geolike.ru

Охрана лесных ресурсов

Охрана лесных ресурсов - мероприятия по охране лесов от пожаров, незаконных рубок леса (порубок), нарушений установленного порядка лесопользования и других действий, причиняющих вред лесному фонду и не входящим в лесной фонд лесам, а также по защите от вредителей и болезней леса; предусматривается Лесным кодексом. Эти меры осуществляются с учетом их биологических и иных особенностей и включают комплекс организационных, правовых и других мер по рациональному использованию лесного фонда и не входящих в лесной фонд лесов, сохранению лесов от уничтожения, повреждения, ослабления, загрязнения и иных негативных воздействий.

Лесопользователи обязаны проводить лесовосстановительные мероприятия на вырубках способами и за счет средств, которые указаны в договоре аренды участка лесного фонда, договоре концессии участка лесного фонда, лесорубочном билете, ордере, лесном билете; своевременно передавать лесхозу федерального органа управления лесным хозяйством участки лесного фонда, на которых созданы лесные культуры, и другие облесенные участки.

Лесопользователи обязаны применять при этих работах технику и технологии, в отношении которых в установленном порядке проведена государственная экологическая экспертиза и которые обеспечивают надежное сохранение и воспроизводство лесов.

Охрана лесов осуществляется наземными и авиационными методами лесхозами федерального органа управления лесным хозяйством, базами авиационной охраны лесов и другими организациями федерального органа управления лесным хозяйством. Основными задачами охраны лесов от пожаров являются предупреждение лесных пожаров, их обнаружение, ограничение распространения и тушение.

Лесные пожары в России были всегда. Большинство наших сограждан и не подозревает, как часто они возникают и благодаря каким усилиям сотен тысяч специалистов, занятых прогнозированием, обнаружением и ликвидацией огня, мы можем жить в счастливом неведении об этом грозном явлении.

Лесной фонд России составляет около 1,2 млрд. га (22% лесов мира) и уже более 200 лет является объектом хозяйственной деятельности, организованной на научной основе. До Октябрьской революции даже в относительно благополучные дождливые годы в нашей стране выгорало 600-700 тыс. га лесов, а в засушливом 1915 г. было уничтожено 12,5 млн. га. С 1931 г. для борьбы с огнем стала привлекаться авиация, а с 1972 г. - космические методы.

В последнее время в России ежегодно возникает около 30 000 лесных пожаров и сгорает по 1-2 млн. га лесов (0,2% лесного фонда). В среднем этот показатель лучше, чем во всем мире, где ежегодно 400 000 пожаров уничтожают 0,5% лесов. Мы могли бы гордиться отечественной системой лесоохраны. Однако многие специалисты считают, что количественные оценки далеки от истины. Например, Г. Н. Коровин и А. С. оценивали площадь ежегодных лесных пожаров в 5-6 млн. га. В заселенных равнинных районах России до 98% возгораний возникают по вине человека, а в удаленных северных районах в 50% случаев виноваты грозы. Ежегодно у нас около 5% лесных пожаров перерастают в угрожающе крупные, которые охватывают до 92% всех площадей, пройденных огнем. Особую опасность представляет соединение лесных пожаров с торфяными (в полной мере это ощутили на себе в конце лета 2006 г. жители Москвы и Московской области), а также выброс в атмосферу продуктов сгорания с радиационно-зараженных территорий и зон скопления особо ядовитых химических веществ.

Все отечественные специалисты сетуют на недостаток финансирования. Интересно сопоставить некоторые цифры. Из бюджета США на реализацию Национального противопожарного плана ежегодно выделялось $1,8 млрд., тем не менее в 2008 г. там сгорело 3,5 млн. га леса. В российском бюджете 2008 г. было выделено для борьбы с огнем 984,4 млн. рублей и сгорело 0,87 млн. га.

