Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Комплексная оценка антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области и разработка мероприятий по их восстановлению

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Комплексная оценка антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области и разработка мероприятий по их восстановлению"

На правах рукописи

004600422

Головнева Татьяна Игоревна

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЕРРИТОРИИ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ИХ ВОССТАНОВЛЕНИЮ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 ДПР 2010

Иркутск 2010

004600422

Диссертация выполнена в ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Мусихина Елена Алексеевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Фатьянов Альберт Васильевич;

кандидат технических наук, доцент Иванова Маргарита Александровна

Ведущая организация:

Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск

Защита состоится «27» апреля 2010 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.02 при Читинском государственном университете по адресу: Чита, ул. Александро-Заводская, 30, зал заседаний ученого совета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 672039, Чита, ул. Александро-Заводская, 30, ЧитГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.299.02 Шарапову Н.М.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Читинский государственный университет».

Факс: (3022) 41-64-44; E-mail: root@ chitgu.ru

Автореферат разослан «¿¿у> марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доцент

Н.М.Шарапов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследовании. На протяжении последних десятилетий в Российской Федерации происходили процессы интенсивного промышлешюго развития и экстенсивной добычи природных ресурсов, которые в связи с использованием устаревших технологий сопровождались существенным негативным воздействием на окружающую среду и накоплением экологического ущерба.

Значительному антропогенному воздействию подвергаются территории, располагаемые на границах населенных пунктов и на землях промышленности. Наносимый экологический вред, оказывает непосредственное влияние на здоровье более чем 60 млн. жителей Российской Федерации, проживающих и работающих в городах.

Комплексная оценка экологического ущерба, накопленного в результате хозяйственной деятельности, до настоящего времени не проводилась, а имеющиеся данные носят фрагментарный характер. В частности, Федеральной службой по технологическому, экологическому и атомному надзору проводились оценочные исследования в Кемеровской и Иркутской областях с целью выработки предложений по ликвидации экологических обременении и реабилитации загрязненных территорий.

В нашей стране данной проблемой в разные годы занимались такие ученые, как В.И. Данилов-Данильян, В.Е. Логош, А.К.Полищук, П.И. Томаков, Г.В. Коротаев, Г.А Евдокимова, Н.П. Мозгова, И.И.Потапов. При оценке воздействия хозяйственной деятельности на природную среду нашли отражение методы: биогеохимической индикации, разработанный доктором Т.Н. Нижарадзе, гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный А.Е. Янковской, а также фрактальная теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф.Н. Рянским. Однако в трудах перечисленных ученых не учитываются климатические, физико-географические особенности Иркутской области, а также не учитывается фактор времени.

Одной из причин является то, что используемые на практике методики оценки экологического ущерба территориям не учитывают распространение воздействия на периферию окружающего пространства, основаны на использовании пространственных показателей и не учитывают свойства времени. Таким образом, оценка состояния окружающей среды не проводится комплексно и не отражает реальный ущерб, наносимый природной среде и, в частности, почвенному покрову.

Кроме того, используемые методики оценки территорий и экологического ущерба не учитывают распространение воздействия на периферию окружающего пространства, основаны только на использовании пространственных показателей и не учитывают свойства времени.

Таким образом, существующие технологии оценки состояния окружающей среды не проводится комплексно и не отражают реальный ущерб окружающей среде и, в частности, почвам

Цель работы - разработка методики комплексной оценки почв на основе пространственно-временной модели и адаптация ее для определения уровня антропогенного воздействия на почвенный покров территории Иркутской области с учетом химических загрязнений и разработка мер по восстановлению химически загрязненных почв.

Идея работы состоит в том, что комплексная оценка почв должна проводиться с учетом фактора времени и распространения воздействия загрязнений на периферию окружающего пространства, которое заключается в наложении областей загрязнения от источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга. Повышение качественных характеристик почв достигается почв за счет применения технологии санирования химически загрязненных почв.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:

- покомпонентный анализ антропогенного загрязнения почв Иркутской области;

- комплексный анализ влияния токсикантов промышленного происхождения на почвенный покров территории Иркутской области;

- определение границ влияния антропогенных факторов на почвенный покров по пространствешю-временной методике;

- определение экологического ущерба почвенном}' покрову с учетом фактора времени;

- выявление зон наложения и определение суммарного воздействия от различных типов токсикантов;

- выбор оптимальных способов снижения антропогенного загрязнения почв;

- разработка технологии повышения качественных характеристик химически загрязненных почв.

Объектом исследования являются почвы территории Иркутской области.

Предметом исследования являются методы оценки антропогенного загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения, фторидами, пестицидами, нефтепродуктами и твердыми бытовыми отходами.

В качестве методов исследования применялись фрактальный анализ области воздействия (с целью выявления степени устойчивости), системный анализ динамики уровня загрязнений, определение уровня плотности антропогенного воздействия, пространственно-временное моделирование, комплексный анализ антропогенного воздействия на почвы; использовано программное обеспечение: CorelDRAW Graphics Suite ХЗ, Microsoft Office Excel.

Научные положении, выносимые на защиту:

1. Методика комплексной оценки состояния почв, подверженных загрязнениям токсикантами различного происхождения, разработанная на основе временного показателя оценки ущерба земельным ресурсам, позволяющая адекватно определить границы, а так же реальную величину антропогенного воздействия на состояние почв.

2. Выявление наличия зон наложения воздействия токсикантов от различных источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга, в которых наблюдается превышение уровня загрязнений и обоснование целесообразности создания буферных зон с целью исключения кумулятивного эффекта.

3. Повышение качественных характеристик почв на основе технологии санирования разработанной с учетом пространственно-временных особенностей распространения токсикантов в почвенном покрове.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые произведена комплексная оценка загрязнения почв по пространственно-временной методике, позволяющая определить величину и закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик;

- выявлен эффект наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов (в том числе, локальных), указывающий на повышенное негативное влияние на почвы городов, расположенных на расстоянии 20-50 км друг от друга;

- установлена зависимость изменения качественных характеристик почв при применении санирующих агентов.

Практическая значимость работы:

- разработана методика комплексной оценки почв применительно к Иркутской области с возможностью адаптации к другим территориям;

- предложен метод определения величины ущерба окружающей среде на основе эффекта наложения областей антропогенного воздействия;

- определена возможность прогнозирования антропогенного загрязнения территорий различного вида токсикантами с целью создания буферных зон;

- разработанная методика апробирована на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области (акт внедрешш технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств от 25 сентября 2008 года);

- предложена технология санирования почв, определены условия и ограничения ее реализации к влиянию антропогенных факторов на экосистемы различных уровней применительно к территориям Иркутской области.

- результаты научного исследования могу быть применены в дальнейшем для разработки комплексной оценки антропогенного воздействия на природную среду с целью стабилизации ее состояния.

Апробация результатов научного исследования

Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Экологические проблемы хранения и использования вторичного сырья» (Лозанна, 1998); Всероссийское совещание по подземным водам Востока России (Новосибирск, 2000); «Геонауки» (Иркутск, 2008); «Проблемы земной цивилизации» (Иркутск, 2008); «Экология и современное образование» (Москва, 2008); круглый стол РАЕ «Вода живая и непостижимая», (Иркутск, 2008); «Успехи современного естествознания» (Москва, 2008); «The global problems of modern human ecology» (Лондон, 2008).

Достоверность и обоснованность выводов подтверждена корректной постановкой задач исследования, использованием современных методов исследований, большим объемом исходных данных и результатами экспериментальных исследований, проведенных аккредитованной лабораторией, ошибка которых по данным математической обработки составила 5-8 %.

Личный вклад автора заключается в:

постановке цели, задач исследований, выполнении анализа современного состояния проблемы и путей ее решения;

- усовершенствовании методики и установлении закономерности изменения величины ущерба почвам, выявлении эффекта наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов, определен характер изменения состояния почвенного покрова и уровень деградации почв под влиянием антропогенных воздействий.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность доктору геолого-минералогических наук, заведующему кафедрой А.Г. Дмитриеву за практическое содействие и помощь при выполнении работы; доктору технических наук, профессору Е.В. Зелинской за советы и помощь, оказываемые в процессе выполнения работы; кандидату технических наук, доценту Л.М. Щербаковой за внимание и консультации.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 работ, 3 из них - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работы диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения; изложена на 131 странице компьютерного текста, имеет библиографический список из 127 наименований, 2 приложения, содержит 24 рисунка и 23 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований по теме диссертационной работы, сформулирована цель и дана общая характеристика работы.

