Результаты экспериментальных исследований в области экологии биотехнической системы «ЛЭП-человек-природа», их анализ и графическая интерпретация

Элементы: линии электропередачи (ЛЭП), человек, животные, растения и почва образуют в результате своего разнонаправленного, взаимодействия сложную биотехническую систему (БТС) «ЛЭП-Человек-Природа». В процессе функционирования данной БТС некоторые элементы могут формировать аномально негативное влияние, что нарушает тонкий биотехнический баланс между живой природой и антропогенной средой. Характер взаимодействия элементов БТС в естественных условиях весьма сложный процесс, т.к. он сопровождается синтезом разнообразных, разнонаправленных, случайных возмущающих факторов отражающих в конечном итоге картину экологической безопасности БТС.

Случайными возмущающими факторами БТС, например, могут являться: погодно-климатические условия (гололед, ветер, осадки); режимы работы ЛЭП (нормальный, аварийный, утяжеленный); деятельность человека (созидательная, разрушительная); чрезвычайные ситуации (пожары, наводнения, эпидемии).

Последствия взаимодействия случайных факторов могут проявиться не сразу, а только спустя неопределенный период времени, что может привести к серьезным, необратимым экологическим последствиям.

В этой связи, обеспечение экологической безопасности БТС «ЛЭП-Человек-Природа» является весьма актуальной задачей, решением которой является разработка принципиально новых методов идентификации, оценки и контроля сложных закономерностей, протекающих в БТС «ЛЭП-Человек-Природа».

Для решения поставленной задачи авторами данной публикации была разработана математическая модель БТС «ЛЭП-Человек-Природа», которая базируясь на теории потоковых графов, позволяет количественно оценить степень влияния отдельных элементов БТС друг на друга и соответственно всей БТС на отдельно взятый элемент, исходя из некоторых физических и логических предпосылок.

Данная математическая модель впоследствии легла в основу разработанного программного обеспечения «ECOLOGY-EXPERTS (for system Power line – Human – Nature), предназначенного для количественной оценки экологической безопасности БТС «ЛЭП-Человек-Природа» в условиях дефицита исходных данных, на основании экспертных оценок степени влияния каждого из элементов БТС друг на друга [1].

Для проведения экспериментальных исследований были выбраны два одинаковых участка ЛЭП (базовый и проектный), расположенные на территории Национального парка - «Орловское полесье».

За данными участками предварительно осуществлялось поквартальное двухгодичное наблюдение, на основании материалов которого, эксперты, используя разработанное программное обеспечение, единогласно сошлись во мнении об одинаковом характере взаимодействия между элементами БТС каждого из участков.

Также стоит отметить, что проведение экологической экспертизы биотехнической системы «ЛЭП-Человек-Природа» для каждого из участков позволило предположить причины нарушения экологического баланса между живой природой и антропогенной средой и обосновать выбор мероприятия (биологического и технического) по стабилизации экологической безопасности БТС.

Биологическое мероприятие заключается в посадке топинамбура под проводами ЛЭП, направленной на предотвращение разрастания деревьев и кустарников в охранной зоне ЛЭП [2].

Техническое мероприятие заключается в установке на железобетонных опорах ЛЭП регистраторов величины тока замыкания на землю, оснащенных звуковой сигнализацией [3].

На основании договора о творческом сотрудничестве и взаимодействии, заключенного между представителями ФГБОУ ВПО Орёл ГАУ, ФГБУ «Национальный парк «Орловское Полесье» и Хотынецким РЭС филиал ОАО «МРСК Центра» на проектном участке ЛЭП была произведена практическая реализация биологического и технического мероприятий.

С момента практической реализацией биологического и технического мероприятий на проектном участке ЛЭП, поквартальные наблюдения за базовым и проектным участками были продолжены еще в течении 2 лет.

На основании экспертных оценок, базирующихся на материалах наблюдений за базовым и проектным участками, экологическая экспертиза, проведенная посредством программного обеспечения «ECOLOGY-EXPERTS (for system Power line – Human – Nature) выявила признаки нарастания экологической напряженности в БТС «ЛЭП-Человек-Природа» базового участка ЛЭП, а также стабилизации экологического баланса между живой природой и антропогенной средой на проектном участке ЛЭП.

Для того, чтобы одним числом охарактеризовать степень воздействия БТС «ЛЭП-Человек-Природа» на элементы в течение года была рассчитана среднегодовая степени влияния.

