4. Кількісні показники стійкості геосистем та основні методи їх оцінювання.

Оскільки стійкість у геосистемах реалізується в різних формах, то хоч і можна запропонувати один показник, який характеризуєїї всебічно, проте він виявляється малоінформативним. Щодо практичного та теоретичного значення більший ефект буде, якщо розробити комплекс кількісних показників стійкості, кожний з яких характеризував би окремі її форми та їх більш тонкі особливості. Розробка такого комплексу показників стійкості грунтується на понятті відмови геосистеми. Під нею розуміють подію, що полягає у виході геосистеми з заданої області станів. Відповідно до змінної, що вийшла за межі діапазону своїх нормальних або допустимих значень, виділяються різні види відмов, наприклад, „галоморфізація геосистеми” (якщо вміст солей перевищить токсичні межі), „гідроморфізація геосистем” (якщо рівень грунтових вод піднявся вище критичної глибини його залягання), „дегуміфікація грунту” (якщо вміст гумусу стане меншим деякого встановленого значення) тощо. Поняття відмови ввів в ландшафтну екологію з математичної теорії надійності М.Д. Гродзинський (1983); її методи можна залучати до оцінки стійкості геосистем.

Показники інертності. Важливим показником цієї форми стійкості є ймовірність виникнення відмови і-го виду за час. Зручно також характеризувати інертність ймовірністю невиникнення відмови і-го виду протягом проміжку часу (тобто ймовірністю того, що за час геосистема не вийде із заданої області нормальних чи допустимих станів. Ці показники зв’язані простим співвідношенням.

Інертність геосистеми в деякий момент часу оцінюється показником інтенсивності відмов у момент. Інтенсивність відмов означає ймовірність того, що в геосистемі виникне відмова в момент часу, якщо до цього вона не відбулася. За цим показником визначається характер зміни інертності геосистеми з часом, зокрема визначаються періоди , коли стійкість геосистем найменша.

При вирішенні багатьох завдань необхідно знати оцінку середнього часу функціонування геосистеми до виникнення відмови і-го виду. З цією оцінкою, зокрема, пов’язане визначення безпечної тривалості певного антропогенного впливу та періодичності проведення профілактичних заходів (промивань зрошуваних геосистем від солей, плантажної оранки тощо).

Ці показники обчислюються для всіх видів відмов геосистеми. Узагальненими показниками інертності можуть бути ймовірність безвідмовного функціонування, а також ймовірність виникнення за час хоча б однієї відмови будь-якого виду.

Важливими показниками відновлюваності геосистеми є: ймовірність відновлення геосистеми за час після відмови і-го виду, інтенсивність відновлення в момент часу, а також середній час відновлення геосистеми після відмови і-го виду.

Інертність та відновлюваність характеризують стійкість геосистеми відносно деякої однієї її області станів. Таку стійкість часто називають локальною.

Показники пластичності. Пластичність можна оцінити ймовірністю того, що протягом часу геосистема буде здійснювати переходи лише між областями станів, що належать до одного інваріанта. Емпіричних даних щодо цього може виявитись недостатньо. Тому реально пластичність можна оцінити лише орієнтовно за посередніми ознаками. Однією з таких ознак є різноманітність геосистеми – в загальному випадку пластичність геосистеми тим вища, чим більше в ній областей станів та чим рівноймовірніші переходи між ними. Виходячи з цього, як посередні оцінки пластичності можна використовувати теоретико-інформаційні (ентропійні) показники.

Основні показники інертності та відновлюваності геосистем можна розраховувати за допомогою класичних методів математичної статистики за частотою виникнення відмов та відновлювань або за визначеним законом розподілу часу виникнення відмов. Перевагою цих методів оцінювання є простота розрахунків, а основний недолік пояснюється тим, що наявні емпіричні дані та теоретичні міркування часто не дозволяють визначити закон розподілу випадкової величини. За цими даним можна лише з’ясувати, збільшується чи зменшується стійкість геосистеми з часом. Проте цієї інформації достатньо для обчислення верхніх та нижніх граничних оцінок інертності та відновлюваності, тобто деякого діапазону, в якому знаходяться оцінки.

Інертність геосистеми з часом переважно зменшується (чим більший інтервал часу, тим більша ймовірність відмови). Це пояснюється постійною або періодичною дією антропогенних факторів, випадкових впливів тощо.

До переваг методу граничного оцінювання стійкості відноситься простота розрахунків та мінімум необхідної інформації. Проте інтервали між верхньою та нижньою граничними оцінками можуть виявитись дуже широкими. І незважаючи на це, метод дуже корисний при оцінюванні стійкості геосистем до проектованих антропогенних впливів, коли емпіричних даних отримати немає можливості.

У багатьох випадках ефективні методи оцінювання стійкості за моделлю „навантаження – опір”. Щодо геосистем, то сутть її така. Стан геосистеми визначається співвідношенням двох „узагальнених” факторів – навантаженням, яке намагається зруйнувати геосистему, та опору цьому навантаженню. Якщо навантаження більше опору, виникає відмова геосистеми. Дія навантаження на геосистему та її опір описуються характеристиками, які являють собою випадкові величини з власними функціями розподілу. Якщо ці функції встановлені, то можна визначити ймовірність того, що при всіх можливих коливаннях навантаження та опору величина першого буде більша за другу, тобто виникне відмова геосистеми. Так, характеристика, що описує навантаження, досить часто має експоненційний розподіл, а характеристика опору – нормальний. Цей метод обмежений, бо за ним можна визначити стійкість геосистеми тільки до одноразового впливу антропогенного фактора (до одного поливу, одного викиду забруднень тощо); проте важлива перевага його полягає у можливості обгрунтувати норми антропогенних навантажень на геосистеми.

Крім розглянутих, для оцінювання стійкості геосистем можна користуватися й іншими методами, розробленими в теорії надійності. Це зокрема, байєсовські методи (коли крім наявної емпіричної інформації враховується також і деякі апріорні відомості), графічні (коли даних про відмови мало), оцінювання за деревами відмов, статистичного моделювання на ЕОМ (коли відмови дуже рідкісні).