CC BY
42УДК 621.397:911.5:574
МЕТОДИКА АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ В УРБОЛАНДШАФТАХ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
С.А. Дубровская, К.В. Мячина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук 460000, Россия, Оренбург, ул. Пионерская, 11
Аннотация: используя картографические модели эколого-функционального зонирования и комплексные данные экологического состояния урболандшафтов провести зонирование городских территорий по коэффициенту напряженности экологической ситуации.
Summary: cartographic models using eco-functional zoning and comprehensive data on environmental conditions urbolandshaftov zoning of urban areas at a rate of ecological situation.
Городская среда - искусственно созданная человеком среда для комфортного проживания, в результате такого воздействия усугубляется экологическая ситуация данной техногеосистемы. Использование информационных технологий позволят количественно описать и смоделировать сложные процессы, происходящие в различных компонентах городского ландшафта, оценить реальное состояние урботехногеосистемы и оптимизировать качество городской среды с учетом экологической ситуации с целью рационального использования.
Ю.А. Израэль (1984) выделил этапы анализа экологической информации, которые включают [2]:
- анализ эффектов воздействия различных факторов на окружающую среду (выявление критических факторов воздействия и наиболее чувствительных элементов биосферы);
- определение допустимых экологических воздействий и нагрузок на компоненты окружающей среды с учетом комплексного и комбинированного воздействия на экосистему;
- определение допустимых нагрузок на регион с эколого-экономических позиций.
Разработка стратегий оптимизации жизненных условий невозможна без
комплексного мониторинга городской среды - как системы наблюдений, оценок и прогнозов за различными техногенными и природными явлениями, а также компонентами городской среды в пространстве и времени, позволяющие современно принимать управленческие решения. Применение мониторинга как целостной системы и взаимосвязей его элементов необходимо:
- для решения задач рационального использования территории, выполнения его социально-экономических функций в соответствии с его природными ресурсами;
- для рационального природопользования, предусматривающего разработку регламентирующих нормативов влияния урбосистемы на атмосферу, рельеф, геологический субстрат, почвы, воды, растительность, а главное на человека;
- для создания системы жизнеобеспечения, санитарных и гигиенических условий, в том числе - обеспечения города водой, энергией, удаления, обезвреживания и утилизации отходов, состояния рабочих мест и жилья, транспорта и т.п.;
- организация системы слежения за состоянием городской среды, предупреждения опасных ситуаций и создания информационной базы данных об экологической обстановке территории.
Изучение городских техногеосистем, их пространственно-временной организации и структурно-функциональной роли в урбогеосистеме является источником сохранения и поддержания благоприятного экологического состояния. Согласно Земельному Кодексу Российской Федерации землями населенных пунктов признаются земли, используемые и предназначенные для застройки и развития городских и сельских поселений. Границы городских, сельских населенных пунктов отделяют земли населенных пунктов от земель иных категорий. Земли населенных пунктов используются как места проживания и осуществления производственной деятельности людей и удовлетворения их культурно-бытовых и иных нужд. Населенные пункты области включают в себя застроенные территории, находящиеся под площадями, улицами, переулками, проездами, промышленными зонами, коммуникациями, лесами, парками, скверами, бульварами, водоемами, используемые для сельскохозяйственного производства и иных целей. Земли населенных пунктов в Оренбургской области занимают площадь 405,1 тыс. га. Это земли, находящиеся в черте городов, поселков, сельских населенных пунктов. В состав Оренбургской области входят 12 городов: г. Абдулино, г. Бузулук, г. Бугуруслан, г. Гай, г. Кувандык, г. Медногорск, г. Новотроицк, г. Орск, г. Оренбург, г. Сорочинск, г. Ясный и г. Соль-Илецк. По всем указанным городам отчет о наличии и использовании земель составляется отдельно. Площади земель в городской черте в 2011 году составила - 144,3 тыс. га [7, с. 16].
Использование ГИС-технологий предполагает создание комплексных картографических моделей, состоящих из природно-экологических региональных данных (математических, статистических и др.). Для оценки экологической ситуации городских территорий за основу берется ландшафтная картографическая основа, дающая общее представление о структуре урбогеосистемы и ее компонентов. На основе ландшафтного анализа проводится определение функциональных зон территории (корректировка содержания карты с учетом ландшафтной структуры города). Экологическая информация представлена интегральными блоками данных, состоящих из следующих компонентов: природной составляющей городов (рельеф, климат, гидрогеологические, почвенно-геологические, гидрохимические, растительные характеристики урбанизированной территории); техногенных потоках (миграции) загрязняющих веществ в окружающей среде: комплексный показатель загрязнения атмосферного воздуха, комплексный показатель уровня загрязнения почв, показатель шумового загрязнения и др.; нормативное размещение промышленных, транспортных, сельскохозяйственных, жилых объектов в городской структуре. Ландшафтно-функциональное и экологическое зонирование городских территорий направлено на обеспечение благоприятной среды для комфортного и безопасного проживания населения, служат мерой по управлению экологическими рисками (прогноз и предотвращение чрезвычайных техногенных ситуаций); предупреждение чрезмерной концентрации населения и производства, загрязнения окружающей природной среды; охрану и использование особо охраняемых природных территорий, в том числе природных ландшафтов, территорий историко-культурных объектов, сельскохозяйственных и лесных угодий в границах города.
