Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Формирование загрязнений тяжелыми металлами поверхностной грунтовой толщи в примагистральной зоне городских дорог

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Формирование загрязнений тяжелыми металлами поверхностной грунтовой толщи в примагистральной зоне городских дорог"

На правах рукописи

005010469

Добровольский Сергей Александрович

ФОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ГРУНТОВОЙ ТОЛЩИ В ПРИМАГИСТРАЛЬНОЙ ЗОНЕ ГОРОДСКИХ ДОРОГ

Специальность 25.00.36 Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

9 ФЕВ ті

Москва 2012

005010469

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный руководитель:

кандидат геолого-минералогических наук

доцент Кашперюк Павел Иванович

Официальные оппоненты: доктор географических наук

профессор Курбатова Анна Сергеевна

кандидат технических наук

Беляева Елена Львовна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет (МАМИ)»

Защита состоится «01» марта 2012 г. в 16.00 на заседании диссертационного совета Д.212.138.07 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337 Москва, Ярославское шоссе, д.26 в зале заседаний Ученого совета 1-й этаж административного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»

Автореферат разослан « 012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Потапов А.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследований. Анализ работ по изучению загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов в городских условиях позволяет заключить, что несмотря на значительное количество работ, посвященных экологическим проблемам крупных городов, вопросы загрязнения почв и грунтов выбросами автотранспорта вдоль городских автодорог остаются во многих отношениях малоисследованными. В ряде работ рассмотрены вопросы изучения состава, количественного содержания и характера распространения тяжелых металлов в городских почвах и насыпных грунтах. Приводится оценка степени загрязнения городских почв и грунтов в пределах отдельных районов Москвы. В работах Н.В. Крутских (2002) и С.Б. Самаева (2002), С.А. Герасимовой и А.С. Курбатовой (2001) рассматриваются вопросы районирования и мелкомасштабного картирования городских вдольтрассовых территорий по степени их загрязненности тяжелыми металлами. Однако следует указать, что только в единичных работах (Б.П. Ахтырцев и др. (1997), Г.А.Гольц (2002), Б.В. Солоуха (2000)) частично затрагиваются особенности распространения тяжелых металлов в почвах и подстилающих их грунтах на придорожных городских участках в зависимости от условий их накопления. В частности, практически отсутствуют исследования, отражающие зависимость состава, концентраций и динамики накопления тяжелых металлов в почвах и грунтах от характера рельефа придорожных территорий, степени их озеленения, наличия препятствий в виде разновысотных строений на пути воздушного переноса автомобильных выбросов, внутридворовых ландшафтов, наличия открытых внутридворовых автостоянок и т.д. Крайне слабо изучена зависимость состава и содержания тяжелых металлов от гранулометрического и минералогического состава почв и подстилающих их приповерхностных грунтовых толщ, как депонирующей среды. Становится совершенно очевидным, что существующие методики изучения вдольтрассовых участков при городском планировании неприемлемы для городских условий и могут

быть использованы вдоль дорог только за пределами застроенных участков города вдоль автотрасс на загородных и незастроенных территориях лесного или сельскохозяйственного назначения. Кроме того, существующие методики инженерно-экологических изысканий совершенно не учитывают при выборе пробных площадок характер и степень застроенности придорожных участков, рельеф территории, степень озеленения в пределах изучаемого участка придорожных городских территорий и, что еще более важно с нашей точки зрения, состав и свойства слагающих приповерхностную толщу грунтов.

Таким образом, актуальность диссертации обусловлена необходимостью изучения формирования загрязнений тяжелыми металлами поверхностной грунтовой толщи вблизи автомагистралей, а также динамики ее загрязнения, как одной из составляющих биотопов городских экосистем.

Целью работы является изучение особенностей формирования загрязнений поверхностной грунтовой толщи соединениями тяжелых металлов (РЬ, Zn, Сс1, №, Си, Мп, вблизи крупных автомагистралей (на примере г.Москвы), а также выявление зависимостей концентраций изучаемых поллютантов от характеристик грунтов, слагающих участки придорожных городских ландшафтов для разработки методики геоэкологического мониторинга загрязнения почв и подстилающих грунтов под влиянием выбросов автомобильного транспорта.

1. Основные задачи исследований: Разработка методики исследований динамики накопления тяжелых металлов в поверхностной грунтовой толще, проводимых при инженерно-экологических изысканиях для строительства и эксплуатации городских территорий в примагистральной части автодорог;

2. Оценка содержания и распространения соединений тяжелых металлов в поверхностной грунтовой толще в зависимости от условий источника загрязнений воздушной среды (при переносе с автомагистралей на примере г. Москвы);

3. Изучение содержания и распространения соединений тяжелых металлов в поверхностной грунтовой толще четвертичных отложений в зависимости от литологического состава породы (на примере г. Москвы);

4. Разработка рекомендаций по определению содержания соединений тяжелых металлов в грунтах примагистральных зон автодорог при проведении инженерно-экологических изысканий на городских территориях.

Научная новизна

1. Полученные в работе данные по распределениям и нахождению тяжелых металлов в поверхностной грунтовой толще четвертичных отложений дополняют существующие представления о механизмах миграции и концентрации загрязняющих веществ в биотопах в зависимости от автотранспортных выбросов.

2. На основании натурных экспериментальных исследований впервые разработана методика геоэкологического мониторинга динамики загрязнения почв и подстилающих их грунтов тяжелыми металлами, связанной с автомобильными выбросами в городских условиях.

3. Установлены зависимости формирования загрязнений тяжелыми металлами от состава и свойств поверхностной грунтовой толщи в примагистральных зонах (на примере г.Москвы).

4. Результаты работы входят в число новых исследований, отражающих наличие влияния «автотранспортного фактора» на накопление тяжелых металлов в такой составляющей городских биотопов как поверхностная грунтовая толща в примагистральной части автодорог (на примере г. Москвы).

5. В диссертации в дополнение работ по оценке толщи четвертичных

отложений как зоны накопления загрязнений тяжелыми металлами показано, что почвенный слой и подстилающая поверхностная грунтовая толща также является депонирующей средой для соединений тяжелых металлов, таких как РЬ, Си, Ъп, С(1, N1, Мп, Щ, формирующихся под воздействием

автотранспортных выбросов в примагистральной части городских автодорог.

Основные защищаемые положения:

1. Методика исследования динамики накопления соединений тяжелых

металлов в поверхностной грунтовой толще вблизи автомагистралей при проведении инженерно-экологических изысканий и организации

экологического мониторинга.

