Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологическая оценка и прогноз загрязнения окружающей среды аграрно-промышленного региона

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Толкачев, Владимир Александрович, Москва

ц ц

Чу

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации

Государственный университет по землеустройству

На правах рукописи Толкачев Владимир Александрович

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

АГРАРНО-НРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА (на примере Ногинского района Московской области)

11. 00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор,

лауреат Государственной премии СССР Хабаров Александр Владимирович

МОСКВА -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение 3

ГЛАВА I. Объекты и методы исследований 6

ГЛАВА II. Физико-географические условия территории 11

11.1. Геоморфологические и геологические особенности территории

И

П.2. Гидрологическая характеристика и гидрогеологические уело- 15 вия

II. 3. Климатические особенности и метеорологический режим 18

11.4. Растительный покров и животный мир 27

11.5. Характеристика почвенного покрова 33 Выводы 42

ГЛАВА III. Экологическое состояние приземной атмосферы 43 III. 1. Принципы нормирования загрязняющих веществ в приземной

атмосфере 43

111.2. Источники загрязнения атмосферы 53

111.3. Передвижные источники загрязнения 66

111.4. Химические загрязнители атмосферы и их трансформация в воздушной среде 67 Выводы 78

ГЛАВА IV. Экологическое состояние гидросферы 81

IV. 1 Принципы нормирования загрязняющих веществ в воде и 81 оценка ее качества

IV. 2 Качественная характеристика поверхностных и подземных вод 99

IV.3. Химические трансформации загрязняющих веществ в водных

средах 121

Выводы 126

ГЛАВА V. Экологическое состояние почв 128

V.l. Принципы нормирования загрязняющих веществ в почвенной 128 среде и критерии экологического качества почв

V.2. Пути поступления загрязняющих веществ в почвы 139

V.3. Загрязнение почвенного покрова исследуемой территории 143

V.4. Поведение загрязняющих веществ в почвенной среде и их трансформации 158 Выводы 168

ГЛАВА VI. Влияние загрязненной природной среды на состояние здоровья населения 171

VI. 1. Влияние загрязненного атмосферного воздуха на здоровье населения 174 VI.2. Влияние загрязнений, содержащихся в воде, на здоровье населения 176 VI. 3. Влияние негативных экологических факторов на здоровье населения г. Электроугли 181 Выводы 190 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 193 ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 199 ЛИТЕРАТУРА 201

-чЗ-ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В условиях современного техногенеза большую тревогу вызывают серьезные нарушения экологической обстановки во многих регионах России, в том числе и в Московском. Особое беспокойство вызывает загрязнение приземной атмосферы пылегазовыми выбросами промышленных предприятий, теплоцентралей, выхлопами двигателей внутреннего сгорания автотранспорта, а также под воздействием различных видов сельскохозяйственных производств (животноводческих ферм, навозохранилищ, площадок компостирования, тепличных комбинатов, складов для хранения сырья и удобрений, предприятий по переработке продукции растениеводства и животноводства), коммунального хозяйства и др.

Пылегазовые выбросы предприятий попадают в почвы в основном с атмосферными осадками, осаждающейся пылью и аэрозолями, а также при непосредственном поглощении почвами газообразных соединений. Кроме того, они могут сначала поступать в растения из атмосферы, накапливаться в них, а затем поступать в почвы с опа-дом. Загрязняющие вещества в растворенной форме проникают в почвы с объектов промышленного производства, из отвалов, свалок, мест складирования отходов со сточными, стоковыми и грунтовыми водами. Загрязняющие вещества поступают и в питьевую воду, сельскохозяйственную продукцию и в организм человека по различным трофическим цепям, что приводит часто к тяжелым заболеваниям. Поэтому назрела необходимость изучения влияния загрязнения всех компонентов окружающей среды на здоровье населения. При оценке их состояния необходим системный подход, дающий полную информацию об экологической обстановке территории и позволяющий разработать мероприятия по улучшению окружающей среды.

В настоящей работе системный и биогеохимический подход к экологической оценке дается для конкретного административного района на примере Ногинского Мо-

сковской области - одного из наиболее развитых в промышленном отношении, в городах и населенных пунктах которого сосредоточено крупное химическое, сталелитейное, электроугольное, керамическое производство, предприятия обрабатывающей, текстильной промышленности и множество автомобильных предприятий. Все это, вместе с хозяйственно-бытовой деятельностью населения, вызывает значительное загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвенного покрова.

Для Ногинского района как участка детального исследования подробно изучены все источники загрязнения, выбросы загрязняющих веществ, количественный и качественный состав, миграция и трансформация их в приземной атмосфере, поверхностных и подземных водах, в почвах. Особое внимание уделено влиянию загрязняющих веществ на здоровье населения.

Основная цель работы. Основная цель работы - дать комплексную экологическую оценку загрязнения окружающей среды аграрно-промышленного региона на примере Ногинского района Московской области.

