Экологические информационные системы

марта 30, 2008

Современная система мониторинга это сложный многокомпонентный комплекс (рис 12.1). В настоящее время отдельные системы экологического мониторинга объединяют в единую экологическую информационную систему.

Считается, что экоинформационные системы включают в себя системы экологического мониторинга и служат функциональной основой процесса управления экологически безопасного развития на различных иерархических уровнях территориального деления. В любом случае экоинформационная система должна обеспечивать решение множества задач:

1. Подготовка интегрированной информации о состоянии окружающей среды, прогнозов вероятных последствий хозяйственной деятельности и рекомендаций по выбору вариантов безопасного развития региона для систем поддержки принятия решения;

2. Имитационное моделирование процессов, происходящих в окружающей среде, с учетом существующих уровней антропогенной нагрузки и возможных результатов принимаемых управленческих решений;

3. Оценка риска для существующих и проектируемых предприятий, отдельных территорий и т. п., с целью управления безопасностью техногенных воздействий;

4. Накопление информации по временным трендам параметров окружающей среды с целью экологического прогнозирования;

5. Подготовка электронных карт, отражающих состояние окружающей среды региона;

6. Составление отчетов о достижении целей устойчивого развития для федеральных и международных организаций;

7. Обработка и накопление в базах данных результатов локального и дистанционного мониторинга и выявление параметров окружающей среды наиболее чувствительных к антропогенным воздействиям [43];

8. Обоснование оптимальной сети наблюдений для региональной системы экологического мониторинга;

9. Обмен информацией о состоянии окружающей среды (импорт и экспорт данных) с другими экоинформационными системами;

10. Предоставление информации, необходимой для контроля за соблюдением принятых законов, для экологического образования, для средств массовой информации и т. д.

15. ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГЕОЛОГИЧЕСКУЮ СРЕДУ

На современном этапе развития городов, включающих крупные промышленные и экологически опасные комплексы, возникла необходимость объективной оценки и прогноза развития геологической среды.

Исследования проведены на территории г. Невинномысска, где возведены крупнейшие в России комплексы химической промышленности и одновременно жилищные комплексы, объекты социально-культурного назначения. Строительство высокоответственных сооружений ведется на специфических, структурно-неустойчивых грунтах, свойства которых существенно изменены в условиях тотального техногенного подтопления и загрязнения городских и заводских территорий за прошедшие 30 лет [1, С.59]. При этом условия усугубляются повышенной нормативной сейсмичностью.

Недостаточная изученность инженерно-геологических и геоэкологических условий территории города привела к аварийным деформациям зданий и сооружений и к катастрофическому загрязнению отдельных участков опасными токсикантами. Причины этих явлений пока не нашли научного объяснения среди местных специалистов и в публикациях.

Одной из причин неблагополучного геоэкологического состояния г. Невинномысска является широкое (65 %) распространение на его территории покровной толщи глинистых специфических грунтов, испытывающих максимальную техногенную нагрузку. На этой толще ведется основное строительство гражданских и промышленных зданий города

Изучение лессовидных суглинков и глин покровной толщи позволило отнести их, в соответствии со СНиП, к специфическим грунтам. Их специфика обусловлена, предположительно, эоловым поступлением первичного материала, составом материнских пород (майкопских глин), распространенных к востоку от г. Невинномысска, высокой агрегированностью литологического состава, значительным (до 2 %) содержанием легкорастворимых агрессивных реликтовых солей [2, С.25], а также особыми прочностными и деформационными свойствами при динамике влажности в основаниях зданий (просадка, набухание и усадка).

Засоленность лессовидных глин является одной из причин повышенного содержания солей в грунтовых водах г. Невинномысска.

Другим, более важным источником засоления грунтовых вод галечникового горизонта, играющего роль естественной дрены города, является элювий майкопских глин, распространенный на северной окраине города. Здесь атмосферные осадки сначала проникают в элювий майкопа, выщелачивают его соли, а затем по галечниковому слою дренируют в русло р. Кубани.

