Экологичка.ру - с экологией по жизни!

В марте 2009 г. РОО "СПОК" (Карелия) выиграла грант компании ESRI,
признанного лидера в создании ГеоИнформационных Систем
(http://www.esri.com/). Компания ESRI бесплатно передала РОО "СПОК"
одну лицензионную копию программы ArcGIS ArcEditor 9.3.

Данный грант особенно ценен в тот период, когда в Республике Карелия
наблюдается кризисное сокращение финансовых средств, выделяемых
Правительством региона на управление и развитие сети особо охраняемых
природных территорий.

ArcGIS ArcEditor 9.3 - это полнофункциональная ГИС-программа с набором
мощных инструментов для создания, управления, анализа и визуализации
пространственных данных, а также с возможностями создания и
моделирования баз геоданных (БГД).

Применение данной программы позволит РОО "СПОК" завершить разработку
уникальной ГИС "Особо охраняемые природные территории и
малонарушеннные леса высокой природоохранной ценности Республики
Карелия", а также проводить дальнейшие полевые исследования карельских
малонарушенных лесов, ценность которых подтверждена федеральным
законодательством и системами сертификации лесоуправления.

Кроме того, применение ArcGIS ArcEditor 9.3 позволит наглядно и просто
представлять результаты работы РОО "СПОК" в лесах Карелии, тем самым
улучшить информирование населения и органов власти о ситуации с
ценными лесами в республике, а также привлечь широкие слои населения к
участию в управлении лесами региона.

Помимо задач охраны природы, применение ArcGIS ArcEditor 9.3 позволяет
лесопользователям повысить эффективность планирования, выполнения и
оценки результативности разнообразных работ на лесных участках, что
особенно важно в условиях кризиса, когда существенный выигрыш дает не
экономия, а максимально эффективное использование всех доступных
ресурсов.

Пропагандой этого нового направления в рационализации лесопользования
РОО "СПОК" также планирует заняться путем наглядной демонстрации
лидерам лесной отрасли преимуществ современных ГИС-технологий.

В Мурманской области, в Хибинах, работает ОАО “Апатит” - одно из крупнейших в мире предприятий по добыче и переработке апатито-нефелиновой руды. Его промплощадки размещены на территории в несколько сотен квадратных километров вокруг городов Кировск и Апатиты, местами в 3-5 км от жилых кварталов. Огромное хозяйство - рудники, обогатительные фабрики, многочисленные и мощные цеха (железнодорожный, автотранспортный, ремонтные, энергоснабжения и пароснабжения) - объединено развитыми энергетической и транспортной инфраструктурами. К сожалению, при нынешних технологиях горное и обогатительное производство побочными продуктами своей деятельности загрязняет окружающую среду. В отвалах рудников складируются вскрышные и проходческие породы. Обогатительные фабрики имеют свои отвалы хвостов обогащения. При очень больших объемах производства ОАО “Апатит” отходы его таковы, что общий объем отвалов, накопленных за 75 лет работы этого флагмана отечественного производства удобрений, составляет сотни миллионов кубометров.

Разработка апатито-нефелиновых месторождений Хибинского массива обусловливает техногенное поступление в окружающую среду ряда веществ: соединений азотной группы, фосфора, сульфатов, хлоридов, Al, Sr, Fe, Mn, Zn, щелочных и щелочноземельных металлов, которые в повышенных концентрациях приобретают токсичные свойства для водных организмов и человека. Важнейшей средой миграции химических элементов являются природные воды, и, вследствие этого, водные объекты оказываются приемниками и переносчиками всех типов загрязняющих веществ, поступающих от площадок горнотехнических работ.

На ОАО “Апатит” начато внедрение природоохранной программы, предусматривающей многоступенчатую очистку карьерных и шахтных вод и жидких отходов обогатительного производства. Специальными гидротехническими сооружениями производится постоянная откачка водопритоков из карьеров и шахт (рис. 1). Карьерные и шахтные воды поступают сначала в пруды-отстойники, где происходит механическая очистка воды, а затем сбрасываются в прилегающие поверхностные водотоки.