Российские ученые, как и их американские коллеги, делают все возможное, чтобы сдержать натиск лесных пожаров и смягчить их последствия. Более того, они делают своим союзником даже сам огонь. В 2008 г. был отмечен 70-летний юбилей доктора сельскохозяйственных наук Э. Н. Валендика, зав. лабораторией лесной пирологии Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, автора книг "Ветер и лесной пожар" (1968), "Борьба с крупными лесными пожарами" (1990), "Управляемый огонь на вырубках и в темнохвойных лесах" (2003). Ученый считает, что управляемый огонь в руках опытных специалистов может стать самым эффективным и дешевым методом сохранения, восстановления и формирования структуры сибирских лесов. В этих разработках пожар оценивается не только как разрушитель, но и как постоянно действующий природный фактор, обеспечивающий естественный ход процессов в лесных экосистемах. На 7-й Российской конференции молодых ученых в Пущине (2008 г.) А. В. Богородская из Института леса СО РАН представила работу по изучению влияния управляемого лесного пожара с заданной интенсивностью огня на микробные сообщества лесных почв.

Кроме уже названного Института леса СО РАН (Красноярск) научные исследования широкого круга проблем, связанных с происхождением, обнаружением и ликвидацией лесных пожаров, ведутся в Институте космических исследований РАН (Москва), Центре проблем экологии и продуктивности лесов РАН (Москва), Международном институте леса РАЕН (Москва), Институте солнечно-земной физики СО РАН (Иркутск), Институте оптики атмосферы СО РАН (Томск) и других организациях и учреждениях России. С 1997 г. работы по мониторингу и оценке последствий лесных пожаров с помощью космических средств успешно развиваются в системе МЧС России, в структуре Всероссийского НИИ по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ВНИИ ГОЧС, Москва) и его подразделений в Красноярске и Владивостоке. Все эти организации связаны в единую информационную сеть, в том числе с использованием оптоволоконных каналов.

Отечественные ученые большое внимание уделяют разработке общей математической модели лесных пожаров с учетом таких существенных факторов, как влияние излучения Солнца, типа почвы и типа растительности на высыхание слоя лесных горючих материалов. Модель позволяет с помощью оценки динамики поля плотности излучения над очагом лесного пожара усовершенствовать методы его обнаружения и диагностики аэрокосмическими методами. Учитывая тот факт, что характерное расстояние между деревьями во много раз меньше, чем размеры типичного лесного массива, для математического описания лесных пожаров успешно используются методы механики сплошных сред. Главный результат моделирования - определение предельных условий, при которых процесс горения прекращается, что крайне важно для принятия решений в борьбе с огнем, а также для разработки новых способов и устройств.

Успешно ведутся научные разработки в области дешифровки изображений земной поверхности, полученных в разных спектральных диапазонах различными устройствами дистанционного зондирования, и оценки на основе таких данных состояния конкретных участков леса.

Большая и полноценная работа проводится в части создания программного обеспечения, позволяющего прогнозировать расположение на местности движущегося периметра пожара, высоту пламени и пройденную огнем площадь в зависимости от конкретных условий (скорость и направление ветра, класс пожарной опасности по условиям погоды).

Применение космических методов для нужд лесного хозяйства нашей страны начиналось еще в 1972 г. За период с 1978 по 2008 гг. с помощью этих методов был изучен лесной фонд России на площади более 350 млн. га. У истоков этой работы стоял тогда В. И. Сухих, который в одном из интервью сказал: "Сверху видно все, не только разгул огня. К сожалению, уже в 90-е гг. работы по внедрению в практику методов и технологий изучения и оценки состояния лесов на основе космической информации были, за малым исключением, практически свернуты. Так же, как и дальнейшие научные исследования в этом направлении. Лежит невостребованным, а с уходом пионеров в этой области может быть и утрачен большой научный задел".