Среднегодовая степень влияния БТС «ЛЭП-Человек-Природа» на элементы – это обобщающая количественная характеристика совокупности степеней влияния на соответствующий элемент в конкретных условиях места в течении года. Среднегодовая степень влияния БТС «ЛЭП-Человек-Природа» на элементы отражает то общее и типичное, что присуще поведению исследуемой БТС. Среднегодовая степень влияния погашает индивидуальные отклонения, соответствующие случайным воздействиям БТС.

На рисунке 1 и 2 представлены полученные диаграммы распределения среднегодовой степени влияния БТС «ЛЭП-Человек-Природа» на ее элементы для базового и проектного участков ЛЭП за период 2010-2013 г.г.

• ■    БТСтфиру

• □    БТС на человека

• ■    БТС на охранную зону

• □    БТС на фауну ОБТСнаЛЭП

  Рисунок 1 - Диаграмма распределения среднегодовой степени влияния БТС «ЛЭП-Человек-Природа» на ее элементы для базового участка ЛЭП за период 2010-2013 г.г.

Рисунок 2 - Диаграмма распределения среднегодовой степени влияния БТС «ЛЭП-Человек-Природа» на ее элементы для проектного участка ЛЭП за период 2010-2013 г.г.

Анализ диаграмм распределения среднегодовой степени влияния БТС на ее элементы позволяет установить следующее:

• 1.    Условноотрицательная среднегодовая степень влияния БТС на флору на проектном участке на -2,5705 больше чем на базовом, т.е. эффективность устранения роста флоры в охранной зоне ЛЭП возросла более чем в два раза, причем это достигается экологически безопасным способом.

• 2.    Положительная среднегодовая степень влияния БТС на человека на проектном участке на 1,1733 больше чем на базовом. Данный показатель отражает фактическое улучшение условий жизнедеятельности человека, несмотря на затраченные ресурсы, связанные с посадкой топинамбура и оснащение ЛЭП регистраторами величины тока.

• 3.    Положительная среднегодовая степень влияния БТС на охранную зону на проектном участке на 2,8667 выше, чем на базовом участке, т.е. на поверхностный слой почвы меньше стало оказываться негативного, биоцидного воздействия.

• 4.    Положительное влияние БТС на фауну на проектном участке на 8,1667 выше, чем на базовом участке, т.е. для

• 5.    Положительное влияние БТС на ЛЭП на проектном участке на 2,5445 выше, чем на базовом участке, т.е. повысилась надежность и безопасность ЛЭП.

жизнедеятельности животных создана более благоприятная среда обитания.

На основании установленных фактов можно сделать следующие выводы:

После практической реализации биологического и технического мероприятий на проектном участке, наблюдается весьма положительная динамика изменения степени влияния БТС на все элементы, что указывает на исключительно положительное влияние реализованных мероприятий (биологического и технического), что к концу эксперимента, позволяет считать проектный участок ЛЭП экологически безопасным для всех элементов его БТС. Вместе с тем на базовом участке ЛЭП наоборот наблюдается весьма отрицательная динамика изменения степени влияния БТС на все элементы, что к концу эксперимента позволяет считать базовый участок ЛЭП экологически неустойчивым.

По результатам проведенных экспериментальных исследований доказана комплексная целесообразность двух реализованных мероприятий, биологического и технического, которые в тандеме позволяют обеспечить биотехнический баланс между живой природой и антропогенной средой.

На основании результатов проведенных экспериментальных исследований, можно утверждать, что поставленная задача решена в полном объеме, т.к. выявлены, количественно оценены и взяты под контроль сложные закономерности, протекающие в БТС «ЛЭП-Человек-Природа», что позволяет в значительной степени повысить ее экологическую безопасность.

Комплексная достоверность экспериментальных исследований подтверждается привлечением двадцати экспертов к оценке степени влияния элементов БТС друг на друга, имеющих большой опыт работы в энергетике.

Новизна экспериментальных исследований подтверждается одним свидетельством об официальной регистрации программного обеспечения [1] и двумя патентами на изобретение РФ [2,3].

Практическая значимость экспериментальных исследований подтверждается соответствующими актами: о проведении лабораторных испытаний, о внедрении в опытную эксплуатацию, о внедрении результатов научных исследований, о внедрении программного обеспечения, о творческом сотрудничестве и взаимодействии.

Вышеизложенное позволяет утверждать, что результаты экспериментальных исследований позволили разрешить делему, высказанную известным ученым Л. Эберхардом - «Полевые наблюдения в экологии [обычно] или не имеют никакой повторности, или она настолько мала, что это имеет очень низкую чувствительность», т.к. в ходе экспериментальных исследований удалось выявить, количественно оценить и взять под контроль сложные закономерности, протекающие в БТС ЛЭП-Человек-Природа.