Нами проведена интегральная оценка экологической ситуации и качества городской среды Орска и Новотроицка в системе экодиагностики по приведенным в таблице 1 показателям. Районирование по степени загрязнения атмосферного воздуха осуществляется в соответствии с методикой по интегральному критерию комплексному индексу загрязнения атмосферы (КИЗА). Индекс загрязнения атмосферы ИЗА отдельной примесью - количественная характеристика загрязнения атмосферы отдельной примесью, учитывающая различия в скорости возрастания степени вредности веществ, приведенной вредности диоксида серы, по мере увеличения превышения ПДК [8].
Таблица 1.
Шкала комплексных экологических показателей состояния природной среды техногеосистем__
Оценка, балл Критерии оценки загрязнения атмосферного воздуха по величинам КИЗА [8] Индекс загрязнения атмосферы ИЗА5 [8] Оценка состояния почвенного покрова Физическое загрязнение Эколого-хозяйственное состояние территории (антропогенная преобразованность) [4]
Экологическая ситуация 1 вещество 2-4 вещества Загрязняющее воздействие Интегральный показатель потенциала загрязнения (ПЗА) Степень загрязненности почвы (нагрузки) Суммарный показатель загрязнения (2)[1] Оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами Уровень загрязнения (по величине Ка) [6] Шум, дБ Степень антропогенной нагрузки
1 относительно удовлетворительная 1 1-4 низкое 0-4 незначительная до 1 отсутствие загрязнения (естественные колебания фона) <1,5 50 высшая
2 напряженная 1-4 4-8 повышенное 5-6 допустимая 1-16 слабое загрязнение 1,5-3 50-60 очень высокая
3 критическая 4-8 8-16 высокое 7-13 умеренно опасная 16-32 умеренное загрязнение 3-5 60-70 высокая
4 кризисная 8-16 16-32 очень высокое >14 опасная 33-128 сильное загрязнение 5-10 свыше 70 средняя
5 катастрофическая >16 >32 чрезвычайно опасная выше 128 очень сильное загрязнение >10 низкая
6 очень низкая
ВОПРОСЫ СТЕПЕВЕДЕНИЯ
23
По данным министерства природных ресурсов, экологии и имущественных отношений по Оренбургской области уровень загрязнения воздуха городах Оренбург, Орск, Новотроицк в 2011 году ИЗА5 - высокий. Критерием и важнейшим нормативом, позволяющим оценить степень загрязнения почвы химическими веществами, является ПДК загрязняющих веществ. При оценке загрязнения почв веществами, для которых показатель ПДК не определен, уровни загрязнения сопоставляются с естественным фоновым уровнем или почвенными кларками. При отсутствии данных по фоновому содержанию в почвах неорганических химических веществ фон берется как средне региональный для незагрязненной территории. Так как в загрязнении участвуют комплексы тяжелых металлов разного класса опасности промышленного происхождения, для оценки состояния почв используется суммарный индекс химического загрязнения Zc [1]. Спектр загрязнения почв Орско-Новотроицкого промузла продуктами техногенеза достаточно разнообразен, отражая разнопрофильный состав промышленного производства, с преобладанием предприятий металлургического цикла. Отмечаются высокие концентрации меди, марганца, никеля, хрома, кобальта, свинца который имеет высокую степень вариабельности абсолютных показателей.
Сопоставление результатов спектрального анализа почвенного покрова с результатами спектрального анализа снеговой пыли проводился по показателю суммарного загрязнения Zc [3]. Средней уровень накопления элементов в снеге значительно превышает Zc для почвы (рисунок 1).