По словам директора Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН А. Исаева, "площадь гари на территории лесного фонда России в 5 раз превышает площадь вырубки лесов", а "размеры ежегодного ущерба от лесных пожаров соизмеримы с величиной доходов от лесного хозяйства, а в отдельные годы значительно превышают его". Что делать? В целях усиления охраны лесов от пожаров, повышения уровня противопожарной защиты лесного фонда Российской Федерации Правительство РФ постановлением от 10 января 1999 г. №35 утвердило федеральную целевую программу "Охрана лесов от пожаров на 2005-2009 годы". Программа принята. Но каков результат? Мы вправе гордиться отечественной системой авиалесоохраны и космомониторинга, достижениями ученых. Тревожат тенденции невостребованности этих замечательных достижений теми, кто принимает управленческие решения в конкретных ситуациях. Лесной пожар - не шутка. В этом убедились летом 2009 г. жители Москвы, а в начале 2009 г. жители Канберры. Правительство США сейчас выделяет большие средства на изучение тех проблем, с которыми уже имели дело наши отечественные специалисты. По-видимому, логика событий должна вести к более тесному сотрудничеству в этой области специалистов разных стран. Может быть, если очень повезет, наши исполнительные власти обратят внимание на необходимость принятия научно обоснованных решений в вопросах сбережения лесных ресурсов страны и защите населения от пожаров и их последствий.

1. В условиях формирования новых требований к качеству информации о состоянии лесных ресурсов возникает необходимость создания информационной системы лесного хозяйства, интегрирующей информационные потоки в лесоустройстве и лесохозяйственной деятельности. В первую очередь это связано с необходимостью существенного повышения оперативности, достоверности и организованности, временной и пространственной согласованностью данных о состоянии лесного фонда. На решение таких задач ориентированы географические информационные системы (ГИС), способствующие наиболее эффективному решению научных и прикладных задач, связанных с оценкой ресурсно-экологического потенциала лесов, контроля за состоянием лесных ресурсов.

Важнейшими качествами данных, используемых в процессе принятия решений, является их актуальность, полнота и объективность. Всеми этими качествами обладают данные дистанционного зондирования (ДДЗ). Дистанционное зондирование позволяет получать наиболее свежую информацию, что особенно важно для проведения ситуационного анализа в целях выработки оптимального решения. ДДЗ служат основой для создания актуальных тематических карт, и в действительности, являются первичным источником всей современной картографической информации. Более того, современные технологии дистанционного зондирования и компьютерной обработки ДДЗ существенно превосходят возможности традиционных бумажных карт – как в отношении содержания, так и в отношении разнообразия методов визуализации.

2.  Интегрированная многоуровневая ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов ориентированна на решение шести основных задач:

- обнаружение пожаров;

- эффективная организация сил и средств для тушения пожаров;

- профилактика и предупреждение возникновения крупных лесных пожаров;

- расчет ущерба, причиненного уничтожением или повреждением леса в результате пожара;

- прогнозирование естественной и антропогенной динамики лесонасаждений;

- повышение уровня информированности принятия решений.

Если задачу обнаружения лесных пожаров можно решить, используя только данные наземных наблюдений, авиапатрулирования и дистанционного спутникового зондирования, то задачи борьбы и профилактики лесных пожаров, оценки ущерба невозможно решить без широкого привлечения ГИС и их наполнения соответствующими статическими и динамическими слоями. В этом смысле большая роль уделяется созданию системы прогнозирования и управления динамикой лесных ресурсов. Таким образом, осуществляется разработка ГИС как инструмента для принятия решений по охране и рациональному использованию лесов Иркутской области от пожаров, базирующейся на оперативных данных (данных спутникового дистанционного зондирования) и основополагающих данных. Последние будут включать данные, полученные на основе информации землепользования, лесоустройства, карт насаждений и данных управления.

ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов создается на основе исходной картографической информации (цифровая топографическая основа масштаба 1:1000000), природно-хозяйственной карты, карт-схем лесхозов Иркутской области, предоставленных отделом лесопользования и воспроизводства лесов Комитета природных ресурсов по Иркутской области. Из цифровой топографической основы в карте области оставлены граница области, необходимые элементы гидрографии с дополнениями, дорожная сеть и основные населенные пункты.

