Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Экогеологическое моделирование техногенного влияния на природную среду крупных промышленных агломераций

ВАК РФ 04.00.24, Экологическая геология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Артемьев, Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ 2 -

ГЛАВА 1. Состояние проблемы 6

ГЛАВА 2. Эколого-геологическая характеристика объекта 23-

ГЛАВА 3. Природно-техногенная характеристика г.Саратова, как основополагающий фактор строения геохимического городского поля 42

ГЛАВА 4. Методика построения картографических моделей 53

ГЛАВА 5. Результаты моделирования 71 -

ГЛАВА 6. Возможности моделирования для прогнозирования и управления эколого-геологическим ущербом, эколого-геологического районирования, оценки «качества жизни» 121

Введение Диссертация по геологии, на тему "Экогеологическое моделирование техногенного влияния на природную среду крупных промышленных агломераций"

Содержание природоохранной деятельности в ее современном понимании определяют две составляющие - оценка экологического состояния природной среды и совокупность управленческих решений по его оптимизации. Само состояние окружающей среды напрямую зависит от уровня ее техногенного загрязнения, масштабы которого определяются по результатам литогеохимических и снегомерных съемок, гидрологического, гидрогеологического и атмосферного мониторинга, а также биологического и медицинского тестирования биоты и населения.

Традиционная система сбора экологической информации в целом удовлетворяет требованиям природоохранной службы, но требует значительных финансовых затрат и значительного времени на формирование необходимого банка данных. Как следствие, все более актуальной становится проблема поисков дополнительных источников оперативной экологической информации, не требующих значительных финансово-временных затрат. В известной мере она может быть решена путем моделирования техногенных нагрузок на различные компоненты природной среды на основе большого массива статистических данных, которые заключены в обязательных отчетах промышленных предприятий по разделам: промвыбросы загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу (2ТП-воздух), сбросы ЗВ в гидросферу (2ТП-водхоз), данные по отходам (2ТП-токсичные отходы), расчеты предельно-допустимых воздушных выбросов (ПДВ) и сбросов в гидросферу (ПДС). Перечисленные материалы регулярно поступают в природоохранные службы, где хранятся на электронных и бумажных носителях и при минимальных затратах могут быть использованы в целях экологического моделирования. Более того, на их основе возможно построение прогностических моделей техногенного загрязнения урбанизированной территории при различных вариантах ее промышленного развития.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является разработка методической основы для картографического моделирования результатов техногенного воздействия на окружающую среду и создание предпосылок для широкого внедрения методов моделирования в систему экологического мониторинга. Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач: - разработка стохастических моделей уровней техногенного воздействия с учетом геологического строения, геоморфологических и ландшафтно-климатических особенностей территории; 3 проверка корректности полученных моделей путем их сопоставления с результатами прямых исследований состояния окружающей среды урбанизированных территорий, а также данными мониторинговых наблюдений; построение прогнозных моделей состояния окружающей среды для разных вариантов техногенных нагрузок; оценка природно-техногенной составляющей "качества жизни" в пределах урболандшафтных зон Саратовской агломерации.

Объект исследований. В качестве модельного полигона избрана территория г.Саратова общей площадью 312 км2. Она характеризуется сложным ярусным рельефом, примыкает к Волгоградскому водохранилищу, второму по величине в Камско-Волжском каскаде водохранилищ, и насыщена промышленными предприятиями разнообразного профиля. По ландшафтно-климатическим и функциональным особенностям Саратовская городская агломерация подобна многим крупным городам Европейской части России, что позволяет предполагать известную универсальность разработанных моделей.

Предметом исследования в диссертационной работе является оценка изменения окружающей среды урбанизированной территории под воздействием промышленных предприятий. Из более чем 500 природопользователей, являющихся источниками постоянного загрязнения всех природных сред, для модельных построений взяты 200 наиболее крупных предприятий, которые наносят основной ущерб окружающей среде.

Влияние транспорта в работе не рассматривается, поскольку эта сложная и специфическая проблема требует специальной разработки и выходит за рамки настоящей диссертации.

Фактический материал и непосредственный вклад автора. В основу диссертации положены материалы статистической отчетности 200 предприятий г.Саратова по формам 2ТП-воздух, 2ТП-водхоз, 2ТП-токсичные отходы, данные по параметрам выбросов стационарными источниками загрязняющих веществ в атмосферу, расчетные данные по плановым и фактическим платежам предприятиями за загрязнение атмосферного воздуха, гидросферы, за хранение и размещение отходов. Проанализированы результаты геохимических съемок снежного покрова городской территории (1992,1994,1997 гг.), поверхностных и подземных вод (1992 - 1997 гг.), почво-грунтов (1992, 1993, 1994, 1997 гг.), которые проводились в рамках программы ЭМОС и ряда специализированных научно-исследовательских программ. Автором 4 проведена компьютерная обработка этого обширного банка данных, который составил фактологическую основу моделирования. Им же сформулированы основные научные положения, предложены принципы и методика построения картографических моделей и выполнена интерпретация данных.