Вместе с тем, в результате деятельности ОАО “Апатит” ежегодно в гидросеть без очистки поступает до 9 млн. м³ сточных вод, что существенно ухудшает качество поверхностных водных объектов, основными из которых в рассматриваемом районе являются: крупнейшее на Кольском полуострове оз. Имандра, озера Большой и Малый Вудъявр, а также реки Белая, Юкспоррйок, Саамская и Жемчужная.

Питание рек и озер района в течение года смешанное (снеговое, дождевое и грунтовое). Наибольших величин сток достигает в весеннее половодье при интенсивном снеготаянии и одновременных ливневых осадках. Зимой питание рек в основном грунтовое. В целом водные условия бассейнов озер Большой и Малый Вудъявр отличаются высокими показателями стока и неустойчивым, сезонно изменяющимся режимом поверхностных вод.

Оценка качества водных ресурсов

По проекту «Геомониторинг Хибины – 2000» были проанализированы и обобщены результаты исследований состояния поверхностных вод в районе хибинских апатито-нефелиновых месторождений и дана оценка качества поверхностных вод района, а также выявлены закономерности миграции приоритетных загрязняющих веществ от площадок горнотехнических работ ОАО “Апатит” в поверхностных водах бассейна реки Белая.

Объектами исследования на территориях, прилегающих к действующим рудникам и обогатительным фабрикам ОАО “Апатит”, являлись водосборы озер Большой Вудъявр и Имандра (рудники “Кировский” и “Юкспор”, хвостохранилища апатито-нефелиновых обогатительных фабрик № 2 и № 3). Отбор проб производился на озерах Имандра и Большой Вудъявр, а также на реках Белая, Саамская, Юкспоррйок, Жемчужная, Черная и ручье Кристальный. Пробы брали в период трех сезонов, характерных для гидрологических режимов объектов исследования: март; апрель-май; июнь-август, октябрь. Химический анализ проводился по компонентам: pH, HCO₃^2-, SO₄^2-, NH₄⁺, N, P, Al, Fe, Mn, Sr, Ni. Дополнительно, в мае были взяты пробы для микробиологического анализа. Определяли два наиболее важных критерия хозяйственно-бытового (в том числе фекального) загрязнения вод: общую численность сапрофитных бактерий и количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП).

Для анализа и более наглядного представления результатов исследований были использованы возможности ГИС в составе ArcView 3 и дополнительного модуля Spatial Analyst. С целью избежать при интерполяции влияния данных из точек отбора проб на притоки более высоких порядков, весь набор этих точек был разбит на подмножества, соответствующие гидрообъектам исследования (оз. Большой Вудъявр, р. Белая и – отдельно - ее притоки всех порядков). По этим подмножествам точек отбора проб строились интерполяционные гриды для каждого компонента анализа и каждого сезона. Из полученных гридов буферами (определенной ширины для водотоков и по береговой линии - для озера), построенными для данных гидрообъектов, вырезались фрагменты и записывались в отдельные темы. Фрагментарные темы объединялись в общую тему распределения концентраций анализируемых компонентов по гидросети на всем исследуемом бассейне. Для отображения на карте по каждому компоненту химического и бактериологического анализа конструировалась своя легенда, общая для всех сезонов. Всего было построено 35 тематических карт

Результаты исследований

Исследования показали, что антропогенное поступление перечисленных выше химических компонентов в водоемы, расположенные в районе горнотехнических работ и являющиеся непосредственными приемниками промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, привело к значительному (для некоторых компонентов - почти на порядок) увеличению как общего содержания этих компонентов, так и их минеральных форм (по сравнению с природным содержанием).

В частности, загрязнение водоемов микроэлементами, особенно тяжелыми металлами, является одним из самых опасных видов загрязнения из-за их высокой токсичности и способности аккумулироваться в телах гидробионтов, вызывая отдаленные негативные последствия. Приоритетными загрязняющими микроэлементами для водных объектов промышленной зоны ОАО “Апатит” являются стронций и алюминий, источником которых являются сточные воды горнорудных предприятий. В составе тонкодисперсных взвесей эти металлы поступают в водные объекты как аэротехногенным путем за счет пыления хвостохранилищ, так и при фильтрации технологических стоков через дамбу хвостохранилища. Природное содержание микроэлементов в настоящее время трудно восстановить. Поэтому в качестве условно-фоновых были приняты усредненные концентрации в отдаленных от промышленных узлов водоемах Кольского полуострова: Sr <26 мкг/л, Al <30 мкг/л.