ГИС предназначена для информационного обеспечения специалистов лесного хозяйства разнообразными справками о пожарах и состоянии лесного фонда Иркутской области с помощью данных дистанционного зондирования и базы лесоустроительной информации на различных уровнях. Она может применяться в качестве компьютерной базы для обучения специалистов в области природопользования и в конкретной работе при выборе рациональных путей вовлечения лесных ресурсов в хозяйственный оборот, а также для оценки экологических следствий принимаемых решений.

Информационное обеспечение управления лесными ресурсами представлено разными технологиями, реализующими этапы системного анализа, начиная от сбора и обработки данных до вариантного анализа развития ситуации, предшествующего принятию решений. Информационная подготовка решений осуществляется в процессе оперативного, текущего и фонового мониторинга, анализ стратегий обеспечивается математическими моделями прогнозирования и процедурами оптимального управления, реализованными на их основе.

Каждый этап подготовки решений (рис.1, приложение 2.) включает исходную базовую информацию, методы, алгоритмы и программы ее тематической обработки, программное обеспечение ГИС картографического представления информации и итоговую информацию для управления. На рис.1 приложение 1 представлены фрагменты этой общей схемы, имеющие отношение к выполняемой работе.

Оперативный мониторинг осуществляется средствами дистанционной космической съемки (AVHRR/NOAA). Обработка информации проводится методами тематического дешифрирования и нацелена в основном на выявление мест пожаров и картографирование участков, пораженных огнем. База данных результатов тематической обработки за несколько лет позволяет на основе статистической обработки выявить общие закономерности и предпосылки возникновения пожаров. В среде ГИС все результаты обработки привязываются к системе квартальной сети, что является основой идентификации очагов пожаров и в принятии решений для проведения мероприятий по их локализации и ликвидации. Средством для эффективного и оперативного принятия решений выступают высокоскоростные линии связи и передачи информации от её источника до конечного потребителя.

Среди продуктов обработки спутниковой информации можно выделить три основных типа: точечные объекты (лесные пожары) и площадные (гари крупных лесных пожаров) и точечно-пространственные (индекс пожарной опасности). Все типы объектов можно импортировать в ГИС, либо как растровое изображение с известными параметрами географической проекции, либо как табличный файл с координатами интересующего объекта и атрибутивной информацией. При работе с растровым изображением в ГИС возникает ряд неудобств, связанных с тем, что сами ГИС имеют векторную основу работы с данными. Например, отсутствует возможность изменения параметров, пересекающихся изображений наложение растровых изображений друг на друга и т.д. При импортировании табличных данных создается векторный слой, с которым можно работать также как с другими векторными слоями. К тому же, некоторые табличные данные имеют значительно меньший объем, чем растровое изображение, из которого они получены, что позволяет уменьшить время передачи данных.

Таким образом, наиболее эффективным, на наш взгляд, способом импорта результатов обработки спутниковый информации в ГИС мониторинга лесных пожаров является создание табличных файлов в ASCII формате. Так, табличное представление данных о действующих лесных пожарах, выделенных на космоснимках сокращает объем информации в сто раз. Результат детектирования очагов лесных пожаров преобразовывается в табличные формы непосредственно при обработке спутниковых данных и передается в ГИС уже в ASCII формате известной структуры.

ASCII файлы лесных пожаров имеют жесткую табличную структуру, необходимыми полями без которых невозможно импортировать данные в ГИС являются поля с координатами: широта и долгота пожара. Поля для временной привязки – дата и время пролета спутника. Дополнительные поля, которые являются информационными и могут потребоваться для дополнительной обработки – номер спутника и потоки излучения, принимаемые в пяти спектральных каналах радиометра AVHRR, установленного на ИСЗ серии NOAA.

