ГИС при эколого-геохимическом мониторинге г. Ростова-на-Дону

Валерий Приваленко, Владимир Приваленко, Научно-производственное предприятие «Экологическая лаборатория», ГУГП «Южгеология», priv@jeo.ru, тел. (8632) 922-845

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.

Рис. 1. Пылевые выпадения из атмосферы на территории Ростова-на-Дону летом 2001 г.

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/км²в 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/км²в 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).

Рис. 2. Подтопление территории города грунтовыми водами.

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 1

Параметры 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.

Рис. 3. Комфортность проживания ростовчан по экологическим показателям.

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.

Литература

1. Приваленко В.В. Геохимическая оценка экологической ситуации в г. Ростове-на-Дону. — Ростов н/Д, 1993. 167 с.
2. Приваленко В.В. Техногенная геохимия и биогеохимия городов Нижнего Дона. Автореф. дис. … д.б.н. М., 1995. 52 с.
3. Приваленко В.В., Домбровский Ю.А., Остроухова В.М и др. Эколого-геохимические исследования городов Нижнего Дона. Ростов н/Д, 1994. 268 с.
4. Приваленко В.В., Безуглова О.С. Экологические проблемы антропогенных ландшафтов Ростовской области. Т. 1. Экология города Ростова-на-Дону. СКНЦ ВШ, Ростов-на-Дону, 2003. 290 с.
5. Сает Ю.Е. и др. Геохимия окружающей среды. М., 1990.