Рисунок 1. Совмещенный график изменения Zc для снега и почвы [3]:
сплошная линия - суммарный показать проб почвенного покрова, пунктирная -суммарный показатель снеговой пыли
Нами выполнены расчеты коэффициента техногенной концентрации содержания ТМ в почвах Орско-Новотроицкого промузла по данным почвенно-экологических обследований, результаты в целом можно охарактеризовать следующей геохимической формулой (в порядке убывания Ка): Со (25,13)> N1 (18,91) > Си (5,58)> Zn (2,26) > Мп (2,05) > РЬ (2,03) > Сг (1,12) > Cd (0,9). В отдельных пробах наиболее загрязненных городских почвах значения Ка достигают: Си - 89,97 (269,9 мг/кг), Zn - 61,7 (1419,0 мг/кг), Со - 21,9 (109,5 мг/кг), Мп - 6,5 (906,5 мг/кг), N1 - 258,5 (1034,0 мг/кг), РЬ - 18,4 (110,4 мг/кг), Cd - 4,9 (1,90 мг/кг), Сг - 9,1 (54,8 мг/кг). Количество проб (урбаноземы) с содержанием N1 в интервале более 10 фона составляет 28,8%, от 5-10 - N1 (18,18%) и Си (16,67%), от 3-5 - Мп (21,21%), от 1,5-3 - Мп (24,24%), Си (21,21%), Zn (19,69%), Со (18,18%), РЬ (16,67%).
Коэффициент абсолютной и относительной антропогенной напряженности эколого-хозяйственного состояния территории позволяют оценить антропогенную преобразованность территории. Коэффициент абсолютной антропогенной напряженности (Ка) - отношение площади сильно нарушенных застройкой, промышленностью, транспортом земель к площади неиспользуемых или естественных ландшафтов [4, с. 55]:
и с
где Sj6 - площади земель с высокой антропогенной нагрузкой, Sjl - площади земель с очень низкой антропогенной нагрузкой.
Коэффициент относительной антропогенной напряженности - отношение площади земель с высокой антропогенной преобразованностью к площади земель с более низкой антропогенной преобразованности:
Эколого-хозяйственный состояние города в наибольшей степени характеризует коэффициент относительной антропогенной напряженности, так как охватывается вся городская территория. Снижение напряженности ситуации уменьшает значение коэффициентов, а при Ко равном или близком к 1,0 напряженность эколого-хозяйственного состояния территории оказывается сбалансированным по степени антропогенной преобразованности и потенциалу устойчивости городской среды [4, с.55]. Для территории города Орск (таблица 2) Ка составил 255,3; Ко - 5,2, что свидетельствует о несбалансированном эколого-хозяйственном состоянии.
Таблица 2.
Система данных об использовании земель в г. Орск
Степень антропогенной нагрузки Балл Площадь данного вида использования Эколого-функциональные типы землепользования и виды городских техногеосистем (ТГС) Площадь, га
Высшая 6 Транспортно-коммуникационный, промышленный (земли предприятий, полигоны твердых и бытовых отходов, очистные сооружения, горопромышленные ТГС; птицефабрики, животноводческие комплексы, фермы), селитебный и агроселитебный, парково-ритуальные комплексы. 14815,68
Очень высокая 5 Сельскохозяйственный (орошаемые земли, садово-дачные массивы и плодо и лесопитомники, земли водного фонда) 5913,58
Высокая 4 Сельскохозяйственный (пахотные земли, пастбища и сенокосы, используемые не рационально) 31473,93
Средняя 3 ^3 Рекреационные (лесополосы, зеленые насаждения общего пользования и санитарно-оздоровительные зеленые зоны) 8671,82
Низкая 2 Sj2 Естественные лесные массивы, малоиспользуемые земли 1200
Очень низкая 1 Sj1 Неиспользуемые земли (пустыри) 58,04
Sj Общая площадь района исследования 62133,05
На основе полученных результатов данные об экологическом состоянии территории будут совмещены с картографической моделью эколого-функционального зонирования населенных пунктов Орск и Новотроицк. Результатом исследовательской работы станет создание картосхемы по коэффициенту напряженности экологической ситуации в пределах городской территории, выявление зон комфортного проживания, расположения селитебных ТГС относительно промышленных, разработка рекомендаций по перспективному развитию городов.
Список литературы
1. Водяницкий Ю.Н. Формула для подсчета суммарного показателя токсического загрязнения почв тяжелыми металлами // Тез. докл. III съезда общ-ва почвоведов. М.:, 2000. Кн. 1. С. 238.
2. Израэлъ Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 560 с.
3. Климентьев А.И. Оценка антропогенного загрязнения природной среды восточной части Оренбургской области и проблемы экологической реабилитации. Оренбург, 2002. - 178 с.
4. Кочуров Б.И. Геоэкология: экодиагностика и эколого-хозяйственный баланс территории. - Смоленск: СГУ, 1999. - 154 с.
5. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами. М., 1982. - 112 с.
6. Ревич Б.А., Сает Ю.Е., Смирнова Р.С., Сорокина Е.П. Методические рекомендации по геохимической оценке загрязнения территории городов химическими элементами. М.: ИМГРЭ, 1982.
7. Региональный доклад Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Оренбургской области «О состоянии и использовании земель в Оренбургской области в 2011 году. Оренбург, 2012. - 134 с.
8. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. Москва: Гидрометеоиздат, 1991.