Значительная часть используемых промышленных вод возвращается в поверхностные воды с жидкими отходами, содержащими продукты коррозии, отработанное масло, органику, частицы золы, смол, технологические сбросы, в том числе тяжелые металлы и радиоактивные вещества. Эти стоки распространяются по водным системам, причем вредные вещества накапливаются в фитоценозах, донных отложениях, рыбах и распространяются по пищевым цепям.

Поскольку объем стоков промышленных предприятий значительно превышает поступление чистых природных вод в реки и озера, сезонных изменений содержания химических элементов в исследуемых водоемах обнаружено не было.

По санитарно-микробиологическим показателям, согласно нормативным документам, часть поверхностных вод территории водосбора Хибинского горного массива охарактеризована как загрязненная. Особенно велико загрязнение в местах поступления хозяйственно-бытовых стоков городских очистных сооружений, в районах дачных поселков, стоков хлебозавода, то есть в местах поступления дополнительной органики.

Единственными водными объектами, которые остаются чистыми в районе площадок горнотехнических работ ОАО “Апатит”, являются озеро Малый Вудъявр, река Вудъяврйок и верхнее течение реки Юкспоррйок.

Одной из важнейших задач, имеющих четкую социально-экономическую направленность, является изучение состояния окружающей нас природной среды, прогнозирование ее изменений под антропогенным воздействием, определение с экологических позиций безопасных уровней техногенных нагрузок. Загрязнение окружающей среды – это геохимический процесс, подчиняющийся общим закономерностям, установленным при изучении геохимии ландшафта [5]. В условиях города этот процесс многократно осложнен вмешательством человека, нарушающим естественные пути миграции загрязняющих веществ.

Законом Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» определена доступность экологической информации для широких слоев населения. Каждый гражданин имеет право знать, каким воздухом он дышит, какую воду пьет, на какой почве собирается выращивать овощи и фрукты, в каком районе лучше жить, а куда следует заходить только в случае крайней нужды. Для сбора и анализа подобных данных необходим всесторонний мониторинг среды нашего обитания.

Главной целью эколого-геохимического мониторинга, проводимого на территории г. Ростова-на-Дону с 1989 года, является оценка состояния окружающей среды, контроль за ее изменениями под воздействием техногенных факторов, прогнозирование этих изменений на базе регулярных наблюдений для обоснования мероприятий по оздоровлению экологической ситуации в городе. Геохимические исследования позволяют определить и отобразить на картах пространственное распределение содержания химических элементов и их соединений в природных средах, депонирующих загрязняющие вещества. Регулярное проведение экологических наблюдений позволяет при минимальных затратах получать оперативную и, в то же время, объективную информацию о современном уровне загрязнения основных компонентов окружающей среды, выявлять источники поступления токсикантов в урболандшафты, ранжировать их по степени опасности для жизни и здоровья населения. Важнейшей составляющей этой работы является разработка рекомендаций по снижению негативного эффекта техногенного загрязнения для сохранения темпов устойчивого развития города.

Уникальным средством представления информации о состоянии окружающей среды, в том числе для широкой общественности (в меру «научной», понятной даже непрофессионалу), становятся экологические карты – как на бумажных носителях, так и в электронном виде. Эти карты мы создаем с помощью приобретенного в DATA+ программного обеспечения ArcView с дополнительными модулями Spatial Analyst и 3D Analyst. Наш выбор обусловлен широкими функциональными возможностями этого ГИС- пакета в сочетании с дружественным интерфейсом и сравнительной доступностью для широкого круга пользователей, растущим интересом ростовских экогеохимиков именно к этой геоинформационной системе.

Приведем несколько примеров эколого-геохимических карт Ростова-на-Дону, созданных с помощью ArcView и, в числе многих других, представленных в изданной в прошлом году монографии [4], обобщающей результаты ведущихся исследований. На рис. 1 показана пылевая нагрузка на территории города летом, когда к промышленным и автотранспортным выбросам добавляется дефляционная и строительная пыль. Особенно грязный воздух в «старом» центре города с его узкими переполненными автомашинами улочками, в узлах транспортных развязок, в районе вокзала и автовокзала, которые расположились в долине р. Темерник. Здесь хуже продуваемость, со склонов речной долины сюда «стекают» потоки загрязненного воздуха, поэтому даже в скверах запыленность воздуха выше установленных норм (предельно-допустимых концентраций – ПДК). Атмохимические карты, созданные с помощью ArcView и Spatial Analyst, дают представление о современном загрязнении воздушного бассейна, позволяют выявить тенденции развития экологической ситуации как на территории всего города, так и в отдельных селитебных зонах.