Научная новизна. На основе отчетных статистических данных впервые осуществлено картографическое моделирование результатов техногенного воздействия промышленных источников на атмосферу, гидросферу и верхний горизонт литосферы крупной городской промышленной агломерации. При оценке ущерба от техногенной нагрузки помимо общепринятого фактора загрязнения природной среды учтено и потребление природного ресурса в процессе производственной деятельности - воздуха, воды и почво-грунтов. Показана адекватность построенных картографических моделей реальному эколого-геохимическому полю загрязнения природных сред урбанизированной территории и продемонстрирована возможность использования метода моделирования для целей комплексного эколого-геологического мониторинга.

Практическая ценность. Компьютерный мониторинг результатов техногенного воздействия на окружающую среду урбанизированной территории позволяет получать достоверную экспрессную информацию об ее экологическом состоянии при минимальных финансовых затратах, исключая или значительно уменьшая объемы специализированных экологических исследований. Подобная информация может служить основой, как для оперативных природоохранных мероприятий, так и для более отдаленных прогнозных оценок.

Результаты исследований и авторские рекомендации используются в практической деятельности Государственного комитета по охране окружающей среды г.Саратова и могут быть рекомендованы для природоохранной службы других городов.

Апробация. Основные положения и отдельные разделы диссертационной работы докладывались на семи Всероссийских конференциях, а также на региональных, ведомственных и межведомственных конференциях, в т.ч. "Экологическая защита городов" (Москва, 1996 г.), "Перспективные подходы к решению проблем экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода" (Астрахань, 1997г., Саратов, 1998г.). 5

В общей сложности по теме диссертации издано 25 работ, в том числе 4 монографии, 12 статей.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 6-ти глав, введения и заключения. Содержит 145 страниц текста, 6 таблиц, 31 рисунок. Список литературы содержит 77 наименований.

Автор признателен сотрудникам Государственного комитета по охране окружающей среды г.Саратова" А.И.Балахнину, С.П.Коваленко, В.П.Иванову, Е.Н.Кувшинову, И.Б.Бутковской, Б.А.Колодочке, Н.Ф.Швецовой, В.Е.Небесной, О.С.Швадченко, А.В.Гридасовой, В. А. Евграфовой, Т.А.Чуваевой за помощь в исследованиях. Большое значение для выполнения работы имели советы и консультации В.Н.Еремина, В.АКононова и Э.АМолостовского, которым автор выражает искреннюю благодарность за помощь и научное руководство. 6

Заключение Диссертация по теме "Экологическая геология", Артемьев, Сергей Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1. В результате проведенных исследований были впервые построены картографические модели на основе стандартных статистических данных.

2. Построение моделей проводилось в соответствии с концепцией "Устойчивого развития регионов", которая позволяет строить модели техногенной нагрузки не только с позиции загрязнения окружающей среды, но и с позиции потребления природных ресурсов -'атмосферы, гидросферы и литосферы.

3. Сопоставление картографических моделей с картами загрязнения снегового и почвенного покрова, которою составлялись ранее на основе эколого-геологических съемок, показали, что модельные построения обнаруживают достаточно высокую сходимость.

4. Анализ состояния природной среды на основе картографических моделей позволил провести экологическое районирование урбанизированной территории и определить экологическое состояние всех урболандшафтных зон Саратовской промышленной агломерации.

5. Структура современной мониторинговой службы должна основываться на рациональном сочетании стохастических картографических моделей с данными аналитических определений на ограниченном числе мониторинговых опорных площадок.

6. Предлагаемые подходы безусловно нуждаются в совершенствовании, но они имеют универсальный характер и могут быть адаптированы к другим урбанизированным территориям.

7. В перспективном плане работы в данной области целесообразно ориентировать, а) на дифференцированную оценку конкретных объектов по их влиянию на природную среду; б) разработку прогнозных моделей состояния природной среды при различных вариантах промышленного развития урбанизированных территорий.

8. Определенное значение подобные модели могут иметь и при определении нормативных показателей экологически допустимых объемов промышленных выбросов и отходов.

140

Защищаемые положения.

1. Методика построения математических и картографических моделей эколого-геологической ситуации в крупных агломерациях базируется на ресурсно-страховом подходе, учитывающем принципы устойчивого развития региона.

2. Основной таксономической единицей, выделяемой для построения эколого-геологических картографических моделей, является урболандшафтная зона (УЛЗ), обладающая специфическим набором природных и техногенных характеристик.