Для определения площади гарей их картирования в пост оперативном режиме используется информация видимого диапазона в области спектра 0.8 1.1 мкм. Выбор данной области обусловлен тем, что на данный диапазон приходится максимум отражательной способности растительности. Эту процедуру лучше всего проводить весной, когда имеется значительный контраст между фоном здоровой растительности и значительно меньшим откликом сигнала гарей.

Результатом обработки детектирования гарей является промежуточный ASCII файл с набором следующих полей:

Обязательная информация, использующаяся для формирования слоя полигонного типа в файлах форматов ГИС:

а) идентификационный номер гари (1, 2, …..n)

б) долгота точек контура гари

в) широта точек контура гари

Далее находится информация, используемая для создания атрибутов элементов слоя:

г) площадь гари.

д) широта центра гари

е) долгота центра гари

ж) дата и время периода действия пожара в зоне гари.

Атрибутивная информация может дополняться различными априорными информационными элементами в зависимости от конкретных требований ГИС: административный район, лесничество, квартал, тип растительности и др. На дальнейших этапах данный файл ASCII конвертируется в стандартный файл формата ГИС, средствами программного обеспечения, на основе которого создана данная геоинформационная система.

Фоновый мониторинг лесов осуществляется в системе лесоустройства (инвентаризация лесов) с использованием аэрофотосъемки и наземной таксации насаждений. Эти данные концентрируются в базах лесотаксационных данных (таксационные описания), данных квартальных итогов, в итоговых таблицах состояния лесных ресурсов по лесничествам, лесхозам и лесосырьевым базам. Последние составляют основу данных учета лесного фонда, которые ежегодно обновляются с учетом проведенных рубок и лесохозяйственных мероприятий, а также принимая во внимание площади свежих гарей. Эти площади могут выявляться с использованием оперативной космической съемки высокого разрешения.

Базы данных лесной таксации и учета лесного фонда с помощью ГИС картографически визуализируются и становятся основой для оценки лесных ресурсов (лесохозяйственного потенциала) и их текущего изменения.

Используя информацию о площади и запасах погибших лесонасаждений, оценивается ущерб, и принимаются решения об его возмещении.

В моделировании динамики леса имеется ряд особенностей, связанных со спецификой его развития - длительностью протекания процессов в древостоях, измеряемой несколькими десятками и сотнями лет, а также большим разнообразием видовой и возрастной структуры лесонасаждений. Именно поэтому при моделировании естественной и протекающей на фоне лесохозяйственного освоения динамики лесных ресурсов необходима не одна-две математические модели, а целая система разноуровневых моделей, отражающая естественную иерархию лесов как компонентов геосистем различных рангов. Именно в виде такой системы модели леса включаются в интегрированную ГИС.

Система математических моделей применяется для прогнозирования динамики лесных ресурсов, на различных уровнях в ГИС (область, административные районы, лесхозы, лесничества, кварталы). В качестве информации используются данные учета лесного фонда, удобные для анализа динамики лесных ресурсов своей частой повторяемостью и достаточной детальностью, необходимой для решения теоретических и практических задач прогнозирования с учетом последствий различного вида хозяйственной деятельности и катастрофических смен. Во внимание принимаются рубки, пожары и изъятие лесов лесного фонда в результате капитального строительства. Учитывается процесс создания лесных культур и их перевод в молодняки.

Созданные ГИС-ориентированные базы данных лесоустроительной информации привлекаются для идентификации (оценки параметров) прогнозных моделей. Расчеты с использованием моделей дают информацию о пространственной и временной изменчивости компонентов лесной растительности с учетом ее породного и возрастного состава, а также с учетом антропогенного влияния. ГИС-системы наглядно демонстрируют прогнозируемые изменения, позволяют сравнивать результаты разных стратегий управления, оценивать ожидаемые доходы и ущербы.

Низшим уровнем ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов являются данные квартальных итогов и соответствующие им планы лесонасаждений. Элементарной ячейкой управления здесь становится квартал, который считается однородным по природным характеристикам участком лесной территории. Основными переменными становятся площади и запасы лесонасаждений с учетом их распределения по группам возраста. Система кварталов определяет пространственную дифференциацию лесных ресурсов, что лежит в основе планирования размещения лесосек и картографирования состояния лесов по агрегированным показателем как на текущий момент, так и с помощью моделей – на перспективу.