В первой главе приводится анализ современных методик оценки антропогенного влияния на почвенный покров. Дана общая характеристика почв и источников воздействия применительно к территории Иркутской области.

Наиболее сильное техногенное загрязнение испытывают почвы вблизи крупных промышленных предприятий, больших городов и транспортных путей. Несмотря на большое количество информации по загрязнениям почв, она разнородна и не оценивает комплексно уровень воздействия токсикантов на состояние почвенного покрова, поскольку применяемые на практике методики не позволяют этою сделать.

Ни одна из известных на сегодня методик не отражает реальный масштаб воздействия, наносимого окружающей природной среде, не позволяет учитывать многофакторность влияния на почвы и разброс во времени, что в свою очередь искажает показатели оценки ущерба, наносимого природной среде.

Таким образом, комплексная оценка почв является весьма актуальной задачей, решение которой позволит адекватно оценить антропогенное влияние на почвенный покров, прогнозировать состояние почв на длительную перспективу и научно обосновать выбор технологии восстановления качественных характеристик почв на основе современных методов.

Во второй главе выполнен анализ антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области за последние 15 лет различными типами токсикантов по 22 населенным пунктам Иркутской области, который демонстрирует превышение уровня предельно допустимых концентраций по целому ряда компонентов, таких как свинец, марганец, хром, никель, молибден, олово, ванадий, медь, цинк, ртуть, кобальт, сульфаты, а также по кислотности почв (рН); по загрязнению почв фтористыми соединениями, нефтепродуктами и пестицидами. На основе анализа данных загрязнения произведена комплексная оценка состояния почв территории Иркутской области с учетом фактора времени.

В третьей главе предложена методика комплексной оценки почв территории Иркутской области. Результаты исследования уровня загрязнения почв территории Иркутской области токсикантами показали целесообразность выявления областей совокупного влияния различных источников загрязнения.

Предложен алгоритм анализа наложения областей различных видов токсикантов, позволяющий определить плотность загрязнения почв. Методика оценки показана на примере основных промышленных узлов Иркутской области.

В четвертой главе проведен анализ методов и разработана технология восстановления химически загрязненных почв городов и прилегающих к ним территорий.

В заключении содержатся основные выводы, полученные в ходе выполнения работы.

Основные научные положения, выносимые на защиту, и их обоснование:

1. Методика комплексной оценки состояния почв, подверженных загрязнениям токсикантами различного происхождения, разработанная на основе временного показателя оценки ущерба земельным ресурсам,

позволяющая адекватно определить границы и реальную величину антропогенного воздействия на состояние почв.

Проблема адекватной оценки антропогенного воздействия на природную систему чрезвычайно сложна и много факторна. В практике экологической деятельности оценка воздействия на окружающую среду подразумевает определение ущерба атмосферному воздуху, водным ресурсам, а ущерб почвам учитывается только опосредованно, через размещение отходов или путем учета механических нарушений земельного покрова. Однако, оценка экологического состояния территорий невозможна без всестороннего учета воздействия на почвы.

Несмотря на большое количество информации по загрязнениям почв, она разнородна и не оценивается комплексно, поскольку применяемые на практике методики не позволяют этого сделать.

Нами был выполнен анализ антропогенного загрязнения почв различными типами токсикантов за последние 15 лет по 22 населенным пунктам Иркутской области, который демонстрирует превышение уровня предельно допустимых концентраций по целому ряд}- компонентов, таких как свинец, марганец, хром, никель, молибден, олово, ванадий, медь, цинк, ртуть, кобальт, сульфаты, а также по кислотности почв (рН); по загрязнению атмосферных осадков, снежного покрова и почв фтористыми соединениями, нефтепродуктами и пестицидами. Выявлены закономерности воздействия токсикантов на здоровье населения, такие как: убыль населения, отрицательные тенденции естественного прироста, увеличение смертности трудоспособного населении, стабильно высокий показатель младенческой смертности в городах и районах области, превышающий среднероссийский. На основе анализа данных загрязнения произведена комплексная оценка состояния почв территории Иркутской области с учетом фактора времени.

На графиках загрязнения почв городов Ангарска и Усолья-Сибирского (рис. 1) свищом в период с 1993 по 2007гг. наблюдается уменьшение концентрации свгшца в период с 1994 по 1996 гг., связанное со снижением объема производства. С 1998 г. происходит резкое увеличение уровня ПДК свинца, достигающее двукратного в 2003 г., а также:

- общее содержание токсикантов в почвах Иркутской области, снижающееся в период с 1994 по 1996гг. и имеет устойчивую тенденцию к росту, начиная с 1998 г.;

- отмечается резкое увеличение концентрации токсикантов в пятикилометровой зоне;

- распространение загрязнения на периферию окружающего пространства достигает 25 - 32 км, что обуславливает появление зон наложения различных типов воздействия.

1111111

1993 1994 1996 2002 20С4 2С06 2007 _Год_

| и Ангарск я Усольв-Сибирское |

Рис. 1. Загрязнение почв свинцом в Ангарске и Усолье-Сибирском в период с 1993 по 2007 гг.

Кроме того, чрезвычайно загрязнен воздух некоторых городов области, что приводит к дополнительному загрязнению почвенного покрова. Динамика уровня загрязнения атмосферного воздуха (показатель индекса загрязнения атмосферы) на примере города Ангарска представлена в таблице 1. Выбросы различных загрязняющих атмосферу веществ (токсикантов) и образование твердых отходов представлены в табл. 2.

Таблица 1

Динамика индекса загрязнения атмосферы в Ангарске

Год 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

ИЗА 10,06 8,27 8,62 10,05 13,05 8,41 12,85 14,42 15,30

Таблица 2

Выбросы токсикантов и твердых отходов в Ангарске ( т/км2)

Год Твердые отходы в02 СО N0, Аммиак Н28

1997 319,0 620,8 185,4 204,5 4.8 0,3

1998 313,0 655,7 133,3 236,8 3,8 0,8

2002 226,4 516,8 160,8 268,3 2,4 0,8

~2004Н 207,0 549,0 157.8 260,0 2,5 0,7

2005 208,1 563,0 160,9 259,3 2,5 0,8

2006 208,5 558.2 162,4 267,0 2,4 0,8

2007 207,9 549,3 158,9 260,1 2,3 0,8

Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются стационарные источники (промышленные объекты) и автотранспорт.

Установлено, что с увеличением расстояния от центра города уменьшается концентрация токсикантов в почве, однако изменение загрязнения не имеет линейный характер. Если возле источника превышение ДЦК достигает 3-5 раз,

то к 25-километровой зоне превышение достигает двух раз. Выявлены закономерности изменения концентрации с расстоянием от центра со снижением концентрации до 2-2, 5 ПДК в 2 километровой зоне и резким накоплением загрязнений в 5-километровой зоне - до 6 ПДК. Показано, что воздействие токсикантов различного происхождения на почвенный покров с увеличением расстояния от источника загрязнения (город, промышленная зона) изменяется стохастически (рис.2, 3). Зависимость накопления загрязнений в почвенном покрове аналогична рассеиванию примесей в атмосфере. Это позволяет предположить, что основной вклад в загрязнение почв вносит не миграция компонентов в почве и накопление на геохимических барьерах, а абсорбция из атмосферного воздуха.

-Ам^фск

-Усолье-Смбирскоо

О 5 10 15 20 25 30

Расстояние от центра города, км

Рис 2. Распространение водорастворимого фтора в почвах городов _Ангарска и Усолья-Сибнрского______

—•—Зигла -в-Саямск

10 15 20

Расстояние от центра города, км

Рис 3. Распространение свинца в почвах городов Зима и Саянск

Отбор проб почв производится на пробной площадке в соответствии с СТБ ИСО 10381-4, ГОСТ 17.4.3.01, ГОСТ 17.4.4.02. Таким образом, состояние почвенного покрова повсеместно в районах деятельности промышленных

узлов характеризуется значительным накоплением загрязнений и требует комплексно]} оценки.

Оценка ущерба от антропогенного загрязнения по пространственно-временной модели производится по формуле 1:

где Ск - масштабный коэффициент подобия; Гщах - время жизни компонента природной среды; п - количество уровней системы, для которых производится расчет, в данном случае 3; Ксв - коэффициент связи компонентов природной среды, принимаем равным 3 (почвы, вода и воздух), Снар - степень нарушенности земель; SKap - площадь загрязненных токсикантами земель; So6ul -это площадь территории Иркутской области.