На фоновом участке в Шолоховском районе Ростовской области, в 5 км западнее ст. Вешенской, вдалеке от промышленных предприятий и автотранспортных магистралей, масса выпадений нерастворимой неорганической пыли не превышает 20 кг/км² в сутки, нерастворимых органических веществ – 13–15 кг/км² в сутки. В городе даже в парках пылевая нагрузка на порядок выше, а вблизи промзон и автомагистралей с интенсивным движением она достигает 3500-4500 кг/км² в сутки (в 100–200 раз выше фона). В «спальных» районах, на окраине города загрязненность воздуха пылью заметно ниже, но и здесь она в 30-50 раз выше фоновой. При этом следует отметить, что в составе пыли преобладают нерастворимые минеральные соединения, в том числе соли тяжелых металлов. Пропуская насыщенный токсикантами атмосферный воздух через свои легкие, мы волей-неволей «поглощаем» загрязняющие вещества.

Оценка гидрогеологической ситуации в Ростове-на-Дону впервые проводилась на топографической основе, оцифрованной в ArcView. Сравнением гидрогеологических карт разных лет была выявлена тенденция к повышению уровня грунтовых вод как в старых районах города, так и в сравнительно молодых жилых кварталах (рис. 2).

На урбанизированных территориях подъем уровня грунтовых вод обусловлен нарушением путей естественного стока ливневых и талых вод при преобразовании рельефа, увеличением инфильтрации поверхностных вод в подземные горизонты через строительные котлованы и траншеи, подпиткой грунтовых вод за счет утечек из сетей водопровода и канализации, а также из выгребных ям.

Вероятно, последний из перечисленных факторов вносит самый весомый вклад в подтопление города. По крайней мере, его можно измерить. В настоящее время МП ПО "Водоканал" эксплуатирует 2204 км сетей водопровода и 941 км сетей канализации, из которых 1306,8 км имеют износ 70 и более процентов. По амортизационному нормативу ежегодной перекладке подлежат 105 км сетей водопровода и 31 км сетей канализации, но из-за отсутствия средств заменяются только 14 км, то есть темпы обновления сетей водопровода и канализации на порядок ниже темпов их старения.

Как следствие, за 1994–1999 гг. количество порывов и утечек на сетях водопровода и канализации достигло 12238. Например, в 1998 г. зарегистрировано 348 порывов на 100 км водопроводных сетей города при нормативе 12–17 порывов. Для сравнения, в среднем по России этот показатель составляет 120 порывов на 100 км. На крупных водоводах диаметром 800–1200 мм число порывов за 4 года увеличилось в 5 раз, и эта цифра растет с каждым годом. Если сегодня не предпринять экстренные меры по ремонту и замене изношенных труб водопроводно-канализационной сети, Ростов-на-Дону не только обречен на подтопление и острый дефицит хозяйственно-питьевой воды, но и, образно говоря, захлебнется в собственных нечистотах, которые уже сегодня подпитывают родниковые воды.

Суммарное загрязнение окружающей среды мы определяли по пылевой нагрузке, по содержанию тяжелых металлов и других токсикантов в атмосферных выпадениях, по степени загрязнения почвы тяжелыми металлами и нефтепродуктами, по уровню залегания (подтопление) и масштабам загрязнения грунтовых вод, по уровню шума. Каждый из этих показателей ранжировали по баллам, начислявшимся в зависимости от степени загрязнения по следующей шкале: незначительное загрязнение – 1 балл, слабое – 5, среднее – 25, сильное – 125, очень сильное загрязнение – 625 баллов (см. табл. 1). Такая методика не позволяет отнести оцениваемый участок в группу с меньшим уровнем загрязнения, если хотя бы по одному из показателей получено сильное загрязнение.