2. Зависимости формирования, распределения и динамики

накопления тяжелых металлов в поверхностной грунтовой толще четвертичных отложений в зоне интенсивной автотранспортной нагрузки (на примере г. Москвы).

3. Автотранспортные выбросы как негативный геоэкологический фактор загрязнения среды тяжелыми металлами.

4. Депонирующий эффект поверхностной грунтовой толщи относительно соединений тяжелых металлов зависит от ее состава и состояния.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных данных при инженерно-экологических изысканиях для строительства, с учетом создания системы мониторинга при дальнейшей эксплуатации примагистральных участков. Разработанная методика предложена для использования при сравнительных анализах загрязнения почв и подстилающих грунтов в зонах автомагистралей на территории г. Москвы при оценке площадок для строительного освоения.

Обоснованность и достоверность результатов диссертации

подтверждается исследованиями большого числа образцов четвертичных грунтов, отобранных лично автором при выполнении научнопроизводственных работ и научных исследований кафедры Инженерной геологии и геоэкологии ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет». в различных районах г. Москвы и на экспериментальных участках ЮЗАО и ЮАО г.Москвы. Достоверность обеспечена проведением исследований по стандартным методикам и на сертифицированном оборудовании в аттестованных лабораториях

независимого института экспертизы и сертификации, испытательный лабораторный центр, а также сопоставимостью результатов с данными аналогичных исследований в Южном и Юго-Западном округах г. Москвы.

Реализация результатов исследования определена разработанными «Рекомендациями по оценке динамики загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов и принципы организации геоэкологического мониторинга» для включения в нормативно-методические документы территориального уровня при выполнении инженерно-экологических изысканий для строительства.

Публикации

Основные положения и результаты исследования опубликованы с достаточной полнотой в 5 статьях, в том числе в рекомендованных ВАК РФ журналах: «Вестник МГСУ» 2 статьи и «Инженерные изыскания» 1 статья.

Апробация работы

Основные положения и результаты исследований докладывались на научных семинарах кафедры Инженерной геологии и геоэкологии ГОУ ВПО МГСУ, на ХШ-й Международной конференции молодых ученых «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» МГСУ Москва апрель 2010г.; на ежегодной конференции молодых ученых ОАО ПНИИИС Москва 2010.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 149 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы, 42 рисунка и список использованных источников, насчитывающий 161 наименование.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В 1-й главе изложен анализ современного состояния изученности вопроса формирования загрязнений в биотопах городских экосистем в условиях техногенеза. С экологической точки зрения мегаполис является гипертрофированной формой городского поселения и отражает в целом определенный уровень развития техногенеза, который практически отрицает возможность существования мегаполиса как открытой (природной) системы и

может существовать на грани гомеостаза и стресса только как закрытая система с управляющими действиями человека. Растет высокими темпами загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод за счет выбросов автотранспорта (Потапов А.Д., 2009, Жуков С.А., 2009).

Наиболее подробными исследованиями по тяжелым металлам, в области изучения накопления их в грунтовых толщах являются работы С.И.Заволокиной 2006 г., в которых было установлено, что четвертичные отложения являются естественным депонентом тяжелых металлов. Ее работы во многом послужили методической основой наших исследований по процессам накопления соединений тяжелых металлов в самой верхней части кровли четвертичных грунтовых толщ. В наших исследованиях изучались, прежде всего, отдельные составляющие литосферной оболочки, а более конкретно поверхностная часть грунтов как депонирующей среды тяжелых металлов. В этой зоне тяжелые металлы не являются ей присущими, а накапливаются за счет транспорта в нее загрязнителей другими геосферными оболочками, - гидросферы и главным образом атмосферы. Главным направлением исследований было рассмотрение автотранспорта как фактора формирования загрязнений городской атомосферы. Загрязнение атмосферного воздуха автомобильными выбросами (выхлопными газами) в связи с интенсивным ростом числа моторных транспортных средств (автомобилей и др.) имеет тенденцию к нарастанию. При антропогенном воздействии из-за слабой изменчивости выбросов формируется постоянный фактор влияния их на почвы и подстилающие грунты. Фоновые концентрации загрязнителей в условиях особенно мегаполисов становятся постоянным негативным экологическим фактором и формируют новый состав приземной атмосферы. Присущие атмосфере такие погодные явления как дождь, туман, морось, снег, изморозь формируют дополнительные изменения в приземной атмосфере, а так как они обладают значительным транспортирующим свойством, то загрязнения приобретают возможность к дальнейшему движению в почвах и подстилающих грунтах. Автотранспортные выхлопы - это неоднородная смесь различных

газообразных веществ (до 300), большинство из которых токсичны. В зависимости от вида бензина различается и состав выхлопных газов, известно, что сернистые бензины могут выделять оксид серы, а этилированный бензин -свинец, другие тяжелые металлы и различные соединения. При оценке риска заболевания населения Москвы при воздействии автотранспорта было установлено, что в составе загрязнителей у автомагистралей присутствуют кадмий, медь, никель, селен, цинк с ПДКСС в диапазоне от 0.05 до 8.0 мкг/м3 .Была обследована территория г. Москвы с населением около 3 млн. чел. с улично-дорожной сетью с интенсивностью движения 2000 авт./час. Установлено, что вклад таких канцерогенов (ацетальдегид, свинец, стирол, бенз(а)пирен, кадмий, никель) в суммарный риск достигает 0,4% . Для сравнения канцерогенный риск от наличия 1,3-бутадиена (84,8% вклада в суммарный риск). Таким образом, следует констатировать, что среди загрязнителей, которые образуются при эксплуатации автотранспорта, значительное место занимает не только свинец, но и медь, кадмий, цинк, никель, селен, железо и др. по данным экологического мониторинга, вблизи столичных автотрасс отмечаются случаи повышенных концентраций бензола и углеводородов, (табл.1.). Вопросам же оценок наличия тяжелых металлов в воздушной приземной атмосфере, и тем более в грунтах близ автотрасс внимание практически не уделяется. Химическое загрязнение почвенного покрова и подстилающих грунтов как составляющих биотопов происходит в результате непосредственного воздействия вредных веществ, а также за счет повышенного содержания разных соединений в атмосферном воздухе, природных водах, растительном покрове земли, а, следовательно, оседанием веществ на поверхность почвы и проникновением в нижележащие горные породы, что приводит к формированию искусственных геохимических провинций. В настоящее время в Москве насчитывается около 4 тысяч улиц, переулков, площадей, проспектов, бульваров, набережных, шоссе и проездов. Сегодня общая протяженность автодорог в Москве превышает 4,4 тыс. км. По различным источникам установлено, что наиболее загрязненной зоной вдоль

дорог является полоса в 100 - 150 м от оси дороги. Таким образом, уже сейчас площадь загрязненных автотранспортными выбросами земель в Москве составляет более 1300 кв.км, а к 2025 году достигнет 1800 кв.км. В целом уровень загрязнения поверхностного слоя «почвогрунтов», под которыми мы объединяем собственно почвы и приповерхностную толщу грунтов различного генезиса и литологического состава, подвижными формами тяжелых металлов выше, чем валовыми формами. По результатам анализов результатов мониторинга, выполненного в рамках программ экологических служб г. Москвы установлено, что подвижными формами меди, цинка, свинца наиболее загрязнена почва и подстилающие грунты в условиях города.