Для комплексной оценки состояния почв территории Ирку тской области формула преобразована путем ввода вместо степени нарушенности земель (Снар) значения превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в почвах, как основного показателя воздействия. Масштабный коэффициент подобия Ск рассчитан методом фрактального анализа, заключающемся в определении устойчивости среды к антропогенным воздействиям. Показано, что устойчивость природной среды Иркутской области низкая, что подтверждается, в том числе, высокой сейсмической активностью. Коэффициент Ск определен для территории Иркутской области расчетным путем и равен 2,95. Время жизни компонента природной среды (почвы, рельеф) Гщ^ принято за 100 лет, исходя из времени формирования 1 см плодородного слоя.

В результате преобразований формула для расчета ущерба, наносимого почвам, принимает вид:

Пространственно-временная методика с использованием преобразованной формулы определения ущерба позволяет выявить не только распространение, но и плотность загрязнения. Левая часть формулы характеризует пространственные отношения, правая - временную компоненту.

Полученная величина ущерба характеризует временной показатель, определяющий интервал времени, необходимый для восстановления природной среды данной территории (условная временная единица -у.в.е.).

Разработан алгоритм использования методики комплексной экологической оценки почв для двух типов территорий: урбанизированных и вновь осваиваемых.

0)

(2)

Комплексная оценка урбанизированных территорий включает следующие этапы (рис. 4):

• Определение основных источников загрязнения почв.

• Расчет фрактальной размерности природной среды по параметру порядка.

• Анализ распространения воздействия по пространственно-временной методике и построение моделей и графиков динамики загрязнения.

• Графическое представление пространственно-временной модели, построенной на основе полученных данных с целью выявления областей наложения воздействия.

• Определение областей наложения различных видов антропогенного воздействия.

• Расчет эколого-экономических рисков при планировании новых производств.

• Принятие мер, в том числе превентивного характера, с целью исключения наложения воздействий.

Рис. 4. Технологическая схема комплексной оценки урбанизированных

территорий

Рис. 5. Покомпонентный анализ ущерба

Методика комплексной оценки осваиваемых территорий проводится на стадии инженерных изысканий и заключается в следующем:

• Общий мониторинг природной среды в естественных условиях.

• Расчет фрактальной размерности природной среды по параметру порядка с целью выявления ее устойчивости к различным видам воздействия.

• Шшшрование развития и освоения территорий с учетом уникальности природных ландшафтов.

• Расчет эколого-экономических рисков при планировании и размещении производств по пространственно-временной методике.

• Определение границ поселений с целью планирования буферных зон

• Определение границ и площадей буферных зон.

• Графическое представление предполагаемых областей воздействия на основе пространственно-временного моделирования.

• Мониторинг природной среды с целью выявления неучтенных обстоятельств.

• Принятие превентивных мер на основе данных мониторинга.

Методика комплексной оценки апробирована также на не урбанизированных территориях, в частности, в районе добычи полезных ископаемых, как твердых, так и вблизи месторождений нефти и газа в частности Ковыктинского газоконденсатного месторождения. Выявлено влияние на экосистему, установлена третья и четвертая степень деградации почв в районе месторождения и определен реальный ущерб на почвы исследуемых территории, который составил у.в.е.

2. Выявление наличия зон наложения воздействия токсикантов от различных источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга, в которых наблюдается превышение уровня загрязнений и обоснование целесообразности создания буферных зоп с целью исключения кумулятивного эффекта

Основными источниками загрязнений (фтор, свинец, цинк, ртуть и т.д.) являются предприятия Иркутской области, такие как Ангарская нефтехимическая компания, Ангарский завод полимеров, «Усольехимпром», «Саянскхимпласт», «ИрКАЗ», «БрАЗ», «Востсибэлемент», бывший Ангарский металлургический завод и другие. Более того, большая часть предприятий сосредоточена в пределах городов, что приводит к высокому уровню загрязнения их почвенного покрова.

Анализ загрязнения почв территории Иркутской области токсикантами показал целесообразность выявления областей совокупного влияния различных источников загрязнения.

Предложен алгоритм анализа наложения областей различных видов токсикантов, позволяющий определить плотность загрязнения почв. Методика оценки показана на примере основных промышленных узлов Иркутской области. Методом пространственно-временного моделирования были получены данные для построения карт-схем загрязнений почв (рис. 6).

В соответствии со стандартной методикой отбор проб производится на расстояниях 5, 10, 15 и 25 км от центра города или источника. Ранее считалось, что с увеличением расстояния от центра города концентрация токсикантов уменьшается. Однако проведенный нами анализ многочисленных данных показывает, что имеет место кумулятивный эффект, например, на расстоянии

10-15 км от города Иркутска и на расстоянии 10-15 км от Шелехова концентрация токсикантов увеличивается.

Установлено, что с увеличением расстояния от центра городов Ангарск, Иркутск, Усолье-Сибирское уменьшается концентрация токсикантов в почве, ьо нужно отметить резкое увеличение концентрации токсикантов в пятикилометровой зоне.

Распространение загрязнения на периферию окружающего пространства достигает 25 - 32 км, что обуславливает появление зон наложения различных типов воздействия токсикантов с возможностью прохождения химических реакций.

При этом наложение областей загрязнения токсикантами, как фактор близости источников воздействия до сих пор не исследован. Наложение таких областей было выявлено в данной работе для городов, расположенных на расстоянии до 50 км друг от друга: Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Зима - Саянск и др.

Представлены карты-схемы близко расположенных городов Иркутской области, учитывающие неблагоприятное воздействие располагающихся рядом промышленных предприятий, как на почвы самих городов, так и на периферию окружающего пространства, особенно в местах наложения влияния токсикантов промышленного происхождения.

Рис. 6. Наложение областей воздействия токсикантов

Установлено, что и в границах городов близко расположенные предприятия оказывают повышенное негативное влияние на почвы вследствие возникновения эффекта наложения.

Визуализация данных показала превышение ПДК в несколько раз на расстоянии 10-15 км вокруг городов, расположенных на расстоянии 20-50 км.

Рис. 7. Ущерб, нанесенный территории г. Шелехова, района и области загрязнением почв свинцом (условные временные единицы)

Определены количественные характеристики наложения областей загрязнений. Используя фактические данные, полученные ИУГМС в населенных пунктах Иркутской области, выявлена динамика изменения ущерба в зависимости от уровня загрязнения (рис.7). Для анализа были взяты несколько иерархических уровней с разной площадью восприятия загрязнений (город, район, область).

Видно, что наблюдается значительное по площади пересечение территорий, испытывающих ущерб, от источников воздействия, расположенных в разных населенных пунктах, (т.н. совокупный ущерб) (рис.8).

0,073 0,925 770

Площадь, км2

Ангарск - Усолъе-Сибирсжо©

Рис 8. Совокупный ущерб, нанесенный территориям Ангарска и Усслпья-Сибирского загрязнением почв свинцом (у словные временные единицы)

Методика, включающая анализ почв, выявление областей наложения токсикантов и методы восстановления нарушенного (загрязненного) почвенного покрова, апробирована на фактическом материале в ГУ МЧС России ио Иркутской области.

Рекомендовано, с целью избежания кумулятивного эффекта, создание буферных зон (например, лесополосы), как между городами, так и между отдельными предприятиями.

Технологическая схема комплексной оценки с учетом выявленного эффекта наложения воздействия от токсикантов включает в себя следующее подпроцессы:

• определяются источники загрязнения с характерными для них токсикантами;

• рассчитывается фрактальная размерность природной среды по параметру порядка;

• производится анализ каждого компонента природной среды в отдельности, включающий

- первичную обработку дашшк мониторинга,

- расчет ущерба по традиционной методике,

- расчет ущерба по пространственно-временной методике с помощью коэффициента пропорциональности,

- визуализация полученных результатов с целыо выявления областей наложения ущерба от различных видов воздействия;

• осуществляется комплексная оценка природной среды с учетом наложения ущерба по всем компонентам;

• рассчитываются площади наложения воздействия и риски;

• определяется комплекс корректирующих действий, включающий

- корректировку деятельности предприятий — источников

загрязнения,

- создание буферных зон и т.д.

Выявленные превышения ПДК на значительных расстояниях от источника загрязнения указывают на существенные изменения качества почв (рис.8) и вызывают необходимость применения современных технологий очистки почв от токсикантов промышленного происхождения.

3. Повышение качественных характеристик почв иа основе технологии санирования разработанной с учетом пространственно-временных особенностей распространения токсикантов в почвенном покрове

По результатам оценки предложен ряд мероприятий по восстановлению качественных характеристик почв.