Гидрогеологические условия г. Невинномысска формировались в III этапа: до 1962 г. водоносный слой был приурочен к отложениям пойменной и I надпойменной террасы реки Кубань; в период 1963-75 гг. появились два водоносных слоя, связанных со строительством жилых домов и объектов промышленной зоны (шерстомоечная фабрика, азотно-туковый завод и других предприятий); с 1975 года формирование гидрогеологических условий связано с возникновением водоносного горизонта в новых микрорайонах города. При этом выявлено изменения химического состава грунтовых вод на застраиваемых территориях и повышение их агрессивности по отношению к портландцементу бетона марки W8. Наибольшей агрессивностью обладают воды в суглинках и глинах покровной толщи.

Вероятностный прогноз подтопления территории г. Невинномысска позволил выделить три группы зон: 1) неблагоприятную, 2) условно благоприятную и 3) благоприятную. Критериями районирования приняты уровень грунтовых вод, геоморфологическое положение и литологический состав пород.

Изменение во времени и устойчивость геологической среды (глинистой покровной толщи) к техногенным воздействиям оценена по изменению физико-механических характеристик грунтов с помощью коэффициента устойчивости К_у, предложенного А.М.Монюшко и С.И.Пахомовым. На территории г. Невинномысска, с учетом подтопления, составлена схема зонирования территории жилой застройки и гражданских объектов по понижению прочностных и деформационных свойств глинистой толщи: 1) высокая степень понижения прочностных и деформационных свойств грунтов (70 % территории); 2) средняя степень понижения прочностных и деформационных свойств грунтов (15 % территории); 3) низкая степень понижения прочностных и деформационных свойств грунтов (15 % территории).

Составлена схематическая карта инженерно-геологического районирования территории г. Невинномысска, на которой выделены: благоприятные территории, нетребующие мероприятий по инженерной защите; менее благоприятные территории, освоение которых требует выполнения сложных мероприятий по инженерной подготовке; неблагоприятные территории, для которых необходим большой комплекс мероприятий.

Изучение загрязнения геологической среды в различных функциональных зонах (промышленной, жилой, сельскохозяйственной и др.) позволило выявить наличие опасных для жизнедеятельности человека компонентов-токсикантов, установить их источники и провести зонирование территории по экологическому статусу.

К зоне чрезвычайной экологической ситуации по количеству нитритов относится территория накопителей твердых промышленных отходов ОАО «Невинномысский Азот», а по количеству азота аммонийного - площадка ЗАО «Невинномысский маслоэкстракционный завод» и отвала фосфогипса ОАО «Невинномысский Азот».

На территории накопителей твердых промышленных отходов ОАО «Невинномысский Азот» загрязнение грунтовой воды выше критического обусловлено свинцом, кадмием, никелем, нитратами, фосфатами и марганцем. На территории накопителей жидких отходов ОАО «Невинномысский Азот» установлено загрязнение фтором выше критического.

ЗАО «Невинномысский маслоэкстракционный завод» загрязняет грунтовые воды выше критического уровня нефтепродуктами и сульфатами. Отвал фосфогипса ОАО «Невинномысский Азот» загрязняет грунтовые воды выше критического нитратами, нитритами, фосфатами и сульфатами.

На территории рекультивации гравийно-песчаных карьеров грунтовые воды выше критического.

Составлена схема эколого-геологическое районирование, на которой выделены:

• относительно комфортные территории, где низкая степень опасности понижения прочностных и деформационных свойств грунтов, сейсмичность равна 6-7 баллам, отсутствует загрязнение геологической среды, степень дискомфортности соответствует экологической норме. Стратегия природоохранных мероприятий на данной территории должна быть направлена на сохранение природной влажности пород;
• территории средней дискомфортности имеют среднюю степень опасности понижении свойствам пород, сейсмичность территории 7-8 баллов, загрязнение подземных вод выше критического, дискомфортность отнесена к категории экологического риска. Освоение этих территорий потребует выполнения сложных мероприятий по инженерной подготовке. Эти участки занимают большую часть территории города;
• территории высокой дискомфортности имеют высокую степень опасности понижении свойств грунтов, высокую сейсмичность (8 баллов), имеются зоны экологического бедствия, чрезвычайной экологической ситуации и зона, где загрязнение подземных вод, выше критического. По степени дискомфортности территория отнесена к категории экологического кризиса и экологического бедствия. Данные территории являются наиболее уязвимыми в эколого-геологическом отношении. Здесь даже незначительное повышение влажности грунтов ведет к деформациям зданий и сооружений.