2-я глава посвящена описанию природных условий и геоэкологической оценке района исследований, в частности географического положения, физикогеографических условий геологического строения. Были выбраны три площадки участках в местах интенсивного движения автотранспорта в ЮАО и ЮЗАО г. Москвы в районе пересечения 4-го Рощинского проезда и Загородного шоссе, на Профсоюзной улице и на Варшавском шоссе на пересечении с Балаклавским проспектом. На рис.1 показан инженерногеологический разрез и данные оценки грунтовых условий в районе ТТК (Загородное шоссе, 46). Важнейшим было изучение опытных участков стандартными инженерно-геологическими методами, при непосредственном личном участии автора. Для каждого ИГЭ выполнен полный комплекс лабораторных исследований по стандартным методикам и получены данные о составе, состоянии, физических, физико-механических, химических свойствах всех образцов грунтов по всем исследованным участкам.

В 3-й главе изложен подход автора к оценке распространения автотранспортных выбросов загрязнений в атмосфере в примагистральной зоне городских дорог на базе модели поступления в атмосферу и рассеивания загрязнений из одиночных источников.

Таблица 1

Перечень приоритетных химических веществ и рисков с величинами единичного канцерогенного риска и безопасных уровней воздействия

№№ п/и Вещество № Классификация каицерогешюсти МАИР/ЕРА КГСмкт/м3 ПДКссмкг/м3

1 Акролеин - 0,02 10

2 Ацетальдегид 2,2-10-6 2В/В2 9 -

3 Бензол 7,8-10-6 1/А 60 100

4 Бенз(а)пирен 8,8-10-4 2А/В2 - 1-10-3

5 1,3-бутадиен 5-104 2А 8 1000

6 Диоксид азота - 40 40

7 Диоксид серы - 80 50

8 Кадмий 1,8-10-3 1/В1 0,2 0,3

9 Медь - 0,02 2

10 Никель 2,6-10-4 2В/А 0,05 1

11 Сажа 8,8-10-4 2А/В2 5 50

12 Свинец 1,2-10-5 2В/В2 0,15 0,3

13 Селен - 0,08 0,05

14 Стирол 5,7-10-7 1000 2

15 Толуол - 400 600

16 Формальдегид 1,3-10-5 2А/В1 3 3

17 Цинк - 0,9 8

18 Ксилол - 300 -

19 Оксид углерода - 10000 3000

В представленной таблице приняты следующие обозначения: [Ж-единичный фактор риска; классификация канцерогенное™, принятая: МАИР - Международное агентство по изучению рака; ЕРА - Агентство по охране окружающей Среды США; К1С - референтная концентрация - безопасный уровень воздействия, принятый при оценке риска; ПДКСС - отечественная ПДК (среднесуточная) вещества в атмосферном воздухе населенных мест.

Известно, что при выходе загрязнителя из источника за счет турбулентных пульсаций формируется его факел, который имеет закономерную высоту распространения и форму, которая определяется метеоусловиями. Факел

загрязнителей распространяется по направлению ветра в пределах сектора с углом раскрытия 10-20° и с площадью поперечного сечения факела выброса пропорционально квадрату расстояния от точки выброса.

Рис. 1. Геологический разрез. Мв1:100 Мг 1:500.

Условные обозначения приняты в соответствии с действующими нормативами изысканий.

Проведенными исследованиями было установлено, что выпадение загрязнителей происходит достаточно медленно, что обусловлено соприкосновением с поверхностью земли. Это означает, что площадь поперечного сечения факела меньше квадрата расстояния от точки выброса.

При рассмотрении условий принудительного выброса загрязнителей из трубы, в том числе и выхлопной автотранспорта, в подветренной части установлено в нашем случае выброс из выхлопной трубы автомобиля происходит на очень небольшой высоте, всего до 0.3 - 0, 7 м, т.е на первый взгляд загрязнитель выпадает на автодорогу или на расстояние от нее не более 30 м, однако из многочисленных натурных экспериментов ряда исследователей известно, что факел распространяется на гораздо большие расстояния. На формирование максимальных концентраций загрязнителей кроме собственно

самого количества этих загрязнителей, а точнее их расход, высота точки выброса, сказывается скорость и направление ветра. При касании факела происходит частичное выпадение загрязнителя на поверхность, и в зависимости от состояния загрязнителя, он либо оседает на поверхности, либо инфильтрует в почву и подстилающие грунты.

При антропогенном воздействии из-за слабой изменчивости выбросов, которая исчисляется неделями и месяцами, формируется постоянный фактор влияния их на почвы и подстилающие грунты. Фоновые концентрации загрязнителей в условиях особенно мегаполисов становятся постоянным негативным экологическим фактором и формируют новый состав приземной атмосферы. Консервативные формы ионов металлов антропогенного генезиса, в том числе и из автотранспортных выбросов, во влажной среде зачастую трансформируются в более токсичные металлокомплексные формы. Это происходит за счет частичного растворения в атмосферной, и более всего в почвенной и грунтовой влаге. Эти трансформации газообразных загрязнителей приводят к увеличению содержания многозарядных ионов, обладающих повышенной активностью.

Исходя из представлений о структуре факела автотранспортного выброса как газовом облаке с флоккулами загрязнителей различного состава, образованными вокруг сажевых частиц или капель жидкостей (воды, масел, смол и др.) можно заключить, что осаждение их на различные поверхности, в том числе и на притрассовые зоны автомагистралей подчиняется основным физическим законам. Для оценки механизма формирования загрязнений в притрассовых зонах городских дорог были приняты следующие основные допущения:

На автомагистралях выброс загрязнителя из одиночного автомобиля без движения с работающим двигателем случается исключительно редко. Главным загрязняющим выбросом является выброс из большого числа автомобилей, находящихся в движении и притом, что автотранспорт движется в обе стороны, то можно характеризовать источник выброса как линейный протяженный и

низко расположенный над поверхностью земли. В таком случае при исследовании становится возможным описать источник выброса как одиночный и стационарный. Последнее утверждение обосновано тем, что в этом случае проводится осреднение выбросов всего числа автомобилей на локальном, достаточно небольшом по размерам участке. Согласно действующим в России нормативным документам расчет рассеивания количества загрязнителей в атмосфере проводится с учетом скорости ветра и высоты источника выброса, а также типа выброса: нагретого или холодного. В случае оценок выбросов автотранспорта они должны приниматься как нагретые, хотя температура их обычно невысока, но всегда выше температуры окружающего воздуха.