Санирование является составной частью комплекса технологических процессов, связанных с восстановлением нарушенных земель. При проведении

16

процесса санирования в первую очередь предлагается провести обследование почв на наличие токсикантов. Экспериментально произведен подбор реагентов для санирования. Реагент для санирования подбирается специально для нейтрализации токсикантов, характерных для почвенного покрова Иркутской области, таких, как цинк, свинец, кобальт, молибден, ртуть, сульфаты, фтор.

Так как свинец и все его водорастворимые соединения является одним из наиболее опасных токсикантов на территории Иркутской области, основной объем исследования был направлен на выбор санирующего агента для свинца. Установлено, что токсиканты находятся в почвах в форме оксидов (РЬСЪ, РЬО) и гидрокарбонатов (РЬ(НС03)2 гп(НС03), Щ(НС03)2 М(НС03)2). Все гидрокарбонаты свинца хорошо растворимы в воде. Механизм действия агента должен быть направлен на перевод этих соединений в нерастворимые формы (например, карбонаты и извлечение их из почв) и соединения с меньшей токсичностью. Проведенные испытания показали целесообразность использования золы тепловых электрических станций, так как эти золы дают широкие возможности для применения их в процессах санирования почв.

Результат достигается путем введения в почву суспензий, эмульсий или растворов реагента:

РЬ(НС03)2+Ыа2СОз=2МаНСО3+РЬСО3 полученные карбонаты свинца не растворимы в воде и менее токсичны.

РЬ (НС03); + зола —> РЬС03, полученные карбонаты свинца не растворимы в воде и менее токсичны.

Технологическая схема извлечения свинца из почвы с помощью золы представлена на рис.9. Концентрация токсикантов в почве при применении данной технологии снижается в два раза. Кроме того, в связи с тем, что помимо органического углерода и азота в состав золы входит значительное число микроэлементов, зола повышает качество почвы и урожая, особенно на плохих землях.

В зависимости от масштаба и характера загрязнения возможны два основных направления санации почв: удаление верхнего слоя грунта на свалку или для переработки на специальных установках; разрушение вредных веществ различными способами непосредственно на месте.

Экономически обусловлено проведение санирования нарушенного и загрязненного почвенного покрова на месте. Санирование проводится в два этапа: технический и биологический.

По результатам проведённых исследований предложена схема санирования почв (рис. 10).

При разработке технологической схемы санирования учитывались следующие факторы:

- природно-климатические условия района (климатические, геологические, вегетационные);

- местоположение участка предполагаемой обработки (и, как следствие, решение вопроса о месте проведения санирования);

- перспективы развития района разработки;

- показатели химического состава инженерно-геологической характеристики вскрышных и вмещающих пород и их смесей в отвалах;

- пространственно-временной фактор;

- наложение областей и как следствие, наложение токсикантов;

- хозяйственные, социально-экономические и санитарно-гигиенические условия района размещения нарушенных земель;

- срок использования санированных земель с учетом возможности повторных нарушений;

- охрана окружающей среды от загрязнения ее пылью, газовыми выбросами и сточными водами в соответствии с установленными нормами ПДВ и ПДК;

- охрана флоры и фауны.

Рис. 9. Технологическая схема извлечения шин ни из почвы с применением золы

При выборе технологии восстановления нарушенных земель следует учитывать тот фактор, что процесс санирования обеззараживает почвенный покров и нейтрализует токсиканты (такие как цинк, свинец, кобальт, медь,

18

никель, фтор, ртуть, сульфаты и др.) Более того, санирование улучшает качественные показатели почвенного покрова, в том числе повышает бонитет почв.

Санируемые земли и прилегающая к ним территория после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт.

Рис. 10. Технологическая схема санирования почв

Использование метода санирования почв территорий показывает эффективность его применения в условиях химически загрязненных почв. Классифицируя время как дисконтный показатель, констатируем снижение временных затрат и улучшение качественного состояния почв при санировании.

Проведенный анализ изменения качественных характеристик по химическим и физическим показателям почв городов, расположенных на расстоянии 20-50 км (Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Свирск

- Черемхово) показал снижение превышения уровней ПДК токсикантов в почве в 2-3 раза в результате применения технологии санирования почв.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе представлено решение актуальной задачи: на основе пространственно-временной модели выполнена комплексная оценка почв территории Иркутской области и разработаны мероприятия по их восстановлению.

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Проведенный покомпонентный анализ почвенного покрова территории Иркутской области позволил установить закономерности распределения концентрации токсикантов (таких как фтор, сульфаты, свинец, цинк, кобальт, марганец, ртуть, медь), заключающиеся в превышении их численного значения по отношению к ПДК в 2-50 раз в зависимости от типа источника или характера выбросов. Нами установлено, что зависимости концентрации загрязнителей в почвенном покрове от удаленности от источника воздействия не являются монотонно убывающими, а имеют определенные пики максимумов на различных расстояниях от предприятий. На основании полной оценки антропогенного воздействия на почвы территорий, выявлены закономерности изменения накопления загрязнений в почвенном покрове, свидетельствующие о стохастическом рассеивании токсикантов вокруг промышленных центров и других населенных пунктов, что приводит к негативному воздействию на окружающую среду даже на значительном удалении (25-30 км) от источников воздействия.

2. Предложена принципиально новая технология комплексной оценки антропогенного воздействия загрязняющих веществ на почвы, позволяющая определить величину и закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик. Технология комплексной оценки осваиваемых и урбанизированных территорий, включает взаимосвязанные процедуры оценки, начиная с определения основных источников загрязнения почв, анализа распространения воздействия по пространственно-временной методике и построение моделей и графиков динамики загрязнения и до разработки мер восстановления нарушенного (загрязненного) почвенного покрова с целью исключения наложения воздействий от разных токсикантов и разных источников.

3. Произведена комплексная оценка антропогенного воздействия на почвы территории Иркутской области и выявлены закономерности накопления токсикантов в почвенном покрове с течением времени, заключающиеся в значительном превышении ПДК в почвенном покрове, нелинейном характере изменения концентрации с максимальным экстремумом в пятикилометровой зоне от источника загрязнения, которое для отдельных компонентов, таких как свинец, сульфаты, гидрокарбонаты, фтор и фториды, достигает 10-70 раз. При этом установлено, что изменение накопления токсикантов носит стохастический характер.

4. С использованием пространственно-временного моделирования рассчитан эколого-экономический ущерб, позволяющий определить реальную величину негативного воздействия, включая химические загрязнения. Рассчитанные значения ущерба свидетельствуют о том, что для самовосстановления почвенного покрова территорий, загрязненных токсикантами, требуется зачастую 100 и более лет.

5. Выявлены зоны наложения областей воздействия от токсикантов различного происхождения, что позволяет определить территории, подверженные многократному воздействию комплексом загрязняющих веществ. С применением пространственно-временной методики определения ущерба, показано, что наложение воздействия от различных источников принципиально метет характер и уровень загрязнения. Проведенный анализ изменения качественных характеристик почв городов, расположенных на расстоянии 20-50 км (Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Свирск - Черемхово), показал наиболее подверженные химическим загрязнениям зоны. Распространение загрязнений на периферию окружающего пространства достигает 25 - 32 км, это обуславливает появление зон наложения различных типов воздействия токсикантов, на расстоянии 10-15 км, с возможностью взаимодействия токсикантов между собой и усиления влияния на почвы до 1000 ПДК по отдельным компонентам.

6. Обоснована целесообразность применения санирования, как технологии, позволяющей улучшать качественные показатели почвенного покрова (концентрацию токсикантов) в два-три раза, в том числе и по химическим загрязнениям, которое заключаются в частичном или полном извлечении из почв вредных компонентов или уменьшении их токсичности за счет ввода различных агентов, подобранных для токсикантов, характерных для промышленности, располагающейся на территории Иркутской области.

7. Методика комплексной оценки почв территории Иркутской области, включающая анализ почв, выявление областей наложения токсикантов и методы восстановления нарушенного (загрязненного) почвенного покрова апробирована (акт внедрения от 25.09.2008 г.) на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области

8. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс по дисциплинам программы подготовки и при выполнении выпускных квалификационных работ в Воронежском (акт внедрения в учебный процесс)

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Головнева Т.И., Мусихина Е.А. Задача комплексной оценки антропогенного загрязнения почв на территории Иркутской области// «Экология урбанизированных территорий». М., 2008,- №3.- С.73-77.

3. Головпева Т.И. Оценка состояния почв территории Иркутской области// «Вестник ИрГТУ» Иркутск, 2008.- С. 180-183.

2. Головнева Т.И., Зелинская Е.В., Муспхина Е.А. Технология комплексной оценки почв (на примере территории Иркутской области)// «Экология урбанизированных территорий». М., 2009.- X® 2,- С. 66-70.