В ходе создания интегрированной многоуровневой ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования динамики лесных ресурсов разработан электронный вариант квартальной сети Усть-Илимского, Братского, Чунского районов Иркутской области (рис. 3). Представление результатов спутникового зондирования в ГИС обеспечивает знание географических координат объекта - его широту и долготу. Однако основная часть информации по лесоустройству представляется в системе координат лесничество-квартал. Следовательно, для достижения однозначности в представлении информации необходимо иметь возможность легко конвертировать данные из одной системы координат в другую. Для решения этой проблемы был создан электронный ГИС - слой квартальной сети лесничеств для территории вышеупомянутых районов.

Оцифровка производилась дигитайзером по природно-хозяйственной карте района, составленной предприятием "Сибэкокарта". Привязка границ кварталов осуществлялась по имеющимся слоям рек и границ авиаотделений в масштабе 1:200300. В результате были получены электронные слои лесхозов, лесничеств и кварталов. Квартал в большинстве случаев имеет форму прямоугольника с размерами два на три километра.

Минимальным графическим объектом, по которому возможно получение содержательной информации, является квартал. Структура поквартальной информации, используемая в системе, содержит основные агрегированные характеристики квартала.

Слой лесхозов и кварталов связан с таблицами, в которых отображаются атрибуты каждого лесхоза и квартала. Атрибутивная таблица тематического слоя лесхозов содержит 35, а слой кварталов – 62 поля. В качестве источников данных для заполнения таблиц использовались квартальные итоги лесничеств, предоставленные отделом лесопользования и воспроизводства лесов Комитета природных ресурсов по Иркутской области.

Таким образом, имея электронный (ГИС) вариант квартальной сети, появляется возможность привязки объектов с известными географическими координатами в координатной системе лесничество-квартал и обеспечивается совмещение картографической базы данных с лесоустроительной, на основе которой решаются задачи тематического картографирования с выбором окраски и формирования необходимых документов.

Создание интегрированной многоуровневой ГИС мониторинга лесных пожаров и прогнозирования лесных ресурсов Иркутской области обеспечивает наглядное отображение пространственной и временной изменчивости состояний лесных ресурсов, быстрое и эффективное обнаружение лесных пожаров. Оперативное обновление такой информации на местах и представлением ее в информационные центры области совместно с космическим мониторингом позволит перевести учет состояния лесных ресурсов на более дробный уровень, что повысит качество контроля за их использованием и ответственность пользователей. В целом, данная геоинформационная система должна способствовать обеспечению управленческой деятельности, необходимой для эффективной защиты и рационального использования лесов Иркутской области, учета экологических факторов и местных условий хозяйствования.

Ущерб от лесных пожаров в Иркутской области за последние пять лет превысил 30 млн. долларов, или около 1 млрд. рублей. Если за предыдущие пять лет (2003–2008 гг.) огнем было пройдено 159 тыс. га, то в 2009 году к 15 июля пожарами было повреждено и частично уничтожено 168,225 тыс. га. Это больше, чем за все пятилетие.

Как отмечают специалисты, полный ущерб, наносимый лесными пожарами, подсчитать очень трудно. Официальные методики расчета основаны на потере только одного лесного ресурса – древесины на корню. Утрата биоразнообразия, сгоревшие ягодные территории, погибшие или вынужденные оставить места своего обитания животные, рекреационные ресурсы, неполученная прибыль лесозаготовителей и уж тем более испорченные огнем ландшафты в рубли не переводятся и не находят отражения в финансовой статистике. Даже если от лесных пожаров сгорают промышленные или хозяйственные объекты и населенные пункты, понесенные убытки фиксируются по иным критериям и в общий ущерб от лесных пожаров не включаются.