Алексеев В.В., Куракина Н.И., Орлова Н.В., Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ», Санкт-Петербург, тел.: (812) 234-93-93, E-mail: NIKurakina@eltech.ru
Одним из приоритетных направлений природоохранной политики является совершенствование действующих и развитие новых принципов и методов оценки состояния природных объектов и экологического нормирования всех видов антропогенных воздействий. Важный шаг на пути к эффективному решению этой задачи — создание геоинформационной среды мониторинга водных объектов и нормирования экологической нагрузки. Такая система позволит реализовать комплексный подход по оценке и ранжированию всех видов источников загрязнения с учетом их взаимовлияния, выявлению наиболее опасных загрязнителей с позиций экологического нормирования, в основе которого лежат нормативы предельно-допустимых вредных воздействий на природные объекты. А это, в свою очередь, будет способствовать выработке рекомендаций по поддержке принятия управляющих решений с целью организации рационального природопользования.
Экологическая ГИС
Разработанная нами система базируется на современных информационных технологиях, оперирует паспортными данными предприятий (источников загрязнения), результатами контрольных измерений, нормативными справочниками, содержащими значения класса опасности и ПДК (предельно допустимые концентрации) вредных веществ. Она рассчитывает и формирует выходные документы, имеет встроенную систему запросов к базам данных.
Информацию, такую как размещение постов экологического контроля, местоположение загрязнителей удобно представлять на карте, что определяет широкое использование ГИС-технологий, позволяющих также решать задачи пространственного анализа. На базе ГИС нами созданы модели природных объектов, предприятий-водопользователей, карты содержания загрязняющих веществ. Единая база природных и техногенных объектов обеспечивает возможность моделирования процессов техногенного воздействия с целью исследования сложившейся ситуации и выработки рекомендаций по рациональному природопользованию.
ГИС-интерфейс системы разработан с использованием ArcView 9, пространственные данные хранятся в формате шейп-файлов, атрибутивные – в локальной базе в формате dbf файлов.
На основе ГИС выполнен ряд проектов, объединяющих на функциональном уровне базы данных, модели, методы расчетов, нормативные документы в виде интегрированной информационной среды получения комплексной информации. Созданные проекты позволяют анализировать и изучать следующие задачи:
- оценка качества водных объектов;
- анализ деятельности пользователей водных ресурсов;
- ранжирование водопользователей по степени воздействия;
- нормирование экологической нагрузки на водный объект с учетом бассейнового подхода;
- создание форм отчетности.
Объект исследования
Реализованная на базе ГИС система мониторинга была апробирована на р. Неве в части Кировского района Ленинградской области.
Река Нева является составной частью водной системы Онежское озеро – река Свирь – Ладожское озеро – река Нева – Невская губа – восточная часть Финского залива. Эта водная система расположена на территории экономически развитого региона, что и служит основной причиной ее загрязнения. При сравнительной оценке концентраций ряда химических ингредиентов в воде Ладожского озера, р. Невы, Невской губы и северо-восточной части Финского залива достаточно четко выявляется, что река Нева испытывают наибольшую нагрузку по сравнению с другими частями водной системы. В нее поступают стоки муниципальных очистных сооружений, неочищенные стоки, а также стоки от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных в береговой зоне.
Информационная среда системы оценивания
Для проведения гидрохимического анализа качества водного объекта, а также анализа воздействия пользователей водных ресурсов и нормирования экологической нагрузки на базе ГИС была разработана информационная среда системы оценивания. Она обеспечивает объединение и использование распределенной информации, а ГИС технология — ее обработку в соответствии с географической или административной привязкой. Информационная среда состоит из топоосновы, организованной в виде слоев ГИС, базы моделей природных и техногенных объектов, баз данных результатов контроля и анализа, а также нормативной базы.
База моделей природных и техногенных объектов. Водные объекты группируются в слои в соответствии с их типом (реки, озера, моря), содержат графическое описание объекта и его основные характеристики. Малые реки представляются в виде полилиний, большие описываются полигональными объектами. Сложные объекты (например, большие реки) разбиваются на несколько участков, при этом одному объекту соответствует несколько записей в таблице параметров. Информация содержится в двух файлах: графическое представление объекта и участки фарватеров с основными гидрологическими характеристиками (ширина, глубина, скорость течения).