Таблица 1Параметры оценки уровня экологической комфортности проживания

Используя топооснову города в ArcView, совместив материалы геохимических наблюдений, шумовой и электромагнитной съемки с помощью Spatial Analyst, мы построили «Карту экологической комфортности проживания на территории г. Ростова-на-Дону» (рис. 3). Из этой карты видно, что до 60% жителей «старого центра» проживает в условиях опасных для здоровья по экологическим показателям. Необходима разработка новых градостроительных проектов с учетом современной и будущей экологической ситуации, что позволит избежать просчетов в размещении детских, лечебных и рекреационных центров.

Уже сегодня эту карту можно использовать и для совместных эколого-геохимических и медико-гигиенических исследований. Проведенные в Ленинском районе медико-гигиенические исследования показали, что в выделенных нами зонах с высоким уровнем загрязнения окружающей среды беременные женщины болеют в 1,3–1,4 раза чаще, чем в зоне слабого загрязнения. Число недоношенных детей у этих матерей в 3 раза больше, чем в благополучных районах. У новорожденных из «грязных» зон чаще наблюдаются патологии (гипоксия плода, энцефалопатия, родовые травмы, сепсис, кардиопатия, асфикция). У детей от 3 до 6 лет, проживающих в зонах сильного и очень сильного загрязнения, заболеваемость в 1,55 раза выше, чем в зонах слабого и среднего загрязнения. У них в 1,5 раза чаще отмечаются болезни дыхательных путей, в 2 раза чаще – конъюнктивит, в 2,8 раза – инфекционные заболевания. Средняя продолжительность болезней в зонах с повышенной химической нагрузкой на 5–35% больше, чем в зонах слабого и среднего загрязнения [1, 3, 4].

Карта районирования города по степени комфортности обитания и условиям окружающей среды позволяет найти реальную стоимость земель и жилья в городской черте, в которой должны учитываться стоимость природоохранных мероприятий для оздоровления экологической обстановки и расчетный риск ухудшения здоровья населения. На базе эколого-геохимических карт должен разрабатываться комплекс архитектурно-градостроительных мероприятий, обеспечивающих интенсивное очищение атмосферного воздуха за счет увеличения площади зеленой зоны в наиболее загрязненных районах, создания санитарно-защитных зеленых зон вокруг промышленных предприятий, коренной реконструкции экологически «грязных» производств. Он должен предусматривать размещение новых жилых кварталов в соответствии со сложившейся экологической обстановкой, вынос детских учреждений из экологически опасных зон.

Вероятно, в ближайшем будущем решить задачу улучшения экологической ситуации в целом для города или для отдельного района невозможно. На первом этапе можно рекомендовать создание «оазисов» с относительно комфортными экологическими условиями путем разработки и практической реализации специальных дендропроектов с использованием лиан для вертикального озеленения, дернования почвенного покрова или внесения сорбирующих материалов на локальных участках с высоким уровнем загрязнения почв, замены асфальтового покрытия менее токсичными материалами, регулярного смывания техногенной пыли с асфальта, и т.д. Такие работы были начаты в самых «грязных» - Ленинском и Кировском - районах города.

Таким образом, после завершения комплекса эколого-геохимических исследований Ростов-на-Дону получил не только электронный «Эколого-геохимический атлас» на базе ArcView с картами загрязнения атмосферы, почвенного покрова, подземных и поверхностных вод, шумовой нагрузки, и с суммирующей картой экологической комфортности проживания на территории города. Администрация города получила современный инструмент для оценки стоимости городских земель и жилья, и руководство для поэтапного оздоровления городской среды.

Нас радует, что в последние годы не только активные участники «зеленого движения», но и деловые люди стали интересоваться «здоровьем» города, прислушиваться к советам профессиональных экологов. Если наши банкиры, торговцы и промышленники поймут, что нельзя достойно прожить в своем шикарном, «вылизанном» доме, как в изолированной крепости, среди помоек, свалок, в подтопленном и трещащем по швам городе, в отравленной выбросами атмосфере, то, вероятно, будут активнее участвовать в программах по улучшению городского микроклимата, восстановлению лесов и парков, рек, ручьев и родников, замене изношенных канализационных и водопроводных сетей, борьбе с подтоплением, оползнями и просадками зданий и сооружений. Пусть перед каждым домом будет цветущая полянка, а не зловонная свалка, и тогда в душах людей будет больше света и меньше мерзости.