Многочисленными исследованиями установлено, что математическое моделирование траектории газовых выбросов с описанием процесса массопереноса условий сухого или влажного выпадения компонентов загрязнителей существенно затруднено из-за необходимости учета многообразных, воздействующих факторов, наличия физико-химических реакций загрязнителей и их трансформаций в воздушной нестабильной среде, -а это требует в целом использования значительного объема эмпирических зависимостей.

В наших условиях при принятых выше допущениях для расчетов рассеяния загрязнителей наиболее применима известная зависимость М.Е. Берлянда, т.е. функция количества и концентрации загрязнителя в выбросе, условий выхода, фазового состояния выброса и др.

Глава 4 посвящена результатам экспериментального изучения динамики загрязнения тяжелыми металлами почв и подстилающих грунтов в притрассовых зонах городских автомагистралей.

Для проведения эксперимента были намечены пробные площадки в местах интенсивного движения автотранспорта в Южном и Юго-Западном округах г. Москвы Загородное шоссе, д.5, Профсоюзная ул. д. № 29, корп.1„ Варшавское ш. д. 95. Для изучения динамики загрязнения тяжелыми металлами

почв и подстилающих грунтов вдоль городских автодорог была разработана методика экспериментального определения количества накапливаемых тяжелых металлов. Методика заключается в укладке на пробных площадках, контейнеров с различными по составу относительно слабо загрязненными тяжелыми металлами («чистыми») грунтами-индикаторами, соответствующими виду грунта (почвы), слагающего выбранные площадки. Все отобранные пробы закладывающегося грунта кроме выполнения стандартных грунтоведческих исследований были подвергнуты изучению специальными методами для определения содержания главным образом тяжелых металлов.

В диссертации подробно изложены методы подготовки экспериментального материала: отбор проб, подготовка их к анализу, химическая подготовка, определение тяжелых металлов в образцах. Был проведен подробный анализ методов, используемых при исследованиях по определению наличия и содержания тяжелых металлов в различных целях для выбора наиболее представительного метода для решения задач диссертации. Был оценен ряд аттестованных методов и был выбран атомно-абсорбционный метод для количественного определения содержания тяжелых металлов в отобранных образцах.

Наиболее важным этапом было проведение полевых экспериментальных работ. Пробные участки для размещения контейнеров были заложены на придорожных полосах на расстоянии 0-10, 10-50, 50-100 метров от полотна автодороги в сторону преобладающего направления ветра и были выбраны в зонах наиболее активного движения транспорта изученной автодороги непосредственно вблизи бордюра, отделяющего проезжую часть от тротуара с характерным растительным покровом и однородным по составу грунтом.

Перед закладкой контрольных контейнеров был проведен отбор валовой пробы грунта методом конверта для определения существующего загрязнения грунта на участке тяжелыми металлами вмещающих грунтов, на площадках на глубину до 0,5 м были отобраны по 3 пробы грунта для определения

гранулометрического состава вмещающих грунтов, их физических и фильтрационных свойств.

Грунты-индикаторы для закладки в контейнеры были отобраны на относительно «чистых» от загрязнения тяжелыми металлами загородных участках, расположенных за МКАД. По составу они соответствовали вмещающим грунтам на пробных площадках. Из каждого грунта-индикатора были отобраны валовые пробы этого грунта (ГОСТ 17.4.4.02-84) для определения химического загрязнения условно «чистого» грунта тяжелыми металлами. Далее подготовленный грунт-индикатор засыпался в контейнеры до полного заполнения и семена газонных трав.

Контейнеры были перфорированными и изолированными (со сплошными стенками и находились на опытных площадках в течение 1 года (первая серия апрель 2006- апрель 2007, вторая серия июнь 2007 - июнь 2008). Затем они вынимались, и из них отбиралась объединённая проба грунта-индикатора весом не менее 2 кг для химического анализа.

Отдельным аспектом в диссертации была оценка загрязнения атмосферного воздуха, грунтовой толщи, поверхностных и подземных вод в городских условиях по методике, которая определена действующими нормативными документами при проведении инженерно-экологических изысканий и при выполнении проектирования для составления раздела «Охрана окружающей среды». Результаты данной работы подтвердили факт отсутствия оценки содержания тяжелых металлов во всех составляющих биотопов урбосистем, что говорит о существенных недостатках действующих нормативных документов.

В главе 5 изложены результаты экспериментального изучения загрязнения тяжелыми металлами грунтов примагистральных зон. Были получены подробные оценки содержания загрязнителей в грунтах поверхностной толщи притрассовых зон автомагистралей, что позволило провести аналитическое обобщение полученных результатов. В тексте диссертации приведено полное изложение всего полученного

экспериментального материала. Приведенные графики, характеризуют тенденции приращения содержания ряда тяжелых металлов в зависимости от расположения пробных экспериментальных площадок относительно автомагистрали - расстояний от них. Было подтверждено заключение о том, что наиболее интенсивному накоплению способствуют автомобильные выбросы в грунтах таких загрязнителей как РЬ, Си, Ъа, Сг, Сс1, N1, Щ, а также было лишний раз подтверждено влияние отработанных газов автомобилей на накопление в поверхностной грунтовой толще нефтепродуктов и бенз(а)пирена.

Особо следует остановиться на таких тяжелых элементах как никель, хром, цинк и особенно ртуть, источниками поступления этих тяжелых металлов являются «просоры» и «проливы» из транспортируемых по автомагистралям несортированных твердых бытовых отходов и промышленных отходов, а также эксплуатационные потери от используемых в конструкциях автомобилей большого числа хромированных и никелированных деталей, наличия «оцинковки», а также зеркал, осветительных приборов с использованием амальгам на ртутной основе. Механизм перемещения этих металлов от автомобиля в притрассовую зону прост, - это дождевая, талая, поливная вода, сдув ветром и т.п.