4. Головнева Т.И., Зелинская Е.В., Горбунова О.И. Экономические аспекты использования техногенного сырья // Тезисы докладов научно-технического семинара «Экологические проблемы хранения и использования вторичного сырья». - Лозанна, 1998.-С. 16.

5. Головнева Т.И., Мусихина Е.А. Проблема оценки антропогенного воздействия на почвы Иркутской области // Проблемы земной цивилизации: сборник статей «Поиск решения проблем выживания, безопасности и развития Земной цивилизации». - Иркутск,- Вып. 19.-2008,- С. 169-172.

6. Головнева Т.И., Мусихина Е.А. Комплексная оценка антропогенного загрязнения почв Иркутской области//Материалы научно-технической конференции «Геонауки».- Иркутск, 2008,- С.28-34.

7. Golovnyova T.I., Musikhina Е.А. The global problems of modem human ecology// European journal of natural sciences, London, 2008.-№5.- P. 98-99.

8. Головнева Т.И. , Мусихина Е.А. Мониторинг почв территории Иркутской области // «Успехи современного естествознания», М., 2008,- №7,- С.58-60.

9. Головнева Т.И. Проблема оценки воздействия на почвы Иркутской области // Материалы конференции «Экология и современное образование» Москва, 2008.-С.88.

10. Головнева Т.И., Мусихина Е.А. Проблемы рационального использоваши земель территории Иркутской области// Проблемы земной цивилизации: «Поиск решения проблем выживания, безопасности и развития Земной цивилизации». Иркутск,- Вып.21,- 2008,- С. 169-172.

11. Головнева Т.И., Зелинская Е.В. Применение термических методов опреснения для утилизации ценных компонентов из природных вод// Тезисы докладов молодежной научно-технической конференции «Гидроминералъные ресурсы Восточной Сибири»,- Иркутск, 1999.- С.66-69.

12. Головнева Т.И., Зелинская О.В, Пугач О.П. Разработка технологии извлечения металлов из подземных рассолов кимберлитовых месторождений // Тезисы докладов всероссийского совещания по подземным водам Востока России (XVI совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока). - Новосибирск, 2000. - С.154-156.

13. Головнева Т.И., Зелинская Е.В. Возможности применения термических методов извлечения металлов из высокоминератизованных подземных вод// Сборник научных трудов «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири». -Иркутск, 2001.-С. 179-182.

Подписано в печать 19.03.2010. Формат 60 х 90 /16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Зак. 75. Поз. плана 31н.

ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Головнева, Татьяна Игоревна

Введение.

1 Современное состояние оценки антропогенного воздействия на почвенный 10 покров.

1.1 Изменение характеристик почв при антропогенных нагрузках.

1.2 Общая характеристика воздействия на почвы Иркутской области.

1.3 Обобщение методик ущерба окружающей среде.

1.4. Анализ способов восстановления почвенного покрова.

2 Исследование антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области.

2.1 Применение пространственно-временной методики для определения ущерба почвенному покрову.

2.1.1 Разработка методики оценки ущерба на основе пространственновременной модели воздействия загрязнений на окружающую среду

2.2 Установление границ воздействия загрязнений на почвы населенных пунктов Иркутской области с учетом фактора времени.

2.2.1 Ангарский и Усольский промышленный район.

2.2.2 Иркутский район.

2.2.3 Братский промышленный район.

2.2.4 Зиминско-Саянский промышленный район.

2.2.5 Тайшетский промышленный район.

2.2.6 Поселок Слюдянка.

3 Разработка технологии комплексной оценки почв территории Иркутской области.

3.1 Основные объекты загрязнения и токсиканты, характерные для Иркутской области.

3.2 Технология комплексной оценки.

3.3 Выявление областей с совокупным загрязнением (наложение областей воздействия).

3.4 Рекомендуемые меры по восстановлению характеристик почвенного покрова

4 Обоснование санирования как технологического метода по улучшению качественного состояния почв.

4.1 Анализ степени деградации почв.

4.2 Процесс деградации почв на примере территории Ковыктинского газоконденсатного месторождения.

4.3 Технические решения для восстановления качественных характеристик почв.

4.3.1 Выбор способа восстановления качества почв.

4.3.2 Подбор реагентов для санирования.

4.3.3 Технологическая схема работ по санированию почв.

4.3.4 Преимущества процесса санирования почв.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Комплексная оценка антропогенного загрязнения почв территории Иркутской области и разработка мероприятий по их восстановлению"

Актуальность

На протяжении последних десятилетий в Российской Федерации происходили процессы интенсивного промышленного развития и экстенсивной добычи природных ресурсов, которые в связи с использованием устаревших технологий сопровождались существенным негативным воздействием на окружающую среду и накоплением экологического ущерба.

Значительному антропогенному воздействию подвергаются территории, располагаемые на границах населенных пунктов и на землях промышленности. Наносимый экологический ущерб оказывает непосредственное влияние на здоровье более чем 60 млн. жителей Российской Федерации, проживающих в городах и работающих на предприятиях.

Комплексная оценка экологического ущерба, накопленного в результате хозяйственной деятельности, до настоящего времени не проводилось, а имеющиеся данные носят фрагментарный характер. В частности, Ростехнадзором проводились оценочные исследования экологического ущерба в Кемеровской и Иркутской областях с целью выработки предложений по ликвидации экологических обременений и реабилитации загрязненных территорий. В нашей стране данной проблемой в разные годы занимались такие ученые, как В.И. Данилов-Данильян, В.Е. Лотош, А.К.Полшцук, П.И. Томаков, Г.В. Коротаев, Г.А Евдокимова, Н.П. Мозгова, И.И.Потапов. При оценке воздействия хозяйственной деятельности на природную среду нашли отражение методы: биогеохимической индикации, разработанный доктором Т.Н. Нижарадзе, гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы, предложенный А.Е. Янковской, а также фрактальная теория пространственно-временных размерностей, сформулированная Ф.Н. Рянским. Однако в трудах перечисленных ученых не учитываются климатические, физико-географические особенности Иркутской области, а также не учитывается фактор времени.

В практике экологической деятельности в настоящее время на большей части территории Российской Федерации оценка воздействия на окружающую среду подразумевает определение ущерба атмосферному воздуху, водным ресурсам, а ущерб почвам учитывается только опосредованно, через размещение отходов или путем учета механических нарушений земельного покрова. Однако, оценка экологического состояния территорий невозможна без всестороннего учета воздействия на почвы. Химическое загрязнение почв территорий происходит, в основном, путем осаждения загрязнителей, переносимых воздушными и водными потоками. Такие виды воздействия сложно учесть, а тем более спрогнозировать.

Одной из причин является то, что используемые на практике методики оценки экологического ущерба территориям не учитывают распространение воздействия на периферию окружающего пространства, основаны на использовании пространственных показателей и не учитывают свойства времени.

Таким образом, существующая технология оценки состояния окружающей среды не проводится комплексно и не отражает реальный ущерб природной среде.

Цель работы - разработка методики комплексной оценки почв на основе пространственно-временной модели, ее адаптация для определения уровня антропогенного воздействия на почвенный покров территории Иркутской области с учетом химических загрязнений и разработка мер по восстановлению химически загрязненных почв.

Идея работы состоит в том, что комплексная оценка почв должна проводиться с учетом фактора времени и распространения воздействия загрязнений на периферию окружающего пространства, которое заключается в наложении областей загрязнения от источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга. Повышение качественных характеристик почв достигается почв за счет применения технологии санирования химически загрязненных почв.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи исследования:

- покомпонентный анализ антропогенного загрязнения почв Иркутской области;

- комплексный анализ влияния токсикантов промышленного происхождения на почвенный покров территории Иркутской области;

- определение границ влияния антропогенных факторов на почвенный покров по пространственно-временной методике;

- определение ущерба почвенному покрову с учетом фактора времени;

- выявление зон наложения и определение суммарного воздействия от различных типов токсикантов;

- выбор оптимальных способов снижения антропогенного загрязнения почв;

- разработка технологии повышения качественных характеристик химически загрязненных почв.

Объектом исследования являются почвы территории Иркутской области.

Предметом исследования являются методы оценки антропогенного загрязнения почв токсикантами промышленного происхождения, фторидами, пестицидами, нефтепродуктами и твердыми бытовыми отходами.

В качестве методов исследования применялись фрактальный анализ области воздействия (с целью выявления степени устойчивости), системный анализ динамики уровня загрязнений, определение уровня плотности антропогенного воздействия, пространственно-временное моделирование, комплексный анализ антропогенного воздействия на почвы; использовано программное обеспечение: CorelDRAW Graphics Suite ХЗ, Microsoft Office Excel 2003.