3. Картографические модели техногенного загрязнения природной среды, составленные на основе статистических данных, адекватно отражают экологическое состояние урбанизированных территорий и могут служить важным компонентом мониторинговой службы.

4. Техногенное влияние агломерации на геосферу оценивается через интегральное воздействие промышленных предприятий на атмосферу, гидросферу и литосферу как сумма ущерба от потребления и загрязнения природных ресурсов.

141

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Артемьев, Сергей Александрович, Волгоград

1. Акимова Т.А., Хаскии В В., Батоян В.В., Моисеенков О.В. "Сравнительный анализ и оценка экологического состояния Московской области".// М.: Христианско-просветительское издательство "Аслан", 1994. - 48 с

2. Акимова Т.А., Коновалов С.М., Хаскин В.В. "О функциональной структуре управления природопользованием в России" (концептуальные положения) // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. Обзорная информация. Выпуск 6. М., ВИНИТИ, 1997, с.2-48.

3. Арбузов А.И., Галицкая И.В. «К методике построения карт опасности и риска загрязнения подземных вод», /Геоэкология: Инж. геология. Гидрогеология. Геокриология № 3, 1997 г., с.111-115.

4. Артемьев С.А., Еремин В.Н., Кононов В.А. "Интегральный показатель степени опасности антропогенного воздействия предприятий на окружающую среду" //Экологическая защита городов. Тез.докл., М.,1996, с.273-275.

5. Артемьев С.А., Еремин В.Н., Кононов В.А. «Структура использования атмосферного воздуха промышленного города» //Проблемы изучения биосферы: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Саратов: Изд-во СГУ, 1996, с. 106.

6. Бахирева JI.B., Качесова Л.П., Минакова Т.Б, Митракова О.В. «Концепция геоэкологических оценок урбанизированных территорий на основе экспертной системы» / Геоэкология, № 6, 1994 г., с. 119-125.

7. Бахирева Л.В., Заиканов В.Г., Качесова Л.П., Минакова Т.Б. «Опыт формирования экспертной системы для оценки геоэкологического риска урбанизированных территорий» / Геоэкология, № 3, 1996 г., с. 134-138.

8. Воробейчик Е.Л, Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. «Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень).» Екатеринбург, УИФ «Наука», 1994 г., 280 с.

9. Г. Г. Мирзаев. Б. А. Иванов, В. М. Щербаков, Н. М. Проскуряков. "Экология горного производства".// — Москва: Недра, 1991

10. Герасимова A.C., Королев В.А. «Проблемы устойчивости геологической среды к техногенным воздействиям», Гидрогеология, инж. геология, обзорная информация выпуск .№ 2, М., 1994 г., 47 с.

11. Гранич Л.С., Арсенов B.C., Миних М.Г. и др. «Экологическая безопасность: оценка территории». /Методические рекомендации по составлению экологического паспорта территории. Саратов: Изд. АО РНЦП «Ареал», 1993 г., 208 с.

12. Грибанова Л.П., Зайцев A.C. «оценка геохимических изменений геологической среды на полигонах промышленно-бытовых отходов» /Инж. геол. 1990 г. - № 3, с.78-84.

13. Григорян А.Г. Ландшафт современного города. М.: Стройиздат, 1986, 136 с .

14. Даценко И.И.,Колодко М.Н.,Бачинский Г.А. "К методике картографирования загрязнения воздушного бассейна региона". //Гигиена и санитария, 1985, № 15 с.55-57.

15. Дончева A.B., Казакова Л.К., Калуцков В.Н. «Ландшафтная индикация загрязнения природной среды», //М., «Экология», 1992 г., 256 с.

16. Еремин В.Н., Кононов В.А., Артемьев С. А., Молостовский Э.А. «Принципы устойчивого развития на региональном и локальном уровнях» // Сборник трудов НИИГЕологии при СГУ.

17. Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учебник для вузов. М.: Недра, 1986, 332с.

18. Жигалин А.Д. «Классификация источников и типов техногенного воздействия на геологическую среду», Деп. В ВИНИТИ № 1871-85, М., 1985 г., с.21-22.

19. Заиканов В.Г., Минакова Т.Б. «Методические основы геоэкологической оценки урбанизированных территорий» /геоэкология, № 5, 1995 г., с.63-70.

20. Ильина И.Н. «Проблемы обеспечения экологической безопасности в рамках формирования ЭГП г. Москвы» //Материалы международной конференции «Безопасность крупных городов», Москва, 2-4 апреля 1996 г.

21. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окружающей природной среды, М.,1993 год.

22. Инструкция "По организации и осуществлению государственного контроля за использованием и охраной земель Минприроды России", // Москва, 1994 г.

23. Комар И.В. «Рациональное использование природных ресурсов и ресурсные циклы». /Изд.Наука, М, 1975 г., 212 с.

