Функционирование природно технической системы

3. Природно-технические системы. Классификация природно-технических геосистем.

Природно-техническая система, по В. Д. Ломтадзе, — «природный комплекс, в пределах которого размещены искусственные объекты, созданные в результате выполнения строительных и других инженерных работ. В географии (а теперь и в инженерной геологии) такую систему рассматривают как модель, характеризующую взаимодействие природы (геологической среды) с сооружениями.»

Примерами природно-техногенных комплексов могут служить:

• судоходные пути, обустроенные на реках путем создания различных гидротехнических сооружений, таких как шлюзы, каналы, плотины и т.д.;
• сельскохозяйственные земли, так как представляют собой территории, преобразованные для производства сельскохозяйственной продукции путем создания систем орошения, осушения, путем планировки и выравнивания значительных площадей;
• водохранилища ГЭС, удовлетворяющие энергетические, транспортные и водно-ресурсные потребности общества.

По признаку локализации природно-техногенные комплексы можно подразделить

По уровню антропогенной нагрузки природно-техногенные комплексы можно подразделить на следующие категории:

1) малоосвоенные территории с низкой плотность населения, где техногенная (экономическая составляющая) либо совсем не представлена, либо исчезающе мала;

2) ландшафты, в пределах которых отсутствуют крупные населенные пункты, а также в которых велика доля территорий, вовсе не затронутых хозяйственной деятельностью;

3) ландшафты, в пределах которых преобладает сельскохозяйственное производство, а доля промышленности незначительна;

4) территории, на которых преобладает аграрный сектор экономики, но вместе с тем присутствуют отдельные крупные объекты промышленности;

5) природно-техногенные комплексы, в которых в примерно равной степени представлены как средней величины города с развитой промышленностью, так и аграрные территории;

6) природно-техногенные комплексы с присутствием крупных городов и сельскохозяйственных площадей;

7) наличие крупных городов с развитой промышленностью, окруженных индустриально освоенными территориями (например, Москва с Московской областью, Санкт-Петербург с Ленинградской областью).

Система – это предмет, состоящий из других предметов, которые находятся в определенных отношениях и обладают фиксированными свойствами.

ПТС – это любая комбинация из техногенного устройства и природного геологического тела. ПТС – это сооружения и геологическая среда, которая находится под его влиянием.

ПТС разделяются на несколько категорий( структурных уровней):

• ПТС, подсистемы: отдельное сооружение и сфера взаимодействия ГС с этим сооружением, следует считать элементарной;
• ЛокальнаяПТС, формирующаяся и функционирующая под влиянием взаимодействий комплекса сооружений (город, гидроузел, промышленный комплекс) с литосферой. Локальная ПТС состоит из элементарных, отношения, которые и составляют ее структуру;
• региональная. Подсистемы: локальные ПТС, находящиеся в регионе, и природные геосистемы, в которые вкраплены локальные ПТС. Главные взаимодействия региональной ПТС — управляющие, косвенные, иногда заранее не учтенные взаимодействия.
• Элементарные ПТСграничат с друг другом или пересекаются, так что на функционирование некоторой элементарной ПТС оказывают влияние соседние. Область ГС, взаимодействующая с комплексом сооружений, в большинстве случаев не имеет разрывов непрерывности, представляет собой связную область геологического пространства.

Примером локальной ПТСможет служить система в границах города, включающая все его сооружения, некоторую часть воздушного бассейна, реки и водоемы, фрагменты биосферы и область литосферы до глубины, в пределах которой проявляется взаимодействие с сооружениями (развиты инженерно-геологические процессы).

Региональные ПТС,как правило, не составляют связную область пространства и не могут непосредственно взаимодействовать между собой. Они приводят к изменению хода естественных процессов в регионе и к возникновению ИГ (техногенных) процессов.

Категорию ПТС определяет ее структура, а не занимаемая площадь. Например, такая элементарная ПТС, как водохранилище — сфера взаимодействия геологической среды, — может занимать площадь в сотни или даже тысячи квадратных километров. В то же время несколько отдельно расположенных сооружений, суммарная площадь которых не превышает 1-2 км2, а сферы взаимодействия не пересекаются, образуют региональную ПТС

