. экологическая оценка землеемкости, ресурсоемкости и отходности производства. Удельная землеёмкость, её расчет и примеры. Удельная ресурсоемкость, её расчет и примеры. коэффициент экологического использования ресурса, его расчет и примеры. Отходность и модуль выброса вещества, их расчет и примеры. группы ПТС по степени экологической опасности. Группировка предприятий отраслей промышленности по степени экологической опасности. классификация ПТС по токсичности веществ, выбрасываемых в атмосферу. Предельно допустимые концентрации и ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ. классификация ПТС по токсичности сбрасываемых стоков. специфические виды воздействия на человека и классификация ПТС с соответствующими источниками воздействия. Экологичность производства сельскохозяйственных ПТС. геоэкологический подход к размещению производственных объектов в условиях чрезвычайного зонально-азонального разнообразия ландшафтов России. Городские природно-технические системы. Урбанизация как глобальный процесс. Экологические последствия и перспективы урбанизации в мире. Геоэкологический рейтинг основных городов мира. Перспективы урбанизации и её последствия в различных странах. Влияние городов на состояние окружающей среды. Рост численности городского населения в недавнем прошлом и на ближайшую перспективу. Мегаполисы и конурбации. Степень антропогенных преобразований городских территорий. Поддержание устойчивости ландшафтов крупных городов мира. Влияние природных условий на геоэкологические проблемы городов (примеры). Геоэкологические аспекты урбанизации в развитых и развивающихся странах. Города как центры антропогенной трансформации значительных прилегающих территорий. Геоэкологические проблемы городов: образование антропогенных ландшафтов; изменение круговорота вещества и энергии, температурные инверсии, тепловые аномалии и загрязнение воздуха; потребление воды и загрязнение водоемов; преобразование почвенного покрова; изменение структуры фитоценозов. экологические проблемы крупных городов на примере г.Москвы. Принципиальная модель взаимодействия города с природной средой. Состав атмосферных выбросов и сточных вод в городе с миллионным населением. Мероприятия по очистке стоков. Состав твёрдых бытовых отходов. Образование ореолов загрязнений вокруг городов. геоэкологическиех проблемы, связанные с микробиологическими процессами, происходящими в литогенной основе городских ПТС. возможные негативные экологические и социальные последствия урбанизации. Геоэкологические аспекты электрического и электромагнитного воздействия на территории городов. Радиационное загрязнение в городах. замещение естественных биогеоценозов урбо- и агроценозами. Экологические характеристики урбанизированного района. Урбанизированная среда и природа как противостоящие, но не исключающие друг друга понятия. преимущества процесса урбанизации и пути коэволюции. Тема 7. геоэкологические аспекты функционирования промышленных и транспортных природно-технических систем. Промышленные природно-технические системы. Соотношения типов промышленности, использования природных ресурсов и загрязнения окружающей среды на основе производственно-экологической пирамиды. тенденции изменения геоэкологических проблем промышленного производства: а) снижение объема извлекаемых ресурсов и перерабатываемого сырья; б) сокращение объема загрязняющих отходов, сбрасываемых в окружающую среду; в) резкое увеличение токсичности сбросов. Геоэкологическое воздействие в технологической цепочке промышленного производства. принципиальные подходы преодоления неблагоприятных геоэкологических последствий промышленного производства: а) управление загрязнениями на конечной стадии производства; б) системная перестройка производственного цикла. Геоэкологические воздействия различных отраслей промышленности. три класса технологических подходов, требующих системной перестройки промышленного производства. системные примеры экономически целесообразной борьбы с промышленным загрязнением. Транспортные природно-технические системы. Транспорт как один из важнейших компонентов общественного и экономического развития. Транспорт как важный неблагоприятный фактор состояния окружающей среды. геоэкологическая проблема загрязнения воздуха транспортом. Загрязнители воздуха, непосредственно продуцируемые автомобилями. локальные, региональные и региональные геоэкологические воздействия транспорта. Вибрационное воздействие, создаваемое транспортом. Размер зоны влияния некоторых источников вибрации на природную среду по А.Д. Жигалину. Последствия длительного динамического воздействия на грунты. Общая цель в системном управлении транспортом. Направления координированной общемировой стратегии управления транспортом как компонента устойчивого развития. Тема 8. геоэкологические аспекты функционирования энергетических природно-технических систем. энергетические природно-технические системы. Энергетика - важнейшая сторона деятельности человека. Глобальные энергетические стратегии и проблемы. История развития мировой энергетики. Коммерческое потребление энергии в современном мире. Геоэкологические ограничения как основные элементы стратегии энергетики. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями тепловой энергетики. Кислотные осадки как следствие функционирования тепловых электростанций. Современная энергетика как важнейший фактор накопления в атмосфере парниковых газов и одна из причин антропогенного изменения климата. Геоэкологические проблемы атомной энергетики, гидроэнергетики, геотермальной и других видов энергетики. Основные направления в стратегии снижения геоэкологических проблем энергетики. Гидроэнергетические природно-технические системы. Состав сооружений гидроузлов и их назначение. Волга, Кама, Ангара и Енисей как система искусственных водохранилищ с зарегулированным стоком. изменения, вносимые в окружающую природную среду гидротехническими сооружениями. Водохранилища. глобальная функция водохранилищ в современной климатической системе. комплекс неблагоприятных геологических процессов и явлений в зоне влияния водохранилищ. защитные мероприятия в зоне воздействия водохранилищ. экологические последствия воздействия гидроэнергетических ПТС. Атомно-энергетические природно-технические системы. Перспективы развития атомной энергетики. специфический комплекс техногенных воздействий атомно-энергетических ПТС на природную среду: 1) нарушение водного баланса; 2) изменение состояния и свойств пород в основании сооружений АЭС; 3) повышение активности тепломассопереноса; 4) радиоактивное загрязнение окружающей среды. Причины техногенного нарушения природных условий в зоне влияния АЭС. Основные загрязнители окружающей среды предприятий атомно-энергетических комплексов. аварийные выбросы радионуклидов в окружающую среду и закономерности их геохимической миграции. эффективные методы борьбы с распространением радиоактивных загрязнений. геоэкологическая оценка влияния АЭС. Перечень примерных контрольных вопросов
Примерная тематика заданий для самостоятельной работы
Примерный перечень вопросов к итоговой аттестации по всему курсу
3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСОВ КУРСА ПО ТЕМАМ И ВИДАМ РАБОТ
4. ФОРМА ПРОМЕЖУТОЧНОГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ Промежуточный контроль: три контрольных работы в виде теста, написание реферата. Итоговый контроль: экзамен. 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 2