Основные задачи исследований:

- определение степени техногенного воздействия на окружающую среду и выявление причин ее деградации;

- изучение качественного состава и количественных соотношений загрязняющих веществ в приземной атмосфере, подземных и поверхностных водах, почвах и установление закономерностей их распределения в этих средах;

- определение влияния основных загрязняющих веществ на здоровье населения. Научная новизна. Дана комплексная оценка последствия воздействий на приземную атмосферу, воды и почвы аграрно-промышленного региона конкретных объектов тех-ногенеза. Впервые выявлены связи между составом и объемом выбросов предприятий с заболеваемостью населения.

Практическая значимость. Комплексная экологическая оценка аграрно-промышленного района позволяет выделить территории с различными экологическими проблемами и ситуациями, разработать рекомендации по оздоровлению окружающей среды. Наличие статистически достоверных данных о заболеваемости населения по годам и общегодовым размерам промышленных выбросов обеспечивает прогноз их влияния на здоровье различных групп населения.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научно-практических конференциях Государственного университета по землеустройству (Москва, 1996, 1997), международной конференции "Проблемы антропогенного почвообразования" (1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано три научные работы. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 217 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, заключения, практических рекомендаций. Она содержит 58 таблиц, 24 рисунков. Список литературы включает 174 наименований, из них 13 на иностранных языках.

Автор выражает сердечную благодарность руководителю работы д.г.н., профессору А.В. Хабарову и всем сотрудникам кафедры почвоведения и экологии за содействие и помощь в работе.

ГЛАВА I. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение территории Ногинского района Московской области проводилось в 19921998 гг. Объектами исследования явились приземная воздушная атмосфера, природные поверхностные и подземные воды, сточные воды и почвенный покров. Особое внимание уделено и изучению состояния здоровья населения в связи с влиянием загрязнения от промышленного производства.

В Ногинском районе насчитывается более 100 предприятий - загрязнителей окружающей среды, среди которых выделяются различные промышленные объекты гг. Ногинска, Электростали, Электроуглей и пос. Старой Купавны. Опасными источниками загрязнения всех компонентов ландшафта являются также крупнейший в Европе полигон захоронения бытовых отходов "Тимохово" и автотранспорт района. Сельскохозяйственное же негативное влияние на окружающую среду связано преимущественно с применением органических и минеральных удобрений, химических средств защиты растений.

В состав района входят земли акционерных обществ и товариществ: "Мамонтово", "Фрязево", фирмы - "АГРОВ", "Русь", "Ногинское", "Кудиново", "Электростальское", "Тимоховское", агрофирма "Надежда"; три предприятия, включая совместные: Ногинское ППО, Жилино-Горковскую ПФ, Племпредприятие; два сельскохозяйственных научно-исследовательских и учебных заведения - НИИ ирригации и рыболовства, В НПО "Прогресс"; земли пяти других учреждений - ПО "Электросталь", завода "Электросталь", ЛПУ Магистрального газопровода Московского прожекторного завода, Ногинской электросети; земли граждан и крестьянских хозяйств.

В качестве источников загрязнения в основном были рассмотрены наиболее крупные различные учреждения и предприятия:

- заводы - "Акрихин", Опытно-экспериментальный, Железобетонных конструкций и деталей, "Химреактивкомплект", Технического углерода, "Электроугли", "Электросталь", Химико-механический, "Электростальтяжмаш", Машиностроительный, "Сантехмонтаж", Синтетических покрытий, Инструментальный, Керамический;

- объединения и комбинаты - Керамических изделий, "Стройдеталь", "Глуховотекстиль", Ногинский мясокомбинат; Ногинский хлебокомбинат;

- фабрики - ковровые в пос. Обухово, текстильные в пос. Купавна;

- Научно-исследовательский институт электроугольных изделий.

Нами использованы также и результаты инвентаризации всех основных источников выброса загрязняющих веществ, полученные сотрудниками Государственного университета по землеустройству и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова при составлении экологических паспортов, проектов по охране атмосферы и предложений по предельно допустимым и временно согласованным выбросам для предприятий.

Для учета источников загрязнения компонентов ландшафтов применялся метод системного анализа. Поэтому использовались не только результаты наших комплексных исследований территории района и предприятий - загрязнителей окружающей среды, но и литературные материалы, данные фондовых источников Государственного университета по землеустройству, Государственного университета им. М.В. Ломоносова, Почвенного института им. В.В. Докучаева, Института географии РАН России и других организаций.

Для расчета модели рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере использовался метод математического моделирования. Расчет производился по программе "УПРЗА Эколог - 1.21", разработанной фирмой "Интеграл" (Санкт-Петербург) по методике ОНД-86 и согласованной в ГГО им. А.И. Воейкова (1987). Исходными данными служили параметры климатические (средние температуры холодного и жаркого

месяцев, коэффициент стратификации атмосферы, направление и скорость ветра), источников выбросов (высота, диаметр) и газовоздушной смеси (объем, скорость, температура).

Инструментальные методы применялись для измерения состояния приземной атмосферы, поверхностных и подземных вод, почв.

Исследования атмосферы включали оценку фонового уровня, метеорологические и актинометрические наблюдения. Для 176 точек проводились прямые замеры воздуха с помощью аппаратуры научной лаборатории, аттестованной Агентством по охране окружающей среды и принятой Госстандартом Российской Федерации для определения диоксидов серы и азота, оксида углерода, углеводородов, грубодисперсных аэрозолей, тяжелых металлов, различных специфических веществ.