Рис. 1. Схема расположения предприятий.
Характеристики источников загрязнения содержатся в двух файлах: а) ГИС-слой с географическим местоположением предприятий, сопровождаемый атрибутивной информацией с наименованием водных объектов, уникальным кодом и названием предприятий (рис. 1); б) файл баз данных с характеристиками выпусков, параметрами водопотребления и водоотведения, величинами сбрасываемых веществ, полученными из форм статистической отчетности 2ТП-водхоз. Связь осуществляется через общие атрибутивные поля.
База данных экологического контроля. В ней хранится информация о постах наблюдений и результатах контрольных измерений. Местоположение постов наблюдений находится в шейп-файле, характеристики постов – в атрибутивном файле, содержащем наименование поста, его принадлежность, тип наблюдаемой сети, наименование водного объекта и другие сведения (рис. 2).
Рис. 2. Схема расположения постов экологического контроля.
Результаты контрольных измерений хранятся в базе данных формата dbf и содержат: дату, код и наименование поста наблюдений, значения концентраций для каждого результата измерения.
Нормативная база. Она представляет собой справочник вредных веществ и содержит: полное название параметра, его аббревиатуру, класс опасности, предельно допустимые концентрации рыбохозяйственной и хозяйственно-питьевой категорий водопользования, значение группы лимитирующего признака вредности.
Оценка качества водных объектов
Созданная на базе ГИС информационная среда системы оценивания позволяет проводить временной и пространственный анализ, оценивать качество водных объектов в разных контрольных створах. На рис. 3 приведены значения среднегодовых нормированных относительно ПДК концентраций загрязнителей в точках контроля на р. Неве. Из диаграмм видно, что река загрязнена нефтепродуктами, нитритами и солями железа общего. При этом содержание вредных веществ на границе Кировского района выше, чем в истоках реки.
Рис. 3. Значения среднегодовых нормированных концентраций.
Оценка (нормирование) техногенных нагрузок
Задача оценки техногенной нагрузки заключается в выявлении основных критических веществ, определении основных водопользователей, вносящих эти воздействия, и ранжировании пользователей с целью формирования управляющих рекомендаций.
Определение лимитирующих показателей. Для определения лимитирующих показателей в анализируемом створе из базы данных выбирается перечень контролируемых параметров – результатов контроля гидрохимического состояния. Для каждого вещества из перечня, у которого концентрация не равна 0, вычисляется коэффициент воздействия (нормирование концентрации относительно предельно допустимого значения — ПДК). Вещества ранжируются (упорядочиваются) по степени воздействия. Все вещества, для которых коэффициент воздействия больше 1, объединяются в группу лимитирующих показателей.
Ранжирование водопользователей по степени воздействия. Осуществляется определение степени воздействия каждого пользователя и производится ранжирование предприятий по степени опасности по каждому веществу. Результаты представляются в виде таблиц и диаграмм (рис. 4).
Рис. 4. Ранжирование водопользователей.
На основании проведенного анализа реализуются алгоритмы выделения квот предприятиям и алгоритмы формирования управляющих воздействий.
Заключение
В результате нашей работы на базе ГИС создана информационная среда, представляющая систематизированный свод сведений, качественно и количественно характеризующий экологическое состояние водных объектов и производств.
Полученные результаты и выполненные проекты являются базой для создания системы квотирования нагрузки водного объекта по заданным показателям, реализации алгоритмов эколого-экономического управления водопользованием.
Разработанная информационная среда оценивания служит основой для обучения специалистов в области охраны окружающей среды и рационального природопользования. В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете создан Учебно-научный центр «ГИС технологии». Центр сертифицирован на обучение по геоинформационным системам корпорацией ESRI при участии и поддержке «ДАТА+». В центре проводится обучение специалистов как по стандартным курсам ESRI, так и по собственным методикам, разработанным преподавателями центра.