Источник

Формирование и функционирование природно-технических систем

Природно-техническая система принципиально отличается от природной. Главнейшее ее отличие состоит в том, что она является управляемой (кибернетической). Управляемыми системами называются такие системы, функционирование которых обусловлено управляющими взаимодействиями. Управляющими следует считать такие взаимодействия, которыми можно распоряжаться при управлении системой и которые можно изменять с целью осуществления ее функционирования, предпочтительного по сравнению с другими возможными вариантами функционирования управляемой системы. Опираясь на данные исследований и расчетов, реализованных в прогнозе, человек заранее, еще в ходе проектирования ПТС , может предсказать изменение структуры системы в процессе ее развития во время строительства, а также структуру системы в период ее функционирования, ее режим во времени, интенсивность, скорость и характер изменения отношений между ее компонентами, изменение структуры и свойств под влиянием управляющих взаимодействий. Таким образом, еще до реализации ПТС , на этапе проектирования, осуществляется оптимизация структуры и свойств системы и предусматриваются мероприятия, обеспечивающие оптимальное управление ее функционированием. Элементарные ПТС начинают формироваться с началом строительства или иной хозяйственной деятельности человека. Например, начало работ по вскрытию строительного котлована или даже начало работ по понижению уровня подземных вод, если вскрытие строительной выемки ведется под защитой водопонизителыюй системы, отвечает начальному моменту формирования ПТС. Структура и свойства элементарной ПТС изменяются в процессе строительства с изменением вида (набора), интенсивности и режима управляющих взаимодействий (с увеличением нагрузки от строящегося сооружения, изменением температурного режима, условий фильтрации и т. д.). Структуру ПТС можно считать сформировавшейся только спустя некоторое время после завершения строительства сооружения.

Режим функционирования элементарных ПТС

В режиме функционирования элементарных ПТС, так же как и в режиме природных систем, можно выделить две стадии. Первая — стадия неустановившегося режима ПТС — охватывает период от начала строительства до некоторого момента времени после его завершения.

Структура сфер взаимодействия ПТС

• сооружение (комплекс сооружений), его назначение, конструкция, размеры и конфигурация;
• структура и свойства геологической среды и особенности ее движения под влиянием возмущающих и управляющих взаимодействий;
• способы ведения строительных (горных) работ, в частности технология добычи полезных ископаемых.

Управляющие взаимодействия

Агентами инженерно-геологических процессов являются элементы подсистемы «сооружение», а входами подсистемы СВ — компоненты геологической среды, с которыми непосредственно взаимодействует сооружение. Управляющие взаимодействия реализуются в ходе преобразования человеком геологической среды при строительстве сооружений, добыче полезных ископаемых, мелиорации земель.

Источник

Природно-технические системы

Существование взаимодействований между искусственными и естественными объектами Земли требует совместного рассмотрения взаимодействующих объектов как сложных тел (систем), называемых природно-техническими системами (ПТС) . Природно-техническая система (ПТС) — целостная, упорядоченная в пространственно-временном отношении совокупность взаимодействующих компонентов, включающая орудия, продукты и средства труда, естественные и искусственно измененные природные тела, а также естественные и искусственные поля. Природно-техническая система (ПТС ) — целостная, упорядоченная в пространственно-временном отношении совокупность имодействующих компонентов, включающая орудия, продукты и средства труда, естественные и искусственно измененные природные тела, а также естественные и искусственные поля. Примером ПТС может служить гидроузел, в котором искусственные объекты — гидротехнические сооружения и водохранилище — взаимодействуют между собой и с окружающими их областями литосферы, гидросферы, атмосферы, биосферы. Взаимодействие проявляется в разнообразных геологических, гидрологических, атмосферных и биологических процессах. Компоненты природной среды, взаимодействующие с искусственными объектами, различны. Набор их зависит от класса ПТС. В одних ПТС с искусственными объектами активно взаимодействуют граничащие с ними области литосферы, атмосферы, биосферы (мелиоративные системы), в других — области гидросферы (портовые сооружения) или литосферы (подземные сооружения, котлованы и карьеры, эксплуатационные скважины).

Категории ПТС

• Природно-техническую систему, подсистемами-компонентами которой являются отдельное сооружение и сфера взаимодействия геологической среды с этим сооружением, следует считать элементарной;
• Более высокой категорией является локальная ПТС, формирующаяся и функционирующая под влиянием взаимодействий комплекса сооружений (город, гидроузел, промышленный комплекс) с литосферой. Локальная ПТС состоит из элементарных, отношения, которых и составляют ее структуру;
• Следующей категорией ПТС является региональная . Подсистемами-компонентами региональной являются локальные ПТС, находящиеся в регионе, и природные геосистемы, в которые вкраплены локальные ПТС. Таким образом, структуру региональной ПТС не определяют прямые управляющие взаимодействия, осуществляющиеся внутри границ составляющих ее локальных ПТС. Главными взаимодействиями, существенно влияющими на функционирование региональной ПТС, наряду с возмущающими природными следует считать управляющие, косвенные, иногда заранее не учтенные взаимодействия. Аналогичные соображения можно высказать и о глобальной ПТС.

Формирование и функционирование ПТС, режим функционирования, управляющие взаимодействия

Природно-техническая система принципиально отличается от природной. Главнейшее ее отличие состоит в том, что она является управляемой (кибернетической). Управляемыми системами называются такие системы, функционирование которых обусловлено управляющими взаимодействиями. Подробнее.

Принципы оптимизации ПТС и управление ее функционированием

При любой хозяйственной деятельности человек стремится улучшить производственный процесс. Это полностью относится и к процессам взаимодействия с литосферой. К числу задач оптимизации таких процессов, представляющих интерес для инженерной геологии, следует отнести следующие. Подробнее.

Источник