24. Кононов В.А. и др. «Доклад о состоянии окружающей среды г.Саратова в 19921993 гг.» //Саратов: 1994,150 с.

25. Кононов В.А., Артемьев С,А. и др. «Доклад о состоянии окружающей среды города Саратова в 1994 году.» //Саратов, 1995, Комитет охраны окружающей среды и природных ресурсов г.Саратова, 208 с.144

26. Кононов В.А., Артемьев С.А. и др. «Экологические проблемы. Саратов на рубеже XX и XXI веков.» //Саратов, 1996, Комитет охраны окружающей среды и природных ресурсов г.Саратова, 128 с.

27. Кононов В.А., Еремин В.Н., Колодочка Б.А., Артемьев С.А. «Геохимический спектр загрязнения атмосферы Саратова» // Проблемы изучения биосферы: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. Саратов.: Изд-во СГУ, 1996, с.113.

28. Кононов В.А., Еремин В.Н., Колодочка Б.А., Артемьев С.А «Особенности годового цикла загрязнения атмосферы промышленного центра» // Проблемы изучения биосферы: Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. -Саратов: Изд-во СГУ, 1996, с. 106.

29. Кононов В.А., Артемьев С.А. и др. «Состояние окружающей среды г.Саратова в 1996 году»,.//Доклад Государственного комитета по охране окружающей среды г.Саратова, /Саратов, 1997 г., 128 с

30. Кононов В.А., Артемьев С.А. и др. «Урбанизированная территория как среда обитания человека» /Доклад о состоянии окружающей среды г.Саратова в 1997 г., Саратов, 1998 г., ИЦ «Добродея» ГП «Саратовтелефильм», 168 с.

31. Кононов В.А., Еремин В.Н., Артемьев С.А. «Возможности картирования техногенной нагрузки как составной части геоэкологического районирования145урбанизированной территории» //Проблемы геоэкологии Саратова и области. Выпуск II, СГУ, 1998, с.25-38.

32. Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию /Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. Обзорная инф. Вып. 9. ВИНИТИ, М., 1996 г., с.3-11. (Принята Указом Президента РФ, за № 440 от 01.04.96).

33. Котлов Ф.В. "Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. М., Недра, 1967, с.263.

34. Кофф Г.Л., Минакова Т.Б., Котлов В.Ф. и др. Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов. М. : Наука, 1990. - 196 с.

35. Лаппо Г.М., Машбиц Я.Г. Урбанизация в системе глобальных проблем человечества. // Глобальные проблемы современности: Региональные аспекты. Сб. трудов. Вып.5, ВНИИСИ, М.: 1988, с.9-12.

36. Лебедева А.Н., Лаврик О.В. «Природоохранное законодательство развитых стран» Аналит.обзор /РАН. Сиб. отд. ГПНТБ. В 3-х ч 4.2. Защита окружающей среды от загрязнения: методы контроля и регулирования. Новосибирск, 1992 г., 360 с.

37. Лобанов Ф.И., Шапиро М.М. «Экологически риск в промышленности». /Оценка и управление. Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева, 1990 г., №1, том XXXV, с. 125-128.

38. Мощанский В.А., Григорьева C.B., Горкина И.Д. «К методике прогнозирования изменения геологической среды при антропогенном воздействии» /Инж. Геол. -1991 г. -№3, с.106-112.

39. Мягков С.М. «Проблемы географии риска» /Вестн.МГУ, сер.5, География, 1992, №4, с.3-8.

40. Наше общее будущее: Доклад Международной комиссии по окружающей среде и развитию. (МКОСР): Пер. с англ. /Под ред. и с послесл. С.А. Автеева и P.A. Перелета/-М.: Прогресс, 1989 г., 376 с.

41. Осипов В.И. "Геоэкология междисциплинарная наука о экологических проблемах геосфер", //Геоэкология, 1993, № 1, с.4-18.

42. Осипов В.И. «Геоэкология: понятие, задачи, приоритеты», Геоэкология / Инж.геология, гидрогеология, геокриология, № 1, 1997 г., с.3-11.

43. Островский В.Н. «Об изучении динамики геологической среды», Геоэкология / Инж.геология, гидрогеология, геокриология, № 3, 1997 г., с.101-110.

44. Плотников Н.И., Карцев A.A., Рогинец И.И. «Научно-методические основы экологической гидрогеологии». Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1992 г., -62 с.146

45. Порфирьев Б.Н. Концепция риска: новый подход к экологической политике // США: Экономика, Политика, Идеалогия. № 11(227), 1988, с.98-105.

46. Потравный И.М. «Окружающая среда как экономическая категория». /Экономика природопользования, №1, 1996 г., с. 27-35.

47. Преображенский B.C. «Экологические карты (содержание, требования)» /Изв. АН СССР, Сер.географ. № 6, 1990 г., с. 119-125.