Для поддержания экологического равновесия в урбоэкосистеме г. Невинномысска и на ее прилегающих территориях, необходимо градоэкологическое зонирование. Суть предлагаемой классификации заключается в выделении трех, относительно гомогенных, градоэкологических зон:

1-ая зона строгих экологических санитарно-гигиенических ограничений. Она занимает наименьшую часть территории г. Невинномысска, характеризуется средним уровнем дискомфортности геологической среды и по степени дискомфортности приурочена к территории экологического риска;

2-ая зона экологически ограниченного природопользования. По степени дискомфортности приурочена в южной части города, относится к территориям экологического риска, экологической нормы и экологического кризиса. В северной части города, приурочена к территории экологической нормы, имеет уровень относительной комфортности геологической среды;

3-я зона экологически регулируемого природопользования о бъединяет шесть подзон, для каждой из них рекомендованы соответствующие природоохранные мероприятия.

Для реабилитации территорий, загрязненных различными экотоксикантами, рекомендуется электрохимическая очистка грунтовых вод, предложенная В.А.Королевым (2002) и основанная на применении постоянного электрического тока [3, С. 507].

Для предотвращения деформаций жилых домов и промышленных зданий рекомендуется стабилизация влажности специфических глинистых грунтов покровной толщи и их уплотнение буронабивными шнековыми сваями, разработанными в Северо-Кавказском государственном техническом университете и опробованные на многих объектах Юга России [4, С.93].

17. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ МАЛЫХ РЕК

Важнейшая практическая задача экологического мониторинга - слежение за состоянием окружающей природной среды, изменяющейся вследствие антропогенной деятельности и разработка научных основ рационального управления природными комплексами и их мониторинга. Она должна решаться на основе теории развития природно-территориальных комплексов (ПТК), как геосистем, на этой основе становится возможным прогнозирование поведения ПТК, обусловленного как естественными, так и антропогенными факторами. Для прогнозирования направленности процессов и явлений в ПТК, необходимо учитывать комплексные знания о сложной взаимосвязи и взаимообусловленности природных факторов и компонентов в ПТК. Геосистемы и их компоненты объединяются и обмениваются потоками вещества и энергией, ведущую роль в этих процессах играет вода - водный режим территории. Учитывая её ведущую роль в миграции и обмене веществ, при экологическом мониторинге необходимо использовать как ландшафтный, так и бассейновый принцип изучения, и оценивание состояния территории. Обоснование применения бассейновой концепции наряду с ландшафтной в экологическом мониторинге является то, что именно «водные объекты становятся обычно конечными звеньями «цепочки» загрязнения: сюда попадают не только вещества, сбрасываемые непосредственно в водные объекты, но находящиеся первоначально в атмосфере, в почвах, в твердых отходах» (с26) Л.М. Корытный (2001).

Малые реки играют важную экологическую роль и составляют основу гидрографической сети, формируя сток больших рек, определяя качество их воды, поэтому изменение режима малых рек приводит к изменению гидрологического режима больших рек. Все малые водотоки чрезвычайно чувствительны к любой антропогенной деятельности на водосборе, изменяющей природные условия территории бассейна реки. Они в первую очередь реагируют на хозяйственную деятельность человека - на вырубку лесов, распашку, осушение, орошение, они обладают более низкой способностью к самоочищению, быстрее загрязняются (Корытный, 1991). Наиболее интенсивно используются водные ресурсы малых рек, непосредственно приближенных к промышленному и сельскохозяйственному производству. Стоит отметить, что подавляющее большинство малых рек не входят в программы наблюдений, реализуемые государственными службами, но при этом играют большую хозяйственную роль.