Полученные данные показали, что оправдывается предположение о том, что количественное содержание тяжелых металлов закономерно снижается по мере удаления от оси автомагистрали в притрассовой зоне шириной до 150 м и не зависит от состава грунтов поверхностной толщи. Это установлено для нескольких основных нагруженных автомагистралей южной и юго-западной части г.Москвы. Выявлены некоторые отклонения от данной закономерности для никеля, мышьяка и ртути в песках в районе ТГК - Загородное шоссе. Однако это связано с некоторой повышенной концентрацией этих элементов во вмещающих грунтах и привносом в перфорированные контейнеры фильтрующимися подземными водами.

Отмечено, что в перфорированных контейнерах с песками и суглинками наблюдаются более высокие значения годового приращения содержаниях для

некоторых тяжелых металлов. С нашей точки зрения это связано с дополнительным привносом загрязнений в эти грунты фильтрации из более загрязненных водопроницаемых вмещающих грунтов.

Было установлено, что количество (весовое содержание) тяжелых металлов, поступающих в изолированные контейнеры с песком, в 1.5- 2.0 раза меньше, чем в эти же контейнеры с суглинками. Это обусловлено возможностью частичного «смыва» с поверхности частиц песка, через верхнюю кромку контейнеров, в период интенсивных дождевых выпадений или при снеготаянии, части накопившихся к этому моменту тяжелых металлов окружающие вмещающие грунты. В это время песчаный грунт в изолированном контейнере полностью насыщен водой, а песчаные грунты обладают пониженной по сравнению с пылеватыми и глинистыми грунтами слабой водоудерживающей способностью, что приводит к активному перемещению загрязнителей в грунте. Кроме того в изолированных контейнерах по сравнению с перфорированными контейнерами, менее развита корневая система травянистых растений, засеянных при установке экспериментальных устройств. Все это способствует увеличению поверхностного смыва в песчаных грунтах и приводит к более интенсивному выносу загрязнителей за пределы контейнера.

Выявлено, что в перфорированных контейнерах с суглинками, по сравнению с изолированными, содержится большее количество (весовое содержание) некоторых тяжелых металлов, что связано с возможностью дополнительного их привноса из значительно более загрязненного вмещающего грунта - супесей или суглинков, за счет фильтрации в приповерхностной части грунтовой толщи.

Анализ значений приращений загрязнения тяжелыми металлами различных по составу грунтов, находящихся в изолированных и перфорированных контейнерах показал, что для определения количества поступающих в поверхностную грунтовую толщу в притрассовых зонах автомагистралей от автотранспортных выбросов, а также за счет смыва

загрязнителей с автотрасс наиболее надежными индикаторами являются суглинистые разности грунтов. Для выполнения оценок поступления тяжелых металлов в грунтовые толщи грунты-индикаторы - суглинки должны быть помещены в изолированные контейнеры.

Преимущество изолированных контейнеров перед перфорированными заключено в том, что именно изолированность контейнера исключает возможность привноса дополнительного количества всех загрязнителей, а в нашем случае изучаемых тяжелых металлов. Этот привнос связан с тем, что в ряде случаев вмещающий грунт существенно загрязнен, что искажает результаты оценок влияния поступления тяжелых металлов от автотранспортных выбросов. А собственно дополнительный перенос связан с возможностью фильтрации в поверхностной грунтовой толще. Кроме этого глинистые грунты обладают существенно большими поглотительными способностями и низкими фильтрационными характеристиками по сравнению с песчаными. Установлено, что за год содержание Си увеличилось в 1,45 - 2,3 раза, 2п,Со- в 1,3 - 2,3 раза, Аз - в 1,4 - 5,4 раза, причем песчаные грунты загрязняются в большей степени (быстрее), чем глинистые. Наиболее наглядно это видно для перфорированных контейнеров. По-видимому, это связано с более интенсивной миграцией химических соединений в водопроницаемых грунтах с загрязненными вмещающими грунтами за счет фильтрации приповерхностных вод.

Таким образом, полученные результаты натурных наблюдений свидетельствуют, что при существующих интенсивности и режиме движения автотранспорта на участках, прилегающих к развязкам ТТК г. Москвы, при условии наличия 20 см слоя «абсолютно чистого» от тяжелых элементов грунта, загрязнение его до значений ПДК в зависимости от состава грунта и удаленности от проезжей части автодороги наступит: по Си - через 3,8-6,0 года; по РЬ - через 8,0-10,0 лет; по Аб - через 3,5-7,0 лет; по № - через 2,5-11,0 лет; по Ъп - через 4,0-10,0 лет.

Установленное время наступления предельных значений загрязнения, т.е «границы» возможного превышения ПДК позволяет прогнозировать

мероприятия по «санации» территории или разрабатывать рекомендации по

снижению объемов автотранспортных выбросов или интенсивности и

формирования режима движения транспорта по автомагистралям.

На рис.2, 3, 4 показаны результирующие диаграммы по полученным данным оценки загрязнения суглинков отдельными представителями тяжелых металлов в притрассовых зонах автомагистралей. Аналогичные данные получены и для марганца, цинка и кобальта. Получены данные по

формированию загрязнений и в других литологических разностях грунтов.

Варшавское шоссе

■ Загородное шоссе

' Рис. 2

а Профсоюзная улица

0,42

■ 0,79

■ ■

до 10 м до 30 м добОм до 120 м

Изменение годового приращения свинца в суглинках в зависимости от расстояния от автодороги в южных районах г.Москвы

£ 2 з

■ Варшавское шоссе

■ Загородное шоссе

і Профсоюзная улица

до 10 м до 30 м добОм до 120 м

Рис. 3 Изменение годового приращения меди в суглинках в зависимости от расстояния от автодороги в южных районах г.Москвы

■ Варшавское шоссе ■ Загородное шоссе ■ Профсоюзная улица 3,98

до 10 м доЗОм добОм до 120 м

Рис.4

Изменение годового приращения хрома в суглинках в зависимости...

Кроме того были изучены и другие тяжелые металлы, такие как кобальт, ртуть, никель, кадмий, марганец, а также мышьяк. Для всех этих металлов оценено их распространение в притрассовой зоне и интенсивность накопления в течение года.

На рис. 5 показан пример обработки результатов исследования загрязнений мышьяком для изученных в натурных условиях площадок.

Рис.5

Анализ полученного материала исследований и данных изучения фондовых и опубликованных источников позволил предложить прогнозную карту загрязнения тяжелыми металлами для двух южных округов Москвы до 2028 года.