Замеры выбросов производились газоанализаторами типа ГМЕ1-2800Р (ФРГ), имеющими сертификат соответствия государственным стандартам. Параметры, необходимые для расчетов, определялись по штатным приборам. Измерение атмосферного давления осуществлялось проверенным барометром.

Концентрация пыли измерялась гравиметрическим прибором. В ней анализировались содержание тяжелых металлов на плазменно-аналитическом комплексе "Лабтест" (Австралия). Радионуклиды (цезий-134, цезий-137, стронций-90, уран и др.) в пыли выделены на спектрометрической установке 1-96 фирмы "Интертехника" (Франция).

Специфические загрязняющие вещества (ксилол, толуол, ацетон, фенол, предельные углеводороды и др.) определены хромато-масс-спектрометрическим методом.

Измерение концентрации оксида углерода проводилось системой "Палладий - 3". Использовался метод анализа, основанный на электролизе при постоянном потенциале.

Газохроматический анализ серосодержащих соединений в воздухе основан на обогащении примесей на сорбенте в трубках-концентраторах с последующей

термодесорбцией непосредственно в испарителе хроматографа. В качестве сорбента применялся тенакс марки СО.

Пробы воздуха на содержание метана в атмосфере осуществлялись с помощью стеклянных шприцов объемом 10 см3 с уплотнителями из силиконовой резины.

Определение углеводородных газов проводилось на одном хроматографе при одновременной работе двух детекторов.

Измерение концентрации оксидов азота производилось газоанализатором, основанным на хемилюминесцентном методе определения. В качестве индикатора использовался озон, поступающий из специального генератора.

Для оценки качества вод (поверхностных природных и сточных, подземных) отобрано 96 проб из водоемов, колодцев, р. Клязьмы, различных водоносных горизонтов.

Непосредственно после отбора проб вод проводилось определение запаха, цвета, прозрачности, температуры, взвешенных веществ, сухого остатка, ХПК и БПК. После двухчасового отстаивания повторно определялись цвет, прозрачность, а также рН, общий азот, хлориды, фосфаты, жесткость, щелочность, железо, нитраты, аммонийный азот. Анализ на присутствие в воде сульфатов производился после фильтрования воды. Все показатели вод определялись по стандартным методам (Унифицированные методы анализа вод, 1971): рН - электрометрическим, жесткость и сульфаты -комплексонометрическим, железо, нитраты, аммонийный азот - колориметрическим с сульфосалициловой кислотой, сульфаниловой кислотой и реактива Несли соответственно, хлориды - аргенометрическим по Мору, фосфаты - фотометрическим, растворенный кислород - по Винклеру, взвешенные вещества - путем фильтрования воды через бумажный фильтр с последующим высушиванием при 105 °С до постоянного веса, ХПК - арбитражным с сернокислым серебром, БПК - стандартный метод разбавления.

Санитарно-бактериологические исследования проводились в соответствии с ГОСТ 2874-82, ГОСТ 2761-84 по стандартным методам и рекомендациям по санитарно-бактериологическому изучению окружающей среды.

На территории Ногинского района отобрано 140 образцов почв по горизонтам и слоям, в которых определены рН, содержание гумуса, общего азота, емкость поглощения, подвижные формы азота, фосфора и калия по общепринятым методам (Агрохимические методы исследования почв, 1975; Аринушкина, 1970). Валовые и подвижные формы тяжелых металлов определены атомно-абсорбционным методом (Воробьева, 1978; Соловьев и др., 1990).

Оценка уровня загрязнения почв проведена в соответствии с утвержденными нормативными документами: Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель (1994), Методические рекомендации...по уровням загрязнения промышленными выбросами (1987), Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве (1982), Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почв химическими веществами (1987), Рекомендации по учету показателей загрязнения...в целях сертификации (Хабаров и др., 1997).

Экологическая оценка состояния отдельных компонентов окружающей среды дается в виде отдельных карт загрязнения атмосферы, вод, почв и экологического районирования территории Ногинского района.

ГЛАВА П. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТЕРРИТОРИИ ПЛ. Геоморфологические и геологические особенности территории

Исследуемый регион расположен в Мещерской провинции в пределах наклонной Приклязьминской и Подмосковной плоской зандровой равнин, с отдельными пологими моренными поднятиями. В целом же территория представляет собой полого-волнистую равнину с заметным наклоном к востоку в северной ее части. Абсолютные отметки колеблются от 130 до 170 м по водоразделам и от 115 до 135 м в пойме р. Клязьмы. Высота отдельных моренных холмов достигает отметки 160 м. Их склоны пологи и изборождены широкими ложбинами. Понижения, между холмами обычно заболочены.

Четко выражен микрорельеф в виде ложбин, потяжин и мелких западин.

Овражно-балочная сеть развита слабо. Она занимает всего 98 га.

На основании обобщения литературного материала и личных исследований с использованием аэро- и космических снимков выделены три основных типа рельефа в с