Научные положения, выносимые на защиту:

- методика комплексной оценки состояния почв, подверженных загрязнениям токсикантами различного происхождения, разработанная на основе временного показателя оценки ущерба земельным ресурсам, позволяющая адекватно определить границы, а так же реальную величину антропогенного воздействия на состояние почв;

- выявление наличия зон наложения воздействия токсикантов от различных источников, находящихся на значительном (20-50 км) расстоянии друг от друга, в которых наблюдается превышение уровня загрязнений и обоснование целесообразности создания буферных зон с целью исключения кумулятивного эффекта;

- повышение качественных характеристик почв на основе технологии санирования разработанной с учетом пространственно-временных особенностей распространения токсикантов в почвенном покрове.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые произведена комплексная оценка загрязнения почв по пространственно-временной методике, позволяющая определить величину и 7 закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик;

- выявлен эффект наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов (в том числе, локальных), указывающий на повышенное негативное влияние на почвы городов, расположенных на расстоянии 20-50 км друг от друга;

- установлена зависимость изменения качественных характеристик почв при применении санирующих агентов.

Практическая значимость работы:

- разработана методика комплексной оценки почв применительно к Иркутской области, с возможностью адаптации к другим территориям;

- предложен метод определения величины ущерба окружающей среде на основе эффекта наложения областей антропогенного воздействия;

- определена возможность прогнозирования антропогенного загрязнения территорий различного вида токсикантами с целью создания буферных зон;

- разработанная методика апробирована на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области (акт внедрения технологии комплексной оценки территорий с использованием технических средств от 25 сентября 2008 года);

- предложена технология санирования почв, определены условия и ограничения ее реализации к влиянию антропогенных факторов на экосистемы различных уровней применительно к территориям Иркутской области.

- результаты научного исследования могу быть применены в дальнейшем для разработки комплексной оценки антропогенного воздействия на природную среду с целью стабилизации ее состояния.

Личный вклад автора заключается в:

- постановке цели, задач исследований, выполнении анализа современного состояния проблемы и путей ее решения;

- усовершенствовании методики и установлении закономерности изменения величины ущерба почвам, выявлении эффекта наложения областей воздействия загрязнений от различных типов объектов, определен характер изменения состояния почвенного покрова и уровень деградации почв под влиянием антропогенных воздействий.

Апробация результатов научного исследования

Результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях: «Экологические проблемы хранения и использования вторичного сырья» (Лозанна, 1998); Всероссийское совещание по подземным водам Востока России (Новосибирск, 2000), «Геонауки» (Иркутск, 2008), «Проблемы земной цивилизации» (Иркутск, 2008), «Экология и современное образование» (Москва, 2008); круглый стол РАЕ «Вода живая и непостижимая», (Иркутск, 2008), «Успехи современного естествознания» (Москва, 2008), «The global problems of modern human ecology» (Лондон, 2008).

Достоверность и обоснованность выводов подтверждена корректной постановкой задач исследования, использованием современных методов исследований, большим объемом исходных данных и результатами экспериментальных исследований, проведенных аккредитованной лабораторией, ошибка которых по данным математической обработки составила 5-8%.

Публикации. По результатам научного исследования опубликовано 13 работ, из них 3- в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 131 компьютерного текста, имеет библиографический список из 127 наименований, 2 приложения, содержит 24 рисунка и 23 таблицы.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Головнева, Татьяна Игоревна

Выводы.

Проведенный анализ почв, на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения, показал, что деградация почв по физическим и химическим показателям достигает 3 и 4 степени.

Выполнен расчет ущерба от деградации почв и земель Ковыктинского газоконденсатного месторождения; на основании результатов установлено, что учет фактора времени позволяет определить реальную величину ущерба, которая составила от 132 у.в.е. (по цинку, г.Ангарск) до 3151 у.в.е.(по фтору, г.Шелехов) и 5592 у.в.е. (по фтору, г.Братск).

Обоснована целесообразность применения метода санирования, как технологии позволяющей улучшать химические показатели почвенного покрова.

Разработана технология санирования, включающая предварительное обследование почв, технический и биологический этапы. Показано снижение уровня химического загрязнения при использовании предложенной технологии санирования в два-три раза.

Проведенный анализ изменения качественных характеристик по химическим и физическим показателям почв городов, расположенных на расстоянии 20-50 км (Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Свирск - Черемхово) показал снижение превышения уровней ПДК токсикантов в почве в 2-3 раза в результате применения технологии санирования почв.

Заключение

В работе представлено решение актуальной задачи: на основе пространственно-временной модели выполнена комплексная оценка почв территории Иркутской области и разработаны мероприятия по их восстановлению.

1. Проведенный покомпонентный анализ почвенного покрова территории Иркутской области позволил установить закономерности распределения концентрации токсикантов, таких как фтор, сульфаты, свинец, цинк, кобальт, марганец, ртуть, медь, заключающиеся в превышении их численного значения по отношению к ПДК в 2-50 раз в зависимости от типа источника или от характера выбросов. Нами установлено, что зависимости концентрации загрязнителей в почвенном покрове от удаленности от источника воздействия не являются монотонно убывающими, а имеют определенные пики максимумов на различных расстояниях от предприятий. На основании полной оценки антропогенного воздействия на почвы территорий, выявлены закономерности изменения накопления загрязнений в почвенном покрове, свидетельствующие о стохастическом рассеивании токсикантов вокруг промышленных центров и других населенных пунктов, что приводит к негативному воздействию на окружающую среду даже на значительном удалении (25-30 км) от источников воздействия.

2. Предложена принципиально новая технология комплексной оценки антропогенного воздействия загрязняющих веществ на почвы, позволяющий определить величину и закономерности изменения ущерба с учетом химического загрязнения территорий и временных характеристик. Технология комплексной оценки осваиваемых и урбанизированных территорий, включает взаимосвязанные процедуры оценки, начиная с определения основных источников загрязнения почв, анализа распространения воздействия по пространственно-временной методике и построение моделей и графиков динамики загрязнения и до разработки мер восстановления нарушенного загрязненного) почвенного покрова с целью исключения наложения воздействий от разных токсикантов и разных источников.

3. Произведена комплексная оценка антропогенного воздействия на почвы территории Иркутской области, и выявлены закономерности накопления токсикантов в почвенном покрове с течением времени, заключающиеся в значительном превышении ПДК в почвенном покрове, нелинейном характере изменения концентрации с максимальным экстремумом в пятикилометровой зоне от источника загрязнения, которое для отдельных компонентов, таких как свинец, сульфаты, гидрокарбонаты, фтор и фториды, достигает 10 -70 раз. При этом установлено, что изменение накопления токсикантов носит стохастический характер.

4. С использованием пространственно-временного моделирования рассчитан ущерб, позволяющий определить реальную величину негативного воздействия, включая химические загрязнения. Рассчитанные значения ущерба свидетельствуют о том, что для самовосстановления почвенного покрова территорий, загрязненных токсикантами, требуется зачастую 100 и более лет.

5. Выявлены зоны наложения областей воздействия от токсикантов различного происхождения, что позволяет определить территории, подверженные многократному воздействию комплексом загрязняющих веществ. С применением пространственно-временной методики определения ущерба, показано, что наложение воздействия от различных источников принципиально меняет характер и уровень загрязнения. Проведенный анализ изменения качественных характеристик почв городов, расположенных на расстоянии 20-50 км (Иркутск - Шелехов, Ангарск - Усолье-Сибирское, Свирск - Черемхово), показал наиболее подверженные химическим загрязнениям зоны. Распространение загрязнений на периферию окружающего пространства достигает 25 — 32 км, это обуславливает появление зон наложения различных типов воздействия токсикантов, на расстоянии 10-15 км, с возможностью взаимодействия токсикантов между собой и усиления влияния на почвы до 1000 ПДК по отдельным компонентам.

6. Обоснована целесообразность применения санирования, как технологии позволяющей улучшать качественные показатели почвенного покрова (концентрацию токсикантов) в два-три раза, в том числе и по химическим загрязнениям, которое заключаются в частичном или полном извлечении из почв вредных компонентов или уменьшении их токсичности за счет ввода различных агентов, подобранных для токсикантов, характерных для промышленности, располагающейся на территории Иркутской области.

7. Методика комплексной оценки почв территории Иркутской области, включающая анализ почв, выявление областей наложения токсикантов и методы восстановления нарушенного (загрязненного) почвенного покрова апробирована (Акт внедрения от 25.09.2008 г.) на фактическом материале в ГУ МЧС России по Иркутской области (Приложение А).

8. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс (Приложение Б) Военного Авиационного университета (г. Воронеж) и при выполнении выпускных квалификационных работ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Головнева, Татьяна Игоревна, Иркутск

1. Абалаков А. Д. Экологические аспекты освоения Ковыктинского газоконденсатного месторождения/ А.Д.Абалаков, Э.С.Зиганшин, Ю.О.Медведев и др.-Иркутск: Изд-во Института географии РАН,2001.-194с.

2. Агафонов Б.П. Время и возраст рельефа/ Б.П. Агафонов и др.. -Новосибирск: Наука, Сибирская издат. фирма, 1994. — 185 с.

3. Арманд А.Д. Информационные модели природных комплексов/ А.Д. Арманд. М.: Наука, 1975, 123 с.

4. Арнольд В.И. «Жесткие» и «мягкие» математические модели // Математическое моделирование социальных процессов. -М.: МГУ, 1998. с. 29-51.

5. Аскин Я.Ф. Проблема времени/ Я.Ф. Аскин. М.: Изд-во Мысль, 1966, 137с.

6. Атлас «Иркутск и Иркутская область» / Глав. ред. В.П. Шоцкий. М.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 1997. - 48 с.

7. Атлас «Иркутская область: экологические условия развития». — Электронный ресурс. Иркутск, 2004.

8. Ахундов М.А. Пространство и время в физическом познании/ М.А. Ахундов. -М.: Мысль, 1982, 198 с.

9. Бажанов В.А. Наука как самопознающая система/ В.А. Бажанов. Казань: Изд-во Казанского университета, 1991.-181 с.

10. Блинников JI.B. Великие философы: Учебный словарь-справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательская корпорация «Логос», 1997. — 432 с.

11. Ботвинков В.М. и др. Гидроэкология на внутренних водных путях/ В.М. Ботвинков, В.В. Дегтярев, В.А. Седых. Новосибирск: Сибирское соглашение, 2002. - 356 с.

12. Бояркин В.М. География Иркутской области/ В.М. Бояркин-Иркутск

13. Вахромеев Г.С. Экологическая геофизика/ Г.С. Вахромеев. — Иркутск: ИрГТУ, 1995 192 с.

14. Вейник А.И. Термодинамика/ А.И. Вейник. Минск: Высшая школа, 1968 -384 с.

15. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера/ В.И. Вернадский. М.: Наука, 1989.-258 с.

16. Вернадский В.И. Избранные сочинения: в 6 т./ Отв. ред. А.П. Виноградов. М.: Изд-во Академии наук СССР, 1954. - Т.5. - 422 с.

17. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление/ В.И. Вернадский. -М.: Наука, 1991 270 с.

18. Вернадский В.И. Размышления натуралиста: в 2 кн./ В.И. Вернадский. -М.: Наука, 1975. -Кн.1. 173 с.

19. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста/ В.И. Вернадский. — М.: Наука, 1988.-520 с.

20. Войткевич Г.В. Основы теории происхождения Земли/ Г.В. Войткевич. -М.: Недра, 1988.- 112 с.

21. Войткевич Г.В. Основы учения о биосфере/ Г.В. Войткевич, В.А. Вронский. Ростов-на-Дону: Изд-во Феникс, 1996. -476 с.

22. Войткевич Г.В. Происхождение и химическая эволюция Земли/ Г.В. Войткевич. -М.: Наука, 1983. 168 с.

23. Воронов В.К., Гречнева М.В., Сагдеев Р.З. Основы современного естествознания. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1999 - 371 с.

24. Вронский В.А. Прикладная экология. Ростов-на-Дону: Феникс, 1996. -509 с.

25. Все об ОВОС. Специальный проект Гильдии экологов. — Электронный ресурс. — Режим доступа: http://oboc.narod.ru.

26. Гарднер М. Путешествие во времени/ М. Гарднер. / Пер. с англ. Ю.А. Данилова. М.: Мир, 1990. - 341 с.

27. Гейны С. Антропогенная растительность, как оценить ее роль/ С. Гейны и др. // Наука и человечество, 1987.

28. Генеральная уборка на Эвересте // «Секретные материалы», №16, 2008.

29. Геологический словарь: в 2 т./ Отв. ред. К.Н. Паффенгольц. — М.: Недра, 1973.-Т.1.-487 с.

30. Геологический словарь: в 2 т./ Отв. ред. К.Н. Паффенгольц. — М.: Недра, 1973.-Т.2.-457 с.

31. Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири: сб. науч. Трудов / Под ред. С.М. Замараева. Новосибирск: изд-во Наука, 1985, 176с.

32. Головнева Т.И. Оценка состояния почв территории Иркутской области / Т.И. Головнева //«Вестник ИрГТУ» Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008- с. 180183

33. Головнева Т.И., Проблема оценки воздействия на почвы Иркутской области/Т.И. Головнева//Материалы конференции «Экология и современное образование» Москва, 2008-С.135-137.

34. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 1999 году» / Под ред. Ю.Н. Удодова. Иркутск: Изд-во ОАО НПО «Облмашинформ», 2000 - 320с.

35. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 2000 году» / Под ред. JI.A. Кром. Иркутск: Изд-во ОАО НПО «Облмашинформ», 2001 —298 с.

36. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Иркутской области в 2003 году» / Под ред. М.Н. Щербакова. Иркутск ОАО НПО «Облмашинформ», 2004 - 384 с.

37. Гридэл Т.Е., Алленби Б.Р. Промышленная экология/ Пер. с англ., под ред проф. Э.В. Герусова. М.: 2004 - 527 с.

38. Гумилев JI.H. Этносфера: История людей и история природы. М.: ЭкоПресс, 1993.

39. Дреш Ж. Пятьдесят лет в геоморфологии/ Ж. Дреш. // Наука и человечество. -М.: Наука, 1980. — с. 162-173.

40. Дьюдни А.К. Графотворчество невидимого профессора, скрытого за экраном дисплея/ А.К. Дьюдни. // В мире науки, 1988, №7.

41. Ежегодник загрязнения атмосферного воздуха на территории деятельности Иркутского УГМС в 1997 г. 196 с.

42. Ежегодник загрязнения атмосферного воздуха на территории деятельности Иркутского УГМС в 1998 г.

43. Ежегодник загрязнения атмосферного воздуха на территории деятельности Иркутского УГМС в 2003 г.

44. Ежегодник загрязнения атмосферного воздуха на территории деятельности Иркутского УГМС в 2005 г. 149 с.

45. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области в 1993 г., ч. II «Токсичные вещества промышленного происхождения». — 83 с.

46. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области в 1994 г., ч. II «Токсичные вещества промышленного происхождения». 114 с.

47. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области в 1996 г., ч. II «Токсичные вещества промышленного происхождения». 111 с.

48. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области токсикантами промышленного происхождения в 1998 г., ч. II. — 92 с.

49. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области токсикантамипромышленного происхождения в 2000 г., ч. II. 93 с.118

50. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области токсикантами промышленного происхождения в 2002 г., ч. II. — 104 с.

51. Ежегодник загрязнения почв Иркутской области токсикантами промышленного происхождения в 2004 г., ч. II. 96 с.

52. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 1994 г., ч. I. — 117 с.

53. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 1996 г., ч. I. 99 с.

54. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 1998 г., ч. I. — 105 с.

55. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 2000 г., ч. I. — 97 с.

56. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 2002 г., ч. I. 82 с.

57. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 2004 г., ч. I. — 76 с.

58. Ежегодник содержания остаточных количеств пестицидов в почвах Иркутской области в 2005 г., ч. I. 80 с.

59. Зелинская Е.В Возможности применения термических методов извлечения металлов из высокоминерализованных подземных вод/ Е.В.Зелинская, Т.И. Головнева //Сборник научных трудов «Гидроминеральные ресурсы Восточной Сибири, Иркутск, 2001,- с 18-19.

60. Израэль Ю.А. Проблемы мониторинга и охраны окружающей среды/ Ю.А. Израэль. М.: Гидрометеоиздат, 1989. - 560 с.

61. Классификатор тематических задач оценки природных ресурсов и окружающей среды, решаемых с использованием материалов дистанционного зондирования Земли. Редакция 7. Иркутск: ООО «Байкальский центр», 2008. — 80 с.

62. Князева Е.Н. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем/ Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов. — М.: Наука, 1994. 236 с.:ил.

63. Кожевников Д.А. Технология науки/ Д.А. Кожевников. — М.: Наука, 2002. -326 с.

64. Козырев Н.А. Избранные труды / Сост. А.Н. Дадаев, JI.C. Шихоболов. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1991.-448 с.