Полученные в диссертации результаты экспериментального изучения условий формирования загрязнения почв и подстилающих грунтов тяжелыми металлами автомобильным транспортом позволили предложить новую методику геоэкологического мониторинга динамики накопления тяжелых металлов в указанных зонах, которая изложена в главе 6. В ней также приведена оценка современного состояния нормативного экологического сопровождения городского строительства, которая показала, что изучение химического загрязнения тяжелыми металлами почв и подстилающих грунтов

ограничивается локальным разовым отбором проб грунтов с поверхности и на глубину заложения сооружения на момент проведения инженерноэкологических изысканий. Получаемые по действующим методическим указаниям материалы инженерно-экологических изысканий, не позволяют проводить анализ влияния конкретного фактора (источника) загрязнения, а в случае насыпных грунтов вообще судить о динамике загрязнения в городских условиях, т.к. завезенные насыпные грунты загрязнены до того, как попали на изучаемую территорию города.

Схематическая карта

прогноза суммарного загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами за счет работы автотранспорта в ЮЗАО и ЮАО города Москвы на 2028 год М 1:1 00000

Рис.6.

- чрезвычайно опасная (Zc>^28)

- границы округов

Условные обозначения: Категории загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами и мышьяком по прогназируемому суммарному показателю загрязнения ( 2:с) по 9 элементам.

- допустимая и умеренно опасная ( Zc<32)

I - опасная < 2с 32-128)

На основании вышеизложенного, повторный отбор и анализ проб по существующей методике через определенный промежуток времени не позволяет с достаточной надежностью определить количество привнесенных в почвы и грунты загрязняющих веществ от городских автодорог.

В связи с этим, нами была разработана методика оценки динамики и геоэкологического мониторинга загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов в различных природно-техногенных ландшафтах, встречающихся вдоль городских автодорог для включения в нормативные документы по проведению инженерно-экологических изысканий и они представлены в виде «Рекомендаций по оценке динамики и геоэкологического мониторинга загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов», в готовности для включения их в актуализируемые нормативные документы.

ВЫВОДЫ

1. Установлена принципиальная возможность оценки загрязнения грунтов тяжелыми металлами автотранспортными выбросами, как негативного геоэкологического фактора.

2. Проведенные экспериментальные исследования показали, что поверхностная грунтовая толща четвертичных отложений вдоль автомагистралей на территории г. Москвы являются первичным депонентом тяжелых металлов, поступающих в окружающую среду в результате автотранспортной нагрузки.

3. Подтверждено, что накопление тяжелых металлов (РЬ, Си, 2п, СсЗ, №, Мп) в поверхностной грунтовой толще четвертичных отложениях на участках территории г. Москвы в зонах интенсивной автотранспортной нагрузки определяется литологическим составом слагающих горных пород. Выявлено, что наиболее показательными для оценки степени загрязнения тяжелыми металлами в приповерхностной зоне являются глинистые грунты.

4. Установлено, что в глинистых и суглинистых разностях поверхностных грунтов концентрация изученных тяжелых металлов выше, чем в песчаных и

(А

супесчаных, что обусловлено особенностями их структуры и состава. Оценено среднее распределение рассматриваемых тяжелых металлов (РЬ, Си, Ъа, Сс1, N1, Мп, Hg) для различных литологических разностей.

5.Разработана технологичная методика изучения загрязнений автотранспортными выбросами поверхностной толщи грунтов притрассовой зоны тяжелыми металлами.

6. Впервые составлена схематическая карта прогноза суммарного загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами за счет работы автотранспорта в Южном и Юго-Западном административных округах Москвы на 2028 год в масштабе 1:100000.

7. Разработаны рекомендации для ведения инженерно-экологических изысканий на притрассовых участках городских автомагистралей.

Публикации по теме диссертации:

1. Добровольский С.А.,Кашперюк П.И., Потапов А.Д. К оценке влияния автомобильных выбросов на загрязнение грунтов тяжелыми элементами в различных зонах полос городских автодорог.// Вестник МГСУ №1 2010.С.299-304.

2. Добровольский С.А., О загрязнении участков вдоль автомагистралей г.Москвы тяжелыми металлами.//Инженерные изыскания..№10 2010.С.52-56

3. Добровольский С.А., Потапов А.Д., Кашперюк П.И. Некоторые подходы к построению модели загрязнения воздушной среды автотранспортными выбросами. // Вестник МГСУ №4 2010.С.155-158.

4. Добровольский С.А. К вопросу о методике оценки динамики загрязнения городских почв и грунтов тяжелыми металлами автотранспортом при выполнении комплексных инженерных изысканий.//М-лы ежегодной научно-практической конференции молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве» 23.04.2010

5. Добровольский С.А. Методика оценки динамики загрязнения городских почв и грунтов тяжелыми элементами автомобильным транспортом, М-лы 13-й Международной межвузовской конференции научнопрактической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» 1421.04.2010 М.МГСУ 2010. С.276 - 279

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Добровольский, Сергей Александрович, Москва

61 12-5/3317

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный

университет»

На правах рукописи

Добровольский Сергей Александрович

«ФОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОВЕРХНОСТНОЙ ГРУНТОВОЙ ТОЛЩИ В ПРИМАГИСТРАЛЬНОЙ

ЗОНЕ ГОРОДСКИХ ДОРОГ»

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в строительстве и ЖКХ)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: профессор к.г.-м.н. П.И. Кашперюк

Москва 2012

Содержание

Стр.

Введение......................................................................................................................................................4

Глава 1. Анализ современного состояния вопроса исследования..........14

1.1. Строительство городских поселений как фактор

техногенеза..................................................................................................................................................14

1.2. Автотранспорт как фактор формирования загрязнений атмосферного воздуха.........................................................................................................18

1.2.1. Состав приземной атмосферы в зоне автотранспортных выбросов..........................................................................................................................................19

1.3. Особенности загрязнения экосистемы г. Москвы тяжелыми металлами..........................................................................................................32

1.3.1. Оценка степени загрязнения почв и поверхностных

слоев подстилающих грунтов...................................................................33

1.4. Содержание тяжелых металлов в снеговых

выпадениях....................................................................................................................................38

Глава 2. Природные условия и геоэкологическая оценка

района исследований..........................................................................................................41

2.1. Географическое положение района..................................................................41

2.2. Физико-географические условия района......................................................41

2.2.1. Климат..............................................................................................................................41

2.2.2. Рельеф..............................................................................................................................42

2.2.3. Гидрография................................................................................................................43

2.2.4. Почвы................................................................................................................................43

2.3. Геологическое строение территории Москвы..........................................44

2.3.1. Тектоника......................................................................................................................44

2.3.2. Геоморфологические условия..................................................................44