Основными видами антропогенного воздействия на ПТК бассейнов рек являются: сельскохозяйственная деятельность (пашни, животноводческие комплексы, овощные хозяйства), вырубки, гари, дороги, пересекающие водотоки (автомобильные, асфальтированные), техногенное влияние городов и рекреация. Все они ведут к нарушению водного стока (гари, вырубки, пашни); загрязнению реки (бытовые стоки, промышленные стоки); биологическому загрязнению (животноводческие хозяйства и орошение) и т.д.

Объектом наших геоэкологических исследований являются природно-территориальные комплексы, составляющие бассейны средних и малых рек Красноярского края - Мана, Кача, Большая и Малая Слизнево, Базаиха, Березовка, Есауловка. Исследуемые малые реки протекают в разных физико-географических условиях: р.Кача располагается на стыке двух ландшафтов - Красноярской равнины и Кемчугской возвышенности (5 ландшафтных местностей); р.Мана - полностью занимает Манский прогиб Восточного Саяна (3 ландшафтные местности), низкогорье и среднегорье; рр.М.и Б. Слизнево занимают часть низкогорья северной части Восточного Саяна (1 ландшафтная местность); р.Березовка располагается в промежуточной зоне предгорьев Восточного Саяна, долины р. Енисей и южных отрогов Енисейского кряжа (3 ландшафтные местности); р.Есауловка находится в пограничной зоне четырех ландшафтов - Енисейский кряж, Канская равнина, Манское низкогорье и долинный трассированный комплекс р.Енисей (4 ландшафтные местности). Таким образом реки Мана, Большая и Малая Слизнево являются эталонами, располагающимися в довольно однородных условиях, что и обуславливает небольшое разнообразие их использования. Реки же Березовка, Есауловка и Кача располагаются в пограничных зонах различных ландшафтов, что определяет значительное разнообразие ПТК, доступности территории и ее использования.

Предметом исследования являются геоэкологическое состояние ПТК и его взаимосвязь с гидрологическими и гидрохимическими показателями рек, основных отправных характеристик для экологического мониторинга.

Исследование территории проводилось нами в течение четырёх лет. Информационная база формировалась на историко-архивных, фондовых, литературных и научных источниках, тематических картах. Важнейшим методом нашего исследования является ландшафтный. По результатам ландшафтных исследований (полевых материалов: заполненных бланков комплексного описания фаций, урочищ за 2005-2007 годы, построения ландшафтных - картосхем на топографической основе М 1:200 000 и М 1:100 000, построение гипсометрических карт М 1:200 000, дешифрирование космоснимков М 1: 20 000) были выделены ландшафтные местности в каждом бассейне рек. По ведущим факторам дифференциации геосистем - крутизне склонов и местоположению - выделены ПТК уровня групп урочищ, что позволяет получить представление о разнообразном морфологическом строении исследуемых бассейнов рек.

Территории исследуемых бассейнов рек интенсивно используются в сельском хозяйстве, причем наибольшее влияние хозяйственной деятельности проявляется на равнинных участках бассейнов рек (Канская котловина, долина р.Енисей, Красноярская равнина). Во всех бассейнах рек с давних времен осуществлялись вырубки леса, в результате чего практически не осталось естественного растительного покрова, изменился микроклимат, режим грунтовых вод. Как следствие изменялся гидрологический режим рек - с 1950-х годов отмечено увеличение весеннего стока в среднем на 17% и уменьшение минимального летнего стока на 20% (Водные ресурсы..., 1989).

Было определено и статистически подтверждено, что виды хозяйственной деятельности человека в первую очередь определяются физико-географическими характеристиками и определенным набором ПТК, слагающими ландшафтный облик конкретной территории, влияние хозяйственной деятельности определяется площадью и гидрологическими характеристиками самой реки.

Для каждого бассейна реки выявлены ландшафтные местности, различные по структуре, физико-географическим характеристикам, которые обуславливают различные виды хозяйственной деятельности, требующие определенного подхода природопользования и для проведения природоохранных мероприятий

Отработанный в лаборатории «Геоэкологии» Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева методический подход к оценке геоэкологического состояния геосистем для экологического мониторинга применяется для изучения других ПТК.