65. Козырев Н.А. Неизведанный мир/ Н.А. Козырев // Октябрь, 1964, №7. — с. 183-192.

66. Козырев Н.А. Человек и природа: избранные труды.- Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1991.-е. 401-409.

67. Королев В.А., Некрасова М.А., Полищук С.П. Геопургология: очистка геологической среды от загрязнений. М.: 1997, 47 с.

68. Кузьмин С.Б. Геоэкологический анализ рельефа. Иркутск: Издательство

69. Института географии СО РАН, 2004. 181 с.120

70. Кукал 3. Скорость геологических процессов/ 3. Кукал. М.: Мир, 1987. — 246 с.

71. Лемме Ж. Основы биогеографии/ Ж. Лемме./ Пер. с франц. М.: Прогресс, 1976.

72. Леонов С.Б. Физические аспекты геоэкологии/ С.Б. Леонов, Г.В. Полунин. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. - 363 с.:ил.

73. Лесные ресурсы и лесопродукция России. Международный транслятор национальных стандартов на основные виды лесопродукции: в 2 т./ Под ред. Воскобойникова И.В. М.: МП Агро-принт, 1994. - Том 1.-311 с.

74. Лисицын Е.Н. Охрана природы в зарубежных странах/ Е.Н. Лисицын. — М.: Агропромиздат, 1987.-213 с.:ил.

75. Марчук Г.И. Приоритеты глобальной экологии/ Г.И. Марчук, К.Я. Кондратьев. М.: Наука, 1992. - 264 с.

76. Мейен С.В. Методология исследования временных отношений в геологии/ С.В. Мейен. // Развитие учения о времени в геологии. Киев, 1982. с. 361381.

77. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. М., 1999.

78. Мусихина Е.А. Использование системных свойств времени при оценке состояний природных систем/ Е.А. Мусихина. // Вестник ИрГТУ, №3. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. с. 145-146.

79. Мусихина Е.А. Модель оценки ущерба от воздействия на окружающую среду с учетом физических свойств времени/ Е.А. Мусихина. // Проблемыцивилизации, выпуск 10. — Иркутск: Фрактал, 2005. 4.2. - с. 56-67.121

80. Мусихина Е.А. Исследование влияния фактора времени на оценку состояния окружающей среды в условиях работы горнодобывающих предприятий. Иркустк: Изд-во ИрГТУ, 2007. - 90 с.

81. Мусихина Е.А. Методологический аспект проблемы оценки воздействий на природную систему / Е.А. Мусихина. // Вестник ИрГТУ, №2, т. 1. -Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. с. 54-59.

82. Мусихина Е.А. Методика синергетического анализа природно-климатических систем / Е.А. Мусихина. // Проблемы земной цивилизации, Выпуск 17, ч. II. Иркутск: ООО «Фрактал», 2007. - с. 245-247.

83. Мусихина Е.А. Великая тайна времени / Е.А. Мусихина. // Проблемы земной цивилизации, Выпуск 19. — Иркутск: ООО «Фрактал», 2008. — с. 4548.

84. Мусихина Е.А. Проблема оценки антропогенного загрязнения почв Иркутской области / Е.А. Мусихина, Т.И. Головнева. // Проблемы земной цивилизации, Выпуск 19. Иркутск: ООО «Фрактал», 2008. - с. 169-172.

85. Мусихина Е.А. Мониторинг почв территории Иркутской области / Е.А. Мусихина, Т.И. Головнева. // Успехи современного естествознания, №7. — М.: 2008.-с. 58-60.

86. Мусихина Е.А. Задача комплексной оценки антропогенного загрязнения почв на территории Иркутской области/ Е.А. Мусихина, Т.И.

87. Головнева//Экология урбанизированных территорий" №3, Москва, 2008-с.73-77.

88. Нижарадзе Т.Н. Оценка экологического состояния окружающей среды методом биогеохимической индикации. — Режим доступа: http://www.geotest.sp.ru/

89. Николайкин Н.И. Экология/ Н.И. Николайкин. М.: Дрофа, 2003. — 624 с.

90. Николис Г. Самоорганизация в неравновесных системах: от диссипативных структур к упорядоченности через флуктуации/ Г. Николис, И. Пригожин. М.: Мир, 1979. - 512 с.:ил.

91. Оноприенко В.И. Развитие учения о времени в геологии, 1982.

92. Отчет по теме «Ресурсная концепция платежей в недропользовании на основе природной стоимости вовлеченных в оборот ресурсов». — Москва, 1998-1999 гг.

93. Пайтген Х.-О. Красота фракталов. Образы комплексных динамических систем / Х.-О. Пайтген, П.Х. Рихтер. / Пер. с англ. П.В. Малышева и А.Г. Сивака. -М.: Мир, 1993.-176 с.:ил.

94. Певзнер М.Е. Горная экология. Учебное пособие для вузов / М.Е. Певзнер. М.: Изд-во Московского горного университета, 2003. - 395 с.

95. Постановление коллегии Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 02 апреля 2008 г.

96. ЮЗ.Пригожин И. От существующего к возникающему: время и сложность в физических науках/ И. Пригожин. / Пер. с англ. Ю.А. Данилова. — М.: Наука, 1985. 327 с.:ил.

97. Пригожин И. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой/ И. Пригожин, И. Стенгерс. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 312 с.

98. Проект разработки балансовых запасов россыпи р. Тахтыга. Т.П. Охрана окружающей среды / Отв. исп. Б.Л. Тальгамер. Иркутск, 2003. - 89 с. (без прил.)

99. Пузаченко Ю.Г. Экосистемы в критических состояниях/ Ю.Г. Пузаченко. — М.: Наука, 1989. 155 с.:ил.

100. Пэнтл Р. Методы системного анализа окружающей среды/ Р. Пэнтл. / Пер. с англ. Н.Н. Моисеева. -М.: Мир, 1979. 213 с.

101. Равский Э.И. Осадконакопление и климаты Внутренней Азии в антропогене/ Э.И. Равский. М.: Наука, 1972. — 336 с.:ил.

102. Ричард А. Глобальные изменения климата/ А. Ричард и др.. // В мире науки, №6, 1989, с. 6-15.

103. Рянский Ф.Н. Фрактальная теория пространственно-временных размерностей. Режим доступа: http://www.xaoc.ru (02 Ноябрь, 2004).

104. Сабирова А. Отходы в доходы // «Аргументы и факты», № 29, 2008.

105. Системное моделирование экологических процессов: сборник научных трудов. / под ред. Ю.И. Кузнецова. Новосибирск: 1991. - 137 с.

106. ПЗ.СНиП 2.07.01-89* «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений».

107. СНиП 2.01.51-90 «Инженерно-технические мероприятия гражданской обороны».

108. Советский энциклопедический словарь. / Глав. ред. A.M. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1990. — 1632 с.

109. Земли/ О.Г. Сорохтин, С.А. Ушаков. М: Изд-во МГУ, 1991.-445 с.

110. Тихомиров Н.П. Методы анализа и управления эколого-экономическими рисками/ Н.П. Тихомиров, И.М. Потравный, Т.М. Тихомирова. М.: Изд-во МГУ, 2003. - 350 с.

111. Трудова М.Г. Статистический анализ природоохранной деятельности в регионе/ М.Г. Трудова. М.: Изд-во МГУ, 1989. - 147 с.

112. Физический энциклопедический словарь/ Глав. ред. A.M. Прохоров. М.: Советская энциклопедия, 1984. - 944 с.

113. Хренов П.М. Введение в экологию природных ресурсов/ П.М. Хренов. -Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2003 100 с.

114. Экология малых рек России: проблемы и пути их решения. — 2004, №10. — с. 2-10.

115. Эколого-экономические проблемы России и ее регионов/ Под ред. В.Г. Глушковой. М.: Московский лицей, 2003 - 304 с.

116. Янковская А.Е. Принятие решений по оценке и управлению состоянием окружающей среды на основе гибридной интеллектуальной тестовой распознающей системы/ А.Е. Янковская. // Enviromis-2002. Труды Международной конференции. Томск, 2002. - с. 109-110.

117. Яншин A.JI. Уроки экологических просчетов/ A.JI. Яншин, А.И. Мелуа. -М: Мысль, 1991.-429 с.

118. ARCREVIEW: современные геоинформационные технологии/ Глав. ред. А.В. Орлов. №4, 2004.

119. Musikhina Е.А. The global problems of modern human ecology European journal of natural sciences/E.A.Musikhina, Т. I. Golovnyova// The globalproblems of modern human ecology European journal of natural sciences, Dubai, 2008, p. 98-99.