2.3.3. Стратиграфия............................................................................................................44

2.3.4. Гидрогеологические условия................ ......................................46

2.4. Современные экзогенные и инженерно-геологические процессы..........................................................................................................................................................46

2.5. Инженерно-геологическое описание экспериментальных

участков................................................................................................................................................49

Глава 3. Моделирование распространения автотранспортных

выбросов загрязнений в атмосфере в примагистральной зоне..............65

3.1. Схема рассеивания загрязнителей атмосферного воздуха от автомагистрали........................................................................................................................................65

3.2. Механизм движения и осаждения составляющих автотранспортных выбросов...............................................................................71

Глава 4. Экспериментальное изучение динамики загрязнения тяжелыми металлами почв и подстилающих грунтов в притрассовых

зонах городских автомагистралей..........................................................................................77

4.1. Методы подготовки экспериментального материала использовавшиеся при проведении исследования..................................................78

4.2. Основные методы определения тяжелых металлов..............................78

4.3. Количественные методы анализа содержания тяжелых металлов, использованные в исследованиях............................... 80

4.4. Описание методики экспериментальных полевых

исследований....................................................................... 81

Глава 5. Результаты экспериментального изучения загрязнения

тяжелыми металлами грунтов примагистральных зон..................... 93

Глава 6. Методика геоэкологического мониторинга динамики загрязнения почв и подстилающих грунтов тяжелыми металлами автомобильным транспортом...................... ............................. 124

6.1. Оценка современного состояния нормативного экологического сопровождения городского строительства.............. 124

6.2. Рекомендации по оценке динамики загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов и принципы организации геоэкологического мониторинга................................................................ 127

Выводы............................................................................ 134

Список литературы............................................................ 135

Введение

Анализ проблемы изучения загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов в городских условиях позволяет заключить, что, несмотря на значительное количество работ, посвященных экологическим проблемам крупных городов, вопросы загрязнения почв и грунтов, остаются во многих отношениях еще недостаточно изученными.

За последние десятилетия выполнены достаточно обширные исследования по выбросам автотранспорта, как источника загрязнителей. Установлено, что в крупных городах и особенно в мегаполисах основная доля (до 90%) загрязнения атмосферного воздуха приходится именно на автомобильный транспорт. Изучены основные составляющие выхлопных газов автомобильных двигателей, химический и агрегатный состав твердых, жидких и газообразных компонентов, которые в своем составе содержат около 300 веществ, многие из которых токсичны. Выявлены зависимости степени загрязнения городской атмосферы от состава топлива и используемых масел, характеристик двигателей внутреннего сгорания, режима их работы и насыщенности транспортных потоков в городских условиях.

Достаточно подробно изучены вопросы распространения автотранспортных выбросов вблизи городских автодорог. Существует более 50 различных формул, описывающих зависимости по определению ожидаемых концентраций вредных веществ в зоне их выбросов. Выявлено, что вблизи дорог уровень загрязнения воздуха в 1,2-1,7 раза выше, чем на удаленных от крупных городских автодорог селитебных участках города. При этом приземная концентрация загрязнителей на автодорогах существенно зависит от метеоусловий и при неблагоприятных условиях (штиль, температура воздуха, влажность, туман и др.) может увеличиваться в 2-5 раз (Э.Ю. Безуглая, 1986, С.А. Жуков, 2004, 2005, 2006 гг). В этом случае главными зонами загрязнения являются территории, прилегающие непосредственно к автотрассам.

Значительное количество исследований связано с изучением тяжелых металлов, как загрязняющих компонентов природной среды, в выбросах автотранспорта. В работах [B.J1. Бочарова, Н.С. Бурекина, В.И. Вернадского, И.В. Галицкой, J1.JI. Гончара, A.B. Есина, A.B. Горского, A.JI. Жаркого] довольно хорошо изучены токсичный эффект многих металлов, попадающих в атмосферу, почву, поверхностные и подземные воды в результате выбросов промышленных предприятий и работы автотранспорта. Здесь необходимо остановиться на следующем: подавляющее число исследователей считает, что основным загрязнителем из группы тяжелых металлов, попадающих в окружающую среду за счет автотранспорта является свинец и его соединения, - это сомнения не вызывает, т.к. обусловлено наличием соединений свинца в автомобильном топливе, но автотранспортная магистраль загрязняет окружающую среду не только этим путем, - она служит для перемещения грузов, людей и т.п, Это есть дополнительный источник поступления тяжелых металлов на автомагистраль и прилегающую зону, за счет «просоров», «проливов», утечек, при эксплуатационном износе конструкций автотранспортных средств. Следует отметить, что работ по целенаправленному изучению наличия тяжелых металлов в автотранспортных выбросах и при эксплуатации автомагистралей немного. В процессе выполнения анализа работ различных исследователей удалось выявить немаловажное обстоятельство. Научно-исследовательский институт автомобильного транспорта (НИИАТ) в 2000 году при оценке риска заболевания населения Москвы при воздействии автотранспорта установил, что в составе загрязнителей у автомагистралей присутствуют кадмий, медь, никель, селен, цинк с ПДКСС в диапазоне от 0.05 до 8.0 мг/м . Этот факт был использован нами далее при разработке методики изучения загрязнения тяжелыми металлами в данной работе.

Работами многих специалистов установлено, что попадая в воздушную среду, тяжелые металлы поступают в почву и грунты двумя путями:

1) в результате сухого осаждения;

2) путем мокрого осаждения.

Отмечается, что основная масса тяжелых металлов от низких источников (автотранспорта) попадают в грунты первым путем, что нельзя считать окончательно верным, т.к. осаждение мокрым путем представляется также возможным, просто следует учесть простое обстоятельство, связанное с погодно-климатическими условиями, т.е с возможным наличием атмосферных выпадений - дождя, снега и т.п. Кроме того по литературным данным [В.А. Бочаров и др., 1995, A.JI. Жарков, 2000] тяжелые металлы и их соединения в виде очень мелких аэрозолей и пыли могут подниматься турбулентными потоками воздуха в более высокие слои атмосферы и даже попадать в стратосферу. В среднем тяжелые металлы переносятся на 20-30 км, однако они обнаружены и в верхних слоях ледников Гренландии и Антарктиды [2, 5, 42].

Большинство исследователей указывают, что тяжелые металлы в пределах автомагистралей концентрируются в 100-150 метровой зоне на уровне пяти метров от земли, достигая наибольшей концентрации на перекрестках и подъемах [10, 17, 64, 68, 128]. В выхлопных газах загрязняющие вещества, в том числе тяжелые металлы, не остаются в неизменном виде. При определенных условиях они трансформируются в процессе переноса и аккумуляции в грунтах, создавая эффекты синергизма и антагонизма. Определены главные источники загрязнения тяжелыми элементами основных биотопов городской среды, включая почвы и грунты.

В целом ряде работ достаточно подробно рассматриваются вопросы изучения состава, количественного содержания и характера распространения тяжелых металлов в городских почвах и приповерхностной части насыпных грунтов. В них приводится оценка степени загрязнения городских почв и грунтов в пределах отдельных районов таких крупных городов, как Москва, Санкт-Петербург, Воронеж и др. [3, 9, 13, 30, 31,51, 60, 82, 90, 107, 128, 145, 161], а в работах Н.В. Крутских (2002) и С.Б. Самаева (2002), С.А. Герасимовой и A.C. Курбатовой (2001) рассматриваются вопросы

районирования и мелкомасштабного картирования городских вдольтрассовых территорий по степени их загрязненности тяжелыми металлами. Однако следует указать, что только в единичных работах: Б.П. Ахтырцев и др. (1997), Г.А.Гольц (2002), Б.В. Солоуха (2000) частично упоминаются особенности распространения тяжелых металлов в почвах и подстилающих их грунтах на придорожных городских участках в зависимости от условий их накопления. К сожалению, практически отсутствуют исследования, отражающие зависимость состава, концентраций и динамики накопления тяжелых металлов в почвах и грунтах от характера рельефа придорожных территорий, степени их озеленения, наличия препятствий в виде разновысотных строений на пути воздушного переноса автомобильных выбросов, внутридворовых ландшафтов, наличия открытых внутридворовых автостоянок и т.д. Крайне слабо изучена зависимость состава и содержания тяжелых металлов от гранулометрического и минералогического состава почв и подстилающих их приповерхностных грунтовых толщ, как депонирующей среды.

Анализируя регламентации действующих нормативных документов, относительно методов и методики определения загрязнения почв и подстилающих грунтов в городских условиях тяжелыми металлами [14, 26, 27, 56, 61, 62, 63, 87, 88, 89, 99, 101, 114, 130, 134], можно заключить, что они носят в основном общий характер и не содержат необходимых для практических целей методических конкретизаций, особенно в отношении геоэкологического мониторинга на городских притрассовых территориях в отношении загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами. С другой стороны, оценка химического загрязнения тяжелыми металлами почв и подстилающих грунтов ограничивается локальным разовым отбором проб грунтов с поверхности и на глубину заложения сооружения только на момент проведения инженерно-геологических изысканий.

Согласно Методическим указаниям МУ 2.1.7.730-99 [93], при изучении загрязнения грунтов от транспортных магистралей пробные площадки

должны закладываться на придорожных полосах с учетом рельефа местности, растительного покрова, метео - и гидрогеологических условий. Пробы почв отбирают с узких полос длиной 200-500 м на расстоянии 0-10, 10-50, 50-100 м от полотна дороги. При этом из полосы получают одну смешанную (валовую) пробу, состоящую из 20-25 точечных проб, отобранных с глубины 0-10 см. Другой документ - «Инструкция по проведению инженерно-экологических изысканий для подготовки проектной документации строительства, реконструкции в г. Москве» [62] -рекомендует при линейном воздушном источнике загрязнения размещать участки отбора проб вдоль источника по линиям, уменьшая количество участков с расстоянием от него. Отбор проб здесь следует проводить методом «цепочки» с узких полос длиной 50-100 м на расстоянии 10-25, 2550, 50-100, 100-150 м, при этом объединённую пробу с одного участка составляют не менее чем из пяти точечных проб [62].

Становится совершенно очевидно, что рассмотренные методики заложения проб вдоль автотрассовых полос неприемлемы в городских условиях и могут быть использованы только за пределами застроенных участков города вдоль автотрасс на загородных и незастроенных территориях лесного или сельскохозяйственного назначения. Кроме того, существующие методики инженерно-экологических изысканий совершенно не учитывают при выборе пробных площадок характер и степень застроенности придорожных участков, рельеф территории, степень озеленения в пределах изучаемого участка придорожных городских территорий и, что еще более важно с нашей точки зрения, состав и свойства слагающих приповерхностную толщу грунтов.

Таким образом, анализ работ по изучению загрязнений различных городских биотопов автомобильными выбросами позволяет заключить, что, несмотря на значительное количество работ, посвященных экологическим и геоэкологическим проблемам загрязнения городских территорий, вопросы загрязнения приповерхностной толщи грунтов тяжелыми металлами в

пределах крупных городов за счет выбросов автотранспорта остается во многих отношениях мало исследованным, в частности:

- условия формирования и характер распространения тяжелых металлов в почвах и поверхностной грунтовой толще отложений на городских территориях в зоне интенсивной автотранспортной нагрузки требуют дополнительного изучения, в том числе и для г. Москвы;

- особенности распространения загрязнений в ближайших зонах городских дорог от потока автотранспорта изучены недостаточно;

- несмотря на большое количество работ, связанных с изучением состава и токсичности отдельных компонентов, входящих в выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания, слабо разработана оценка степени загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами городских территорий, отличающихся спецификой ландшафтных условий, степенью и характером застроенности, наличием различных препятствий на пути переноса загрязнителей;

- практически не исследованы зависимости степени загрязнения тяжелыми металлами городских грунтов от их состава и строения;

- слабо освещены вопросы методики геоэкологического мониторинга загрязнения тяжелыми металлами почв и грунтов на участках городских территорий, расположенных в непосредственной близости от автомобильных дорог.

Приведенный анализ материалов исследований и опубликованных литературных источников позволил подтвердить актуальность исследования, сформулировать цель и основные задачи настоящей работы.

Таким образом, актуальность диссертации обусловлена необходимостью изучения формирования загрязнений тяжелыми металлами поверхностной грунтовой толщи вблизи автомагистралей, а также динамики ее загрязнения, как одной из составляющих биотопов городских экосистем.

Целью работы является изучение особенностей формирования загрязнений поверхностной грунтовой толщи соединениями тяжелых

металлов (РЬ, Ъп, Сё, N1, Си, Мп, Щ) вблизи крупных автомагистралей (на примере г.Москвы), а также выявление зависимостей концентраций изучаемых поллютантов от характеристик грунтов, слагающих участки придорожных городских ландшафтов для разработки методики геоэкологического мониторинга загрязнения почв и подстилающих грунтов под влиянием выбросов автомобильного транспорта.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1. Разработка методики исследований динамики накопления